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Lexikon der Geowissenschaften: Rückhaltevermögen

Rückhaltevermögen, Sedimentebesitzen wie Böden die Fähigkeit, im Sickerwasser bzw. Bodenwasser suspendierte oder gelöste Stoffe zu filtern. Durch die Filterung werden die Stoffe einer Wirkung auf Bodenorganismen und Pflanzenwurzeln, einer Aufnahme durch Pflanzenwurzeln sowie einer Bewegung in das Grundwasser oder in benachbarte Gewässer entzogen. Nach Größe der Partikel lassen sich grobdisperse Suspensionen (Durchmesser >100 nm), kolloiddisperse Suspensoide (Durchmesser 1-100 nm) und molekulardisperse, echte Lösungen unterscheiden. Es kann sich dabei um Stoffe handeln, die entweder das Sediment selbst enthält (z.B. Tonminerale) und die als Lösungsprodukte der chemischen Verwitterung (anorganische Anionen und Kationen) oder der Zersetzung und Humifizierung (anorganische Ionen, gelöste und feste organische Verbindungen) anfallen, oder die als trockene (Staub) und nasse atmosphärische Deposition sowie im Rahmen landwirtschaftlicher Nutzung (z.B. Düngesalze, Pestizide) von außen zugeführt werden. Bisweilen wird das Sediment bewußt als Filter genutzt, z.B. bei der Abwasserreinigung, bei der grob-, kolloid- und molekular-disperse organische und anorganische Stoffe zugeführt werden. Die Filterung kann rein mechanisch im Porensystem des Bodens, physikochemisch an den aktiven Oberflächen der feinsten Bodenbestandteile (vor allem Ton und Humus), chemisch durch Bildung kaum wasserlöslicher Verbindungen und biologisch durch Abbau erfolgen. In der Bodenkunde wird die mechanische Rückhaltung als Filterung, die Adsorption an Austauscher oder die chemische Fällung als Pufferung und die Umwandlung oder Abbau als Transformation bezeichnet. Inwieweit Filterung, Pufferung oder Transformation auftreten, hängt sowohl von den Eigenschaften der betrachteten Stoffe als auch von den Eigenschaften der Sedimente bzw. Böden ab.

a) Filterung: Gegenüber grobdispersen Stoffen wirkt ein Boden als Oberflächenfilter oder als Tiefenfilter. Beim Oberflächenfilter sammelt sich der eingetragene Stoff ohne Eindringen in den Porenraum des Filters an der Oberfläche an. Parallel dazu nimmt aber die Wasserleitfähigkeit und damit die Sickerrate ab. In groben Poren werden Partikel mit dem Sickerwasser abwärts verlagert, in kleineren Poren hingegen mechanisch abgefiltert. Losreißen von Teilchen (= innere Suffusion) und Zurückhalten von Teilchen (= innere Kolmation) sind dabei Wechselwirkungsprozesse mit einem zunächst dynamischen Gleichgewicht. Praktisch erfolgt überwiegend eine Verlagerung in Grobporen (Durchmesser >10 μm). Kolloiddisperse Stoffe unterliegen zusätzlich der Peptisation und der Flockung, wodurch ihr Verhalten im Boden entscheidend modifiziert werden kann. b) Pufferung: Die Puffereigenschaften eines Bodens beruhen darauf, daß gelöste Stoffe durch Adsorption an Adsorbenten (Tonminerale, Huminstoffe, Metalloxide) gebunden, nach Reaktion mit bodeneigenen Stoffen chemisch gefällt oder daß Säuren nach Reaktion mit bodeneigenen Stoffen neutralisiert werden. Adsorptionen sind Gleichgewichtsreaktionen zwischen Bodenlösung und Adsorbens. Diese Beziehung läßt sich mit Hilfe von Adsorptionsisothermen (z.B. nach Freundlich oder Langmuir) charakterisieren. Beim Ionenaustausch erfolgt die Adsorption eines Kations oder Anions durch Desorption eines sorbierten Kations oder Anions, und zwar in äquivalenten Stoffmengen. Die Ionenaustauschkapazität ist die Stoffmenge aller Ionen, die das Adsorbens als Adsorbat binden kann. Eine Immobilisierung gelöster Stoffe durch Fällung erfolgt, wenn Reaktionspartner vorhanden sind und das Löslichkeitsprodukt der entstehenden Verbindung überschritten wird. Die Pufferung von Säuren bzw. Protonen ist in Böden von besonderer Bedeutung. So können die in Böden gebildeten und über Niederschläge zugeführten Säuren durch Puffersubstanz (Erdalkalicarbonate, Tonminerale, Huminstoffe, Silicate, Sesquioxide) neutralisiert werden. Die Puffer verbrauchen sich dabei durch Lösung oder Austausch und Auswaschung des Freigesetzten. c) Transformation: Viele organische Stoffe können rein chemisch oder an der Oberfläche photochemisch durch Hydrolyse, Oxidation und Isomerisation verändert und abgebaut werden; solche mit hohem Dampfdruck können schließlich gasförmig dem Boden entweichen. In ihrer Intensität treten diese Vorgänge aber meist gegenüber dem mikrobiellen Abbau stark zurück. [ME]

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