Chemische Stoffe in Ökosystemen

Transkript

1 Schriftenreihe des Vereins für 61 Wasser-, Boden- und Lufthygiene Chemische Stoffe in Ökosystemen Bestandsaufnahme, Bewertung und Anwendung von Verteilungsmodellen K. Figge, J. Klahn und J. Koch Gustav Fischer Verlag Stuttgart/New York 1985

2 Inhaltsverzeichnis Teil 1: Problemstellung, Versuchsziel und -Vorbereitungen Zusammenf assung/summary 1 1. Einleitung 3 2. Problemstellung 4 3. Versuchsziel 7 4. Voraussetzungen für eine zielgerechte. Durchführung der Verteilungsstudien Auswahl der Testchemikalien Bereitstellung von standardisierten, terrestrischen Ökosystemen Technische Einrichtung Bewachsene Bodenkerne gleicher Herkunft Festlegung eines Standardklimas Prinzip der experimentellen Ermittlung der Verteilungsmuster Literatur 37 Teil 2: Experimentelle Bestimmung der Verteilungsmuster verschiedener Chemikalien Zusammenf assung/summary 3g' 1. Einleitung Experimenteller Teil Geräte und Materialien Radioaktiv markierte Testchemikalien Reagenzien 4g Geräte zur Probenapplikation und -aufarbeltung Radioanalytische Meßgeräte 47 VI I

3 2.2. Charakterisierung de? radioaktiven Testchemikalien und Vorbereitung der Applikationssuspensionen Vorbereitung der Pflanzenstoffwechselbox und Applikation der radioaktiven Testchemikalien Versuchsablauf Aufarbeitung der Materialien und ihre radioanalytische Untersuchung Nachweis von 1 *C0 2 in Kalilauge, Sickerwasser und KUhlkondensat Autoradiographie Ergebnisse Radioaktivitätsbilanzen Anteile der Radioaktivität im Sickerwasser Flüchtige Anteile der Radioaktivität Anteile der Radioaktivität im Boden und in den Pflanzen Literatur 88 Teil 3: Verteilungsmodelle, ihre Bewertung und Fortentwicklung aufgrund der ermittelten Verteilungsmuster Zusammenfassung/Summary Einleitung Grundlegende Bemerkungen zum Begriff "Verteilungsmodell" Universelle und spezielle Verteilungsmodelle Definition des Begriffs "Verteilungsmodell"../ Möglichkeiten der Präzisierung der verwendeten Begriffe Verfahren zur Entwicklung eines spezialisierten Verteilungsmodells Berechnung von Verteilungen mit Hilfe von spezialisierten Modellen 100 VIII

4 Übersicht Über in der Literatur beschriebene Verteilungsmodelle 102 Literaturstudie 102 Grundtypen der in der wissenschaftlichen Diskussion befindlichen Verteilungsmodelle 102 Bedeutung der mathematischen Struktur eines Modells 102 Klassifizierung der Modelle 104 Einordnung wichtiger in der Literatur dokumentierter Modelle in das Klassifikationsschema 115 Charakterisierung und Bewertung einzelner Modelle 115 Anwendbarkeit der diskutierten Modelle auf die von uns durchgeführten Verteilungsversuche 128 Interpretation der experimentell bestimmten Verteilungsmuster im Rahmen ausgewählter Modelle 130 Vorbemerkung 130 Anwendung des vereinfachten Kompartimentalisierungsmodells 130 Anwendung des "Terrestrial Atmospheric Interface"-Modells 139 Modell zur Interpretation der experimentell ermittelten Verteilungsmuster der Chemikalien 143 Festlegung der Kompartimente im terrestrischen Standardökosystem 143 Mögliche Modellparameter 144 Modellannahmen Über die Kinetik der Verteilungs- und Abbauprozesse....,. 146 \ Anfangsverteilung x (0) der Chemikalien auf die Kompartimente 146 Prozesse, denen die Chemikalie nach der Applikation unterliegt 149 Verteilungsmuster nach langen Versuchszeiten 152 Übersicht Über den mathematischen Aufbau des Modells 153 IX

5 5*4.1 Weitere Spezialisierung der Modellannahmen Aufstellung der Differentialgleichungen, der Anfangs- und Randbedingungen Wichtige aus dem Differentialgleichungssystem ableitbare Beziehungen Zukünftige Erweiterung des Modells Allgemeines Verbesserungen des Modells Verallgemeinerung des Modells Vorbemerkung Verallgemeinerung der Anfangs- und Randbedingungen, Aufbau von weiteren Teilmodellen Literatur. 179 Teil 4: Anpassung und Anwendung des kinetischen Verteilungsmodells Zusammenf assung/summary 183 1, Einleitung Modellgleichungen zur Vorausberechnung der Verteilung von Chemikalien im Standardökosystem Berechnungsformeln fur die Kompartimentalisierung einer Chemikalie Berechnungsformeln fur die Entstehung flüchtiger Substanzen im Verlauf des Abbauprozesses Berechnungsformeln für die Verteilung der applizierten Chemikalie und ihrer Abbaupro-, dukte im Kompartiment Boden Berechnungsformel für den in das Sickerwasser übergegangenen Anteil der Chemikalie 190 3; Interpretation der Ergebnisse 191 X

6 Vorbemerkungen 191 Anpassung der Modellparameter an die experimentell bestimmten Verteilungs- und Abbaumuster 193 3*3. Ergebnisse der einzelnen Verteilungsversuche Korrelationen zwischen Modellparametern und physikalisch-chemischen Stoffeigenschaften *1 Vorbemerkungen Berechnung der Größenordnung des Diffusionskoeffizienten D^ Korrelation zwischen Stoffübergangskoeffizienten ß i und Verteilungskoeffizienten a', K fc und K Q Korrelation zwischen Stoffanteil x^o) und Verteilungskoeffizienten oc' und K Vorausberechnung von Verteilungsmustern Kurzzeichen und deren Definition Literatur 234 XI