Einsatz der Hassediagrammtechnik zum Vergleich von Bergbaubetrieben unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit

Ziel und Hintergrund

Der Vergleich von Bergwerken unter dem Gesichtspunkt einer nachhaltigen Entwicklung erfordert die Berücksichtigung einer Vielzahl von Kriterien die gleichermaßen ökonomische, ökologische und soziale Aspekte berücksichtigen. Bergwerksbetreiber stehen bei ihren strategischen und operativen Entscheidungen vor der Schwierigkeit diese Kriterien angemessen zu berücksichtigen. Durch den Einsatz, der HDT wird die Komplexität der Entscheidungssituation reduziert. Sie unterstützt die Aufbereitung der verfügbaren Informationen und erleichtert so die Entscheidungsfindung.

Methodik

Das Ziel einer nachhaltigen Entwicklung im Bergbau kann durch den Einsatz von Indikatoren konkretisiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgt ein Vergleich ausgewählter Bergwerke durch die Definition geeigneter Indikatoren, ihre numerische Belegung und durch ihre Verwendung in der HDT. Dabei werden verschiedene methodische Aspekte wie die Klassifizierung von Daten, deren Aggregierung und Gewichtung sowie die Einbeziehung von Expertenwissen dargestellt.

Ergebnisse

Am Beispiel ausgewählter Bergwerke wird gezeigt, dass eine Sortierung der Bergwerke anhand ihrer charakteristischen und als wesentlich erachteten Eigenschaften möglich ist. Durch den Einsatz der Hassediagrammtechnik wird die Komplexität der Entscheidungssituation reduziert. Es wird aber auch deutlich, dass mit diesem Instrument kein Verfahren vorliegt, dessen Einsatz automatisch zu einer eindeutigen Rangfolge führt. Es bleibt notwendig, die Anwendung der Hassediagrammtechnik in einen umfassen deren Entscheidungs-und Zielfindungsprozess zu integrieren.

Diskussion

Die Sortierung erfolgt bewertend, d.h. sie nutzt aus, dass charakteristischen Eigenschaften von Bergwerken inhärent eine Orientierung nach ?gut’ und ?schlecht’, zugeordnet werden kann. Es wird aber auch deutlich, dass mit diesem Instrument kein Verfahren vorliegt, dessen Einsatz, automatisch zu einer eindeutigen Rangfolge führt.

Schlussfolgerungen

Es bleibt notwendig, die Anwendung der Hassediagrammtechnik in einen umfassenderen Entscheidungs- und Zielfindungsprozess zu integrieren. Vorschläge zu einer Erweiterung der Hassediagrammtechnik werden formuliert.

Empfehlungen und Perspektiven

Die Hassediagrammtechnik versteht sich als eine Bewertungsmethodik, die das in der Nachhaltigkeits-/Bewertungsdiskussion so gefürchtete Vergleichen von ?Äpfeln mit Birnen’ vermeidet. Als relativ neue Methode, die sich als Alternative zu etablierten Bewertungsverfahren sieht, lässt sich weiterer Forschungsbedan ableiten.     

Biodiversität mariner Organismen: Entstehung — Umfang — Gefährdung

Hintergrund und Ziel

Seit der Konferenz der Vereinten Nationen über Umwelt und Entwicklung in Rio de Janeiro im Jahre 1992 ist der Begriff ‘Biodiversität’ verstärkt in den allgemeinen Sprachgebrauch eingegangen. Benennt ‘Biodiversität’ zunächst nichts anderes als die Vielfalt des Lebens, so ist der Begriff in der öffentlichen Diskussion doch meist mit der Sorge um bedrohte Lebensräume und Abnahme der Artenvielfalt verbunden. Die erfolgreiche Umsetzung von Schutzmaßnahmen erfordert genaue Kenntnisse über Umfang und Verteilung der Biodiversität.

Schwerpunkte

Dieser Beitrag stellt Aspekte der marinen Biodiversität vor. Im Vordergrund steht die Darstellung der vergangenen und gegenwärtigen Artenvielfalt. Weiterhin werden die Gefährdung dieser Vielfalt durch den Menschen angesprochen sowie das Problem der Wissenschaft, mit dem Zeitschritt der Zerstörung mitzuhalten bzw. besser noch ihr zuvor zu kommen.

Ergebnisse

Im Vergleich zu den terrestrischen Lebensräumen ist unser Wissen über die Vielfalt im Meer noch immer unzureichend. Über 70% der Erdoberfläche sind mit Wasser bedeckt, doch die bisher bekannte Organismenwelt im Meer macht nur 15% der erfassten Artenvielfalt aus. Biodiversität ist jedoch nicht einfach mit Artenvielfalt gleichzusetzen. Sie reicht von der genetischen Vielfalt über Arten- und Bauplandiversität bis hin zur Vielfalt der Ökosysteme.

Diskussion

Vor diesem Hintergrund, insbesondere im Hinblick auf die Vielfalt der Organisationstypen, ist das Meer sehr viel reichhaltiger als das Land. Biodiversität besitzt auch eine zeitliche Komponente. Im Zuge der Evolution sind Arten entstanden und ausgestorben, wobei insbesondere marine Organismen das gegenwärtige Bild der Erde nachhaltig geprägt haben. Marine Lebensräume, wie z.B. Korallenriffe oder Mangrovewälder, sind schon für sich allein schützenswert; doch müssen wir uns gegenwärtig machen, dass eine hohe Biodiversität auch für unser eigenes Dasein auf vielfältigen Ebenen — z.B. Ernährung, Gesundheit, Klima, Küstenschutz — von lebenswichtiger Bedeutung ist.

Schlussfolgerungen

Die gegenwärtige Biodiversität ist ein Produkt der Evolution und unterliegt somit natürlichen Schwankungen. Doch gerade in marinen Systemen wird am Beispiel der Fischerei oder der Verbauung von Küstenlinien deutlich, wie sehr der Mensch in dieses natürlich Gefüge eingreift und es binnen kürzester Zeit — über das Maß natürlicher Prozesse hinaus — geschafft hat, die Artenvielfalt ernsthaft zu bedrohen. Bis zu welchem Grad die Zerstörung der marinen Ökosysteme noch fortschreiten kann, ohne deren weiteres Funktionieren zum Erliegen zu bringen, ist eine bisher ungeklärte Frage.

Ausblick

Nach unseren gegenwärtigen Erkenntnissen erscheint es dringend notwendig, diese Frage möglichst bald zu klären, und es ist Aufgabe von Wissenschaft und Politik, angemessene Antworten zu formulieren.     

Braucht Substitution mehr Staat oder mehr Markt?

Ziel und Hintergrund

In den bisherigen REACH-Verordnungsentwürfen wird als einer der wichtigen Gründe für die Gesetzes-initiative ‘die Schaffung von Anreizen für die Substitution gefährlicher durch weniger gefährliche Stoffe’ genannt (REACH 2003, 61). Damit wird die Frage aktuell, was denn Unternehmen als Wirtschaftssubjekte ‘anreizen’ oder eben auch ‘nicht anreizen’ kann, gefährliche chemikalien zu substituieren: Welche Marktkräfte wirken bereits positiv, die durch regulative Vorgaben eventuell verstärkt werden können, und welche die Substitution behindernden Marktkräfte sollten durch regulative Maßnahmen abgeschwächt werden?

Schwerpunkte

Die Autoren untersuchen auf Basis ihrer Vorarbeiten und Fallstudien zur Substitution die Rahmenbedingungen — Treiber und blockierende Faktoren — für Substitution. Dabei werden auch aktuelle Positionen zur Substitutionsproblematik einbezogen, so z.B. die Stellungnahme des Ausschusses für Umwelt, Gesundheit und Sicherheit der Royal Society of Chemistry (UK), des UK Chemicals Stakeholder Forums sowie die gegenwärtigen Kompromisse zwischen Europäischem Rat und Europäischem Parlament zur Regelung der Substitution unter REACH.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Gegenwärtig fördern weder die Marktdynamik noch die Gesetzgebung Substitution effektiv genug. Die Unternehmen selbst sind zögerlich, wenn Kosten und Haftungsfragen sowie Kundenprioritäten der Substitution entgegenstehen. Substitution wird vom Gesetzgeber oft nur als Rahmengebot, als Generalklausel, als Anspruch, als Vorrangstrategie oder als Priorität gefordert. Dennoch gibt es sowohl in der Gesetzgebung als auch in der Marktentwicklung positive Ansätze, die regulativ unterstützt werden können.

Perspektive

Der entscheidende Punkt für die Frage der regulativen Substitutionsvorgaben ist, auf welche Weise der Staat die Marktdynamik durch Setzen von Innovationszielen befördern kann. Der Staat sollte in Kooperation mit den Stakeholdern in technischen Dossiers die bekannten Substitutionsmöglichkeiten und Risikominderungsmaßnahmen zusammen stellen, einen Realisierungszeitpunkt vorgeben, Mindeststandards vorschrieben und auch detaillierte Regulation androhen, falls nichts geschieht. Eine case-to-case-Beurteilungs-Methode ist der Substitutionsproblematik in der Regel angemessen, um den Aufwand und die erforderlichen Maßnahmen annähernd genau zu bestimmen.     

Klima-Biomonitoring: Nachweis des Klimawandels und dessen Folgen für die belebte Umwelt

Hintergrund und ZielEs wird vorgeschlagen, Biomonitoring-Verfahren zu verwenden, um Auswirkungen des Klimawandels auf die belebte Umwelt zu erkennen, zu bewerten und zu dokumentieren, weil ? es mit dieser Methode gelingt, klimainduzierte Veränderungen in besonders empfindlichen Gebieten in Deutschland mit ihren Lebensräumen, Lebensgemeinschaften und Arten darzustellen, ? es bezüglich Zuwanderung und Ausbreitung neuer Schädlinge und Krankheitserreger für Mensch, Tier und Pflanze nach bzw. in Deutschland relevante Informationen liefern kann, ? damit der Politik zur Bewertung der Auswirkungen des Klimawandels wichtige Informationen, Handreichungen und Entscheidungsgrundlagen zur Verfügung gestellt werden können und ? auf dieser Grundlage geeignete Anpassungsmaßnahmen eingeleitet und auf ihre Wirksamkeit geprüft werden können, wie beispielsweise in der Deutschen Anpassungsstrategie (BMU 2009) beschrieben. Für Biomonitoring-Verfahren, die geeignet sind, Auswirkungen des Klimawandels anzuzeigen, wird der Begriff Klima-Biomonitoring vorgeschlagen Diese Verfahren sollten aus verschiedenen Gründen (u.?a. abgestimmte Methodik und gleiche Datenbasis, Kostenersparnis) unter Beteiligung aller Bundesländer umgesetzt werden. Bioindikation ist bereits heute ein unverzichtbares Verfahren, frühzeitig Veränderungen in der belebten Umwelt zu erkennen und somit Hinweise auf besondere Gefahren zu liefern (Frühwarnsystem). Für das Klima-Biomonitoring werden vorzugsweise bestehende Monitoringsysteme mit ihren bereits erhobenen Daten ausgewertet und mitgenutzt. Material und Methoden Das Klima-Biomonitoring greift auf bereits eingeführte und bewährte Methoden der Bioindikation von Umweltveränderungen zurück. Bestehende Methoden werden im Hinblick auf die besonderen, durch den Klimawandel bedingten Anforderungen ergänzt, angepasst und weiterentwickelt. Auf der Grundlage einer Auswertung relevanter laufender Bundes- und Länderprogramme werden wesentliche Wirkungen des Klimawandels identifiziert, die datenliefernden Programme zugeordnet und Auswertungen vorgeschlagen. Zusätzlich werden Datenquellen beschrieben, deren Nutzung weitergehende Betrachtungen ermöglichen. ErgebnisseIn einer Übersichtstabelle werden Monitoring-Programme auf Bundes- und Länderebene systematisiert und hinsichtlich ihrer Bedeutung für die Bewertung von Klimafolgen auf die belebte Umwelt dargestellt. Eine Übersicht über Datenquellen sowie eine Darstellung erster Erkenntnisse aus der Auswertung vorliegender Daten belegen die Relevanz des vorgeschlagenen Verfahrens. Der erkennbare Forschungs- und Entwicklungsbedarf wird umrissen und Vorschläge für eine Optimierung des Daten- und Methodenaustausches benannt. Beispiele zur Anwendung und Vertiefung der Thematik sowie Anregungen zur Weiterentwicklung der Methodik und zum Schließen von Kenntnislücken werden in Folgepublikationen aufgezeigt. DiskussionAuf der Basis des Klima-Biomonitorings kann das Ausmaß der durch den Klimawandel bereits eingetretenen Veränderungen beschrieben sowie Szenarien und Prognosen zu den Auswirkungen von Klimaveränderungen erstellt werden. Weiterhin ist es möglich, die sekundären Wirkungen des Klimawandels, insbesondere die Auswirkungen der Maßnahmen zur Anpassung an den Wandel, mithilfe der Bioindikation auf ihre Wirksamkeit zu prüfen. Für einige Klima-Bioindikatoren ist der kausale Zusammenhang zwischen Klimawandel und Reaktion bereits belegt (zum Beispiel die Frühjahrsphasen in der Pflanzenphänologie), in anderen Fällen müssen noch Methoden zur Unterscheidung zwischen Klimawirkungen und anderen Wirkfaktoren entwickelt werden. Die Erkenntnisse aus dem Klima-Biomonitoring sollen Grundlage für entsprechende Handlungen sein, sodass geeignete Anpassungsstrategien und gleichzeitig Maßnahmen zur Vermeidung oder zur Verminderung der Effekte eingeleitet werden können. Zugleich sollen eine angemessene Politikberatung, eine Information der Öffentlichkeit und die Erfüllung entsprechender Berichtspflichten erfolgen. Schlussfolgerungen:Klima-Biomonitoring ist eine geeignete Methode, um klimainduzierte Veränderungen in besonders empfindlichen Gebieten in Deutschland mit ihren Lebensräumen, Lebensgemeinschaften und Arten darzustellen. Erste Auswertungen zeigen, dass bereits Wirkungen des Klimawandels auf die belebte Umwelt nachweisbar sind. Hierbei liefert die Pflanzenphänologie seit vielen Jahren wertvolle Hintergrunddaten. Eine Verschneidung dieser Hintergrunddaten mit Daten aus anderen geeigneten Monitoring-Programmen und weiteren Informationen (zum Beispiel Geobasisdaten) ermöglicht es, diese Erkenntnisse zu ergänzen. Damit ist die Ermittlung und Bewertung von klimainduzierten Wirkungen auch im Bereich der Ausbreitung von Krankheitsüberträgern und -erregern und anderer Phänomene sowie der Bewertung von Maßnahmen möglich. Empfehlungen und PerspektivenEine abgestimmte Anwendung der Methodik in allen Bundesländern und beim Bund, eine Verbesserung des Daten- und Methodenaustausches, die Identifikation, Erschließung und Nutzung weiterer Datenquellen, die Weiterentwicklung der Methodik und eine Publikation weiterer Erkenntnisse werden empfohlen. Es ist davon auszugehen, dass sich das Klima-Biomonitoring wegen seiner Vorteile als Methode zur Erhebung von Klimafolgen für die belebte Umwelt auch international etablieren wird.     

Wolke und Nebel

Obwohl Wolken- und Nebelwasser einen Anteil von 10?3 an der Masse und einen Anteil von 10?6 am Volumen der Luft nie wesentlich übersteigen, ist ihre Anwesenheit von großer Bedeutung für die Chemie der Troposphäre sowie an vielen Orten für den Schadstoffeintrag aus der Atmosphäre. Wolke und Nebel können Quellen sekundärer Schadstoffe darstellen und beeinflussen Umwandlung, Transport und Senken von vielen luftgetragenen Spurenstoffen. Die Inhaltsstoffe von Wolken- und Nebelwasser sind die Folge physikalischer und chemischer Selektionsprozesse im Mehrphasensystem Luft, das durch die atmosphärischen Gase, feste und flüssige Partikel gegeben ist. Stoffspezifische Anreicherungsvorgänge in der wäßrigen Phase und gegenüber der Gasphase beschleunigte Reaktionen sind die wichtigsten Urachhen für die in Wolken- und Nebelwasser vorgefundenen hohen Schadstoffkonzentrationen. Einige der atmosphärischen Säurebildungsprozesse, darunter die Oxidation von SO2 zu Schwefelsäure, verlaufen weit effektiver in Tröpfchen. Die Säurekonzentrationen, die in Wasser von aufliegenden Wolken, insbesondere bei Strahlungsnebeln, beobachtet wurden, übersteigen jene des Niederschlags weit, in der Regel um mehr als eine Größenordnung. Der Schadstoffeintrag durch Deposition von Wasser aufliegender Wolken kann an manchen Orten—insbesondere in bewaldeten Mittelgebirgs- und Gebirgsregionen—den durch Niederschlag bedingten Eintrag übersteigen. Besondere Gegebenheiten bei der Exposition von Vegetation in aufliegenden Wolken und in Nebeln erhöhen das Wirkungspotential der Schadstoff-Fracht von Nebel und Wolke.     

Abfallwirtschaft: Neue Sichtweisen und Techniken

In den letzten Jahren werden in vielen Ländern eher die Abfallkomponenten als vielmehr die Stoffmischungen betrachtet. Das gesetzliche Rahmenwerk des Stoffstrommanagement kann dazu beitragen, die Probleme auf wissenschaftlicher Grundlage zu lösen. Der Einfluss der neuen Gesetzgebung in Deutschland und Europa auf das Stoffstrommanagement sowie auf die Entwicklung neuer Techniken bei Abfallentsorgung und-recycling wird in diesem Beitrag untersucht. Neue Prinzipien für das Abfallmanagement werden vom Management der Stoffströme abgeleitet.     

Umwelterziehung im Chemieunterricht

Für den schulischen Chemieunterricht wurde die neue Konzeption für einen sonderabfallfreien Experimentalunterricht entwickelt, der ohne methodische Einschränkungen realisierbar ist und keine wesentlichen stofflichen Beschränkungen erfordert. Durch die konsequent praktizierte Handlungsorientierung wird er den Forderungen nach einer effektiven Umwelterzichung in besonderer Weise gerecht.     

Neue Pogaina-Arten (Turbellaria,Dalyellioda) mit Zooxanthellen aus dem Mesopsammal der Nordsee- und Mittelmeerküste

Zusammenfassung Die Gattung Pogaina Marcus wird um 2 neue Arten aus dem marinen Mesopsammal erweitert. Pogaina kinnei nov. spec. stammt aus dem eulitoralen Sandwatt der Nordseeküste, Pogaina annulata aus sublitoralen Grobsanden des Golfes von Neapel.Wahrscheinlich liefert die Gattung Pogaina ein neues Beispiel für eine Endosymbiose zwischen Turbellarien und Diatomeen.

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Two new species of the genus Pogaina Marcus are described. Pogaina kinnei nov. spec. lives in intertidal sand flats of the North Sea whereas Pogaina annulata nov. spec. was collected from sublittoral coarse sand of the Gulf of Naples. The genus Pogaina probably represents a new example of an endosymbiosis between turbellarians and diatoms.

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Mit unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft.     

Cäsium-137 in Böden saarländischer Waldökosysteme

Scopes and main features

In order to explain the behaviour of the artificial radioisotope¹³⁷Cs towards landscape resources in the Saar-Lor-Lux-Region, the cross-border region between southwestern Germany/ Saarland, France/Lorraine and Luxembourg, regional distribution as well as downward translocation and depth functions of¹³⁷Cs in the main soil substrates of forest ecosystems in the Saarland were investigated.

Results

The study shows that the highest¹³⁷Cs activities are found in the north of the Saarland, whereas the south and south-eastern regions show distinctly lower concentrations of¹³⁷Cs. Migration rates range between 0.25 cm/a and 1.0 cm/a. On an average, the highest migration rates were found in the clayey-silty substrates of the lime stone areas in theMuschelkalk regions (Middle Triassic) (0.66 cm/a), followed by the loamy substrates of Lower Permian clastic sediments (Unterrotliegendes) (0.53 cm/a) and the sandy substrates of theBuntsandstein areas (Lower Triassic sandstone) (0.41 cm/a). 90 to 95% of the¹³⁷Cs activities in the clay-poor soils of the Unterrotliegendes and the Buntsandstein were traced in the upper 10 cm of the humus topsoil. The substrates of the lime stone areas (Muschelkalk), in contrast to this, reveal a¹³⁷Cs activity of only 70–76% at the same depth.

Conclusions

Due to the fact that the primary and secondary pores of the soil pore system, in their function as translocation pathways, decrease with increasing soil depth, a significant reduction in the migration rates of¹³⁷Cs can be expected with increasing soil depth. On the other hand, the maximal migration depth of 40 cm found in shallow soils on jointed parent material, as well as on sites with high groundwater tables, implies a possible contamination of near-surface groundwater.

Future outlook

Based on the results of this study, a permanent monitoring of¹³⁷Cs was added to the long-term Soil Monitoring Program run by the Federal Administrative Office of Environment of the Saarland (Landesamt für Umweltschutz des Saarlandes)     

A mechanistic model of a mutualism and its ecological and evolutionary dynamics

This paper develops a mechanistic model of the population dynamics and coevolution of mutualisms such as plants and mycorrhizae where one resource is traded for another resource. The mechanism is based on limiting resources and is derived from von Liebig's law of the minimum [von Liebig, 1862, Die Chemie in irher Anwendung auf Agricultur und Physiologie. 7e ed. F. Vieweg und Sohn, Braunschwieg] and Tilman's R* [Tilman, D., 1980, Resources: a graphical-mechanistic approach to competition and predation, Am. Nat. 116, 362–393]. The model makes several predictions: (1) resource limitations cause mutualisms to have stable population dynamics, despite previous predictions to the contrary, (2) game-theory based models of evolution show that potential coevolving mutualists face a Prisoner's-dilemma-like paradox, rigorously confirming the intuition of many people and (3) a mechanism which enforces fair-trade will eliminate the dilemma and a mutualism will evolve, despite having no gene flow between the species.     

Korrelation meteorologischer und pflanzenphänologischer Indikatoren des Klimawandels

Goal and Scope

While the rise of the air temperature as part of the global climatic change seems to be widely assured, questions about the effects of this phenomenon in ecological systems get more and more interesting. In this sense this article shows by the example of monitoring sites in Baden-Württemberg the correlation of air temperature measurements with data on the phenology of selected plants.

Methods

To this end the data on air remperature and plant phenology which are gathered from spatial dislocated measurement sites were correlated by prior application of Kriging interpolation. In addition, geostatistics are ssed to analyze and cartographically depict the spatial structure of the phenology in spring and in summer.

Results and Conclusion

The statistical analysis reveals a significant relationship between the rising air temperature and the early beginning phenological phases like blooming or fruit maturation. From 1991 to 1999 spring time as indicated by phenological phases begins up to 14 days earlier than from 1961 to 1990. As proved by geostatistics, this holds true for the whole territory of Baden-Württemberg.

Recommendation and Perspective

The effects of the rise of air temperature should be examined not only by monitoring of biological individuals as for example plants, but on ecosystem level, too. The German ecosystem research and the environmental monitoring should be supplemented by the study of the effects of the climatic change in ecosystems. Because air temperature and humidity have a great influence on the temporal and spatial distribution of pathogen carriers (vectors) and pathogens mapping of the determinants of vector and pathogen distribution in space and time should be done in order to identify hot spots for risk assessment and further detailed epidemiological studies.     

Bewertung der potenziellen Grundwasserbelastung von deponierten Hochofengasschlämmen

Goal and Scope

Blast-furnace sludge is a waste originating from pig-iron production and contains contaminants such as lead, zinc, fluoride and cyanide assumably contaminating the groundwater by leaching.

Methods

We investigated the chemical composition of 27 samples of landfilled blast-furnace sludge in pore waters which were obtained by the centrifugation of fresh material and elution with water according to DIN 38414 part 4 (S 4).

Results

The pore waters as well as the eluates were neutral to alkaline (pH 7.3 to 10.7) and were dominated by alkali and alkaline-earth metals as well as sulphate and nitrate. The concentrations of all elements and compounds investigated were mostly clearly larger in the pore waters than in the eluates. The average concentrations of environmentally relevant constituents such as lead (0,18 mg?1), zinc (1,5 mg l?1), fluoride (10,6 mg l?1), and total cyanide (1.8 mg l?1) in the pore waters were distinctly larger than the inspection value of the German Federal soil Protection Ordinance for the pathway soil-groundwater. Lead, zinc, and total cyanide concentrations in the pore waters were largely underestimated by the eluates, as these concentrations were 70 to 90% lower in the eluates compared to the pore waters.

Conclusion

In the case of landfilled blast-furnace sludge, eluates according to DIN 38414 part 4 (S 4) provide low concentrations which are unrealistic to forecast concentrations in the seepage water.     

Klima wandel und Malaria

Goal and Scope

The coastal zones of Lower Saxony (Germany) are former malaria regions. Malaria had finally become extinct in the early 1950s, and subsequently related scientific investigations declined. But from that time until nowadays, the vector in the form of Anopheles mosquitoes has still been present in Lower Saxony. Thus, the question arises, whether a new autochthon transmission could take place due to the monthly mean temperatures of the recent years. Answering this question was one goal of the investigation at hand. Another one was to examine the spatial and temporal structure of potential transmissions in respect to the predicted increase of the air temperatures according to the IPCC scenarios.

Methods

Current information about anophelines and their characteristics within Germany, such as details on historical incidences, breeding preferences, longevity or distribution of the respective species, were collected by literature research. Further, measurement and incidence data had to be collected and processed: temperature values were provided by the Deutscher Wetterdienst (DWD), and recent findings of Anopheles were supplied by the former Niedersächsisches Landesamt für Ökologie (NLÖ) as a data bank. Then temperature maps were calculated for the three periods (1947–1960, 1961–1990, 1985–2004) by means of Kriging. To model areas at risk, the transmission potential for a new vivax malaria spread in respect to temperature was computed using the Basic Reproduction Rate (R₀) formula. It provides the average number of secondary infections produced when a single infected individual is introduced into a potential host population in which each member is susceptible.

Results

The computations corroborate a climate warming between the 30-years interval from 1961 to 1990 and the period from 1985 to 2004. According to the rise of the air temperature as predicted by the IPCC scenarios, the spatial pattern of potential malaria outbreak was calculated for 2020, 2060 an 2100. To this end, for each of these years a best-case-scenario with the lowest reasonable temperature increases (+0.3°C, +0.9°C, +1.4°C) and a worst-case-scenario implying the highest plausible temperature rise (+0.9°C, +3.3°C, +5.8°C) were assumed. While in 2020 the maximum duration of the transmission risk is estimated to last four months, in 2100 the vivax transmission will be likely from May until October.

Discussion

Correlated with the higher monthly mean temperature values, the risk of a vivax transmission is increasing as temperature is the determining variable of the mathematical model. Therefore Lower Saxony is at risk of a new outbreak of vivax malaria assuming no other risk factors are of relevance.

Conclusions

The study could demonstrate that most parts of the country lie within a transmission zone with a duration of two months. The areas containing the highest risk with a transmission length of three months are located around Nordhorn and Hameln, and within the rectangle of Celle, Hannover, Helmstedt and Wolfsburg. These areas match with recent Anopheles larvae finding by the NLÖ, thus, only the pathogen is lacking for a successful transmission. And as Germany is not an endemic malaria zone, the pathogen can enter the country most likely by infected people or imported mosquitoes that transport it in their guts.

Recommendations and Perspectives

The results should be understood as a request for more comprehensive investigations in that field. This would be an essential basis for a successful risk monitoring and precautionary management. Although the chances of a new endemic malaria disease in Germany seem to be considerably low today, it would be better to be prepared than to be suddenly faced with the unexpected.     

Anwendung energetischer und nicht-energetischer Ressourcen in Energiesystemen: Vergleichende Bewertung

Goal and Scope

Which impact does the use of non-energetic abiotic resources (ores, minerals, etc.) have in life cycles of energy systems based on biogenic and fossil fuels? Is this kind of resource use less or more environmentally harmful than the utilisation of energetic abiotic resources (mineral oil, natural gas, etc.) in the same life cycles? This paper aims at answering these questions. In Part 1, a methodology is presented and applied to the life cycles of selected energy systems. Part 2 presents and discusses the results.

Method

This study looks at the complete life cycles of selected energy systems. The methodology used bases on the state-of-the-art of life cycle assessment (LCA) methodology. For the assessment of energetic abiotic resource use, a widely recognised method can be used. For the assessment of non-energetic abiotic resource use, no overall recognised methodological approach exists. That is why for this aspect two different methods are exemplarily applied and compared with each other.

Results and Conclusion

Results will be presented and discussed in Part 2.

Recommendation and Perspective

Recommendation and conclusions will be derived from study results in Part 2.     

Bestimmung von Nitrodiphenylaminen und verwandten Verbindungen im Sickerwasser einer Rüstungsaltlast

Goal, Scope and Background

Nitrodiphenylamines can be found at abandoned military sites where the explosive 2,2′,4,4′,6,6′-hexanitrodiphenylamine (hexyl) or diphenylamine as a stabilizer of smokeless powder was handled. Aim of the present study is the development of HPLC methods for the analysis of contaminants which can be expected in particular under aerobic conditions at premises which are contaminated by nitrodiphenyl-amines and related compounds.

Methods

A list of 13 compounds which can be expected at these explosives factories was deduced from literature studies. HPLC methods were developed for the analytes. Water samples from the unsaturated zone of a former hexyl-producing factory were collected by suction cups and the material was analysed according to these procedures to demonstrate the practicability of the new methods and to verify the existence of the postulated compounds in the environment of the former nitration plant.

Results and Conclusion

The new HPLC methods are suitable for the exploration of sites contaminated by nitrodiphenylamines. Beside some hexyl its intermediates 1-chloro-2,4-dinitrobenzene, 2,4-dinitrodiphenylamine und 2,2′,4,4′-tetranitrodiphenylamine were identified in the leachate water.

Recommendation and Perspective

It is advisable to include at least these 4 compounds in the examination of former hexyl-producing plants. Several unknown peaks were observed in the HPLC-chromatogram. It is recommendable to perform further investigations of the unidentified compounds to compile a final list of analytes for military sites polluted by nitrodiphenylamines.     

Wirkung subakuter PCB-Exposition (Aroclor 1254) auf Sauerstoffverbrauch, Schwimmbewegung und Biotransformation (GST-Aktivität) des Karpfens (Cyprinus carpio)

Objective and Background

PCB (polychlorinated biphenyle) are typical man-made environmental pollutants that cause a broad spectrum of effects in vertebrates. Although a lot has been studied about the toxic effects of xenobiotic substances on aquatic organisms, their subacute effects are not yet well known. Fish occupies a central position in freshwater food webs and therefore, carp was chosen to be our test organism. The aim of our study was the investigation of subacute effects of Aroclor 1254 (22μg ^l?1) on respiration, swimming activity, and biotransformation, allowing discussion of changed interaction between the available energy resources.

Methods

The respiration experiments under controlled laboratory conditions were run for 29 days (5 d before, 16 d with and 8 d after chemical exposure) with exposed carp compared to the non-exposed fish. Furthermore, the BehavioQuant system quantitatively monitors the positions of each individual fish before (8 d) and during (21 d) PCB exposure and swimming activity (number of horizontal turnings s^?1) of animals was calculated. Thereafter, liver samples were taken from animals for analysis of the phase 2 enzyme activity (glutathione-S-transferase). In the respiration experiments were 6 exposure, 6 controll, and 3 solubilizer controll groups (12 animals each group); in the behavioral experiments were 9 exposure, 6 controll- und 3 solubilizer controll groups (6 animals each group), and in the enzyme activity measurements were 9 exposure, 6 controll and 3 solubilizer controll groups (6 animals each group) examined.

Results and Discussion

A clearly increased (33%) oxygen consumption due to the PCB-exposure is found to be reversible; after the exposure period the respiration of carp shows a level comparable to the oxygen consumption during non-exposure time. By evaluating quantitative behavioral parameters of animals, it becomes evident that the exposure to PCB also causes a reversible change in their swimming behavior. Chemical stress leads to a decrease of mean daily swimming activity combined with an increase of the mean number of turnings during the night. Thereafter, the swimming activity shifts to the circadian swimming behavior under control conditions. Furthermore, our measurement of soluble and microsomal glutathione-S-transferase activity of fish liver shows a significant elevation after exposure period.

Conclusion

Our results prove that it was feasible to detect sublethal effects of PCB-mixture on all parameters under these conditions successfully. Our findings imply that fish are able to cope with the chemicals and we purse the hypothesis that the higher physiological energy demand caused by increased activity of enzymes, which are involved in biotransformation of foregin substances, may be related to a higher respiration of fish stressed by xenobiotics.

Recommendation and Outlook

Further experiments should investigate the effects of PCB on ecophysiological parameters of carp fed with exposed natural food allowing discussion of ecological consequences.     

Regionale Klimatrends mit Hilfe der phänologischen Uhr, dargestellt am Beispiel Rheinland-Pfalz

Aims and Scope

Over recent decades, the climate has changed. Up to now this statement has been made predominantly for the global and/or continental area. What, however, is the situation regarding the climatic trend at the regional scale? Is it already possible to show effects of a climate change in small-scale landscape structures? These questions were addressed looking at the example of the situation in the federal state of Rhineland-Palatinate (Germany).

Methods

Phenological data of plants of the last 50 years from a total of 386 stations of the German Weather Service (DWD) were evaluated. The timing of the different plant phases, beginning of the foliation and plant senescence in autumn, flowering and the first ripening of the fruits had to be registered for different agricultural crops, wild plants, ornamental woods as well as fruit trees. The analysed data material was used to develop the threefold phenological clock (DPU).

Results

Summarising the findings of the DPU for the 15 evaluated nature districts of Rhineland-Palatinate according to individual seasons, which were defined in generic terms as spring, summer, autumn and winter, a tendency of a prematuring of the spring, a prolongation of the autumn as well as a shortening of the winter is evident. From a regional point of view, on the other hand, in individual nature districts such as the ‘Westerwald’ and the ‘Bergisch-Sauerländische Gebirge’, winter seasons are getting longer. Thus the effects of a climate change can differ considerably from region to region.

Outlook

The regionally quite different changes of the climatic situation in Rhineland-Palatinate will not remain without an effect on the ecosystems of this federal state. The currently existing biocoenosis will therefore change. The consequences for forestry, agriculture and nature conservation are of special interest in this context.     

Coplanare polychlorierte Biphenyle (PCB) in den Oberböden Hamburgs

Goal and Scope

In topsoil samples of areas with different land use within the agglomeration of Hamburg, the coplanar polychlorinated biphenyls PCB 77, 126 und 169 were determined to estimate the importance of coplanar PCBs in urban soils. Proportions relative to Balischmiter-PCBs (PCB 28, 52, 101, 138, 153 and 180) and PCDD/F concentrations were examined.

Methods

Soil samples were taken from different depths (litter horizon, 0–10 cm, 0–30 cm) at 24 different sites within the State territory of Hamburg. Coplanar PCBs, Ballschmiter-PCBs and PCDD/Fs were analysed by GC-MS-coupling in the soil fraction <2 mm. Congener distributions are discussed with respect to contamination sources.

Results and Conclusion

Land use and position of soil sample areas are only of subordinate importance for coplanar PCB concentration of the soil samples. The industrial centre of Hamburg (including harbour) shows higher contamination concentrations than the suburban areas. In levels, patterns and relative proportion to PCDD/F concentrations, the samples from dredging material disposal fields differ from all other samples. Calculation of coplanar TEQs related to total TEQs shows a contribution to total TEQs of 11–32% for the background (non dredging material influenced) samples.

Recommendation and Perspective

Estimation of coplanar PCB concentrations by determining Ballschmiter-PCB concentrations in top soil samples does merely work at samples which contamination is caused by the use of commercial PCB mixtures. Rating samples by TEQ concentrations, an increase of TEQs up to 30%, due to coplanar PCBs, should be reckonned. These considerations should be reason for extending the usual PCB determinations of Ballschmiter-PCBs to coplanar PCBs in more cases than is the general practice today.