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s/toxische-wirkung/Toxische Wirkung/gi

GcBÜK400 - Cadmium im Oberboden

Cadmium verdient unter den Schwermetallen besondere Beachtung, da seine Toxizität für Tiere und Menschen erheblich größer als die anderer Schwermetalle ist. Als Akkumulationsgift wird es im Körper angereichert und kann dort über Jahrzehnte verbleiben. Auf Grund seiner chemischen Verwandtschaft zum Zink kommt es fast ausschließlich mit diesem vor, insbesondere in allen zinkführenden Mineralen (u. a. Zinkblende, Galmei) und Gesteinen. Die durchschnittliche Cd-Konzentration der Gesteine der oberen kontinentalen Erdkruste (Clarkewert) beträgt 0,1 mg/kg, in Böden finden sich Gehalte in der Regel 0,50 mg/kg. Im Gegensatz zu As und anderen Schwermetallen (z. B. Cr, Ni) ist in den oberflächennah anstehenden sächsischen Hauptgesteinstypen keine geochemische Spezialisierung auf Cd nachweisbar. Die petrogeochemische Komponente liegt im Bereich des Clarkwertes um 0,1 mg/kg. In den Erzlagerstätten ist Cd vor allem an die Zinkerze der polymetallischen hydrothermalen Gänge und teilweise an die Skarnlagerstätten und stratigen-stratiformen Ausbildungen gebunden (chalkogene Komponente). Seit Beginn der Industrialisierung gelangt Cadmium über die Emissionen der Buntmetallhütten, die Verbrennung von Kohlen und Erdöl und in jüngerer Zeit über Galvanotechnik, Müllverbrennung, Düngemittel, Klärschlämme und Komposte anthropogen in die Umwelt. Während in den Oberböden Nord- und Mittelsachsens niedrige Gehalte dominieren (Cd-arme periglaziäre sandige bis lehmige Substrate; Löss), kommt es in den Verwitterungsböden über Festgesteinen zu einer relativen Anreicherung. Eine Abhängigkeit vom Tongehalt ist insofern festzustellen, dass die sandigen Substrate gegenüber lehmigen Substraten etwas niedrigere Cd-Gehalte aufweisen. Auf Acker- und Grünlandstandorten sind im Vergleich zu den Waldstandorten im Oberboden höhere Cd-Gehalte anzutreffen, da infolge der sehr niedrigen pH-Werte unter Forst eine Cd-Mobilisierung und Verlagerung in größere Bodentiefen stattfindet. Besonders hohe Cd-Belastungen befinden sich im Freiberger Raum, die durch die geogene Cd-Anreicherung bei der Bildung buntmetallführender Erzgänge aber vor allem anthropogen durch die Verhüttung von Zinkerzen verursacht werden. Die höchsten Gehalte sind in den Oberböden in unmittelbarer Nähe der Hüttenstandorte sowie in geringeren Konzentrationen östlich davon (in Hauptwindrichtung) festzustellen. Andere Lagerstättengebiete mit Zinkverzungen im Westerzgebirge und in der Erzgebirgsnordrandzone weisen nur schwach erhöhte Gehalte auf. Eine besondere Stellung bei der Belastung mit Cadmium nehmen die Auenböden der Freiberger und der Vereinigten Mulde ein. Durch die Abtragung von Böden mit geogen verursachten Anreicherungen im Einzugsgebiet und den enormen anthropogenen Zusatzbelastungen durch die Erzaufbereitung und die Hüttenindustrie, kommt es bei Ablagerung der Flusssedimente und Schwebanteile in den Überflutungsbereichen zu hohen Cd-Anreicherungen. In den Auenböden der Elbe und Zwickauer Mulde treten dagegen deutlich niedrigere Gehalte auf. Die geogenen und anthropogenen Prozesse führen im Freiberger Raum und in den Auenböden der Freiberger und Vereinigten Mulde zu flächenhaften Überschreitungen der Prüf- und Maßnahmenwerte der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) für Cadmium.

GcBÜK400 - Kupfer im Oberboden

Kupfer ist ein für die Ernährung aller Lebewesen essentielles Element, das jedoch bei einem extremen Überangebot zu toxischen Wirkungen führen kann. Der mittlere Cu-Gehalt der Gesteine der oberen kontinentalen Erdkruste (Clarkewert) beträgt 14 mg/kg. Analog zu Chrom und Nickel ist es vor allem in basischen Gesteinen angereichert (Diabase, Basalte, Metabasite). Die mittleren Cu-Gehalte (Mediane) der sächsischen Haupt-gesteinstypen reichen von 2 bis 67 mg/kg, der regionale Clarke des Erzgebirges/Vogtlandes beträgt 23 mg/kg. Geogene Cu-Anreicherungen sind vor allem im Erzgebirge über den hier weit verbreiteten Mineralisationen zu finden. Chalkopyrit (Kupferkies) ist nahezu in allen Mineralassoziationen als sog. Durchläufermineral verbreitet. Starke anthropogene Cu-Einträge werden vor allem durch die Buntmetallurgie verursacht. Durch die vielfältige Verwendung von Cu, u. a. in der Elektrotechnik, als Legierungsmetall, Rohrleitungsmaterial und Regenrinnen, wird das Element auch verstärkt in das Abwasser eingetragen. Für unbelastete Böden gelten Cu-Gehalte von 2 bis 40 mg/kg als normal. Die regionale Verteilung der Cu-Gehalte im Oberboden wird vor allem durch den geogenen Anteil der Substrate bestimmt. Auf Grund der erhöhten Cu-Gehalte der im Vogtland weit verbreiteten Diabase (58 mg/kg), der punktförmig auftretenden tertiären Basaltoide (60 mg/kg) und der lokal eingelagerten Amphibolite (46 mg/kg) des metamorphen Grundgebirges, kommt es zu anomal hohen Cu-Gehalten in den Verwitterungsböden über den genannten Festgesteinen. Durch eine verstärkte Lössbeeinflussung (mit relativ niedrigen Cu-Gehalten von ca. 12 mg/kg), kann es über Cu-reichen Substraten, je nach Lössanteil, zu einem "Verdünnungseffekt" kommen (z. B. über den Monzonitoiden bei Meißen). Extrem niedrige Cu-Konzentrationen sind in den Verwitterungsböden über sauren Magmatiten (Granit von Ei-benstock, Teplice-Rhyolith), Metagranitoiden (Erzgebirgs-Zentralzone), Sandsteinen (Elbsandstein- und Zittauer Gebirge) und bei Bodengesellschaften aus periglaziären sandigen Decksedimenten in Nordsachsen zu beobachten. Bedeutende regionale Anomalien befinden sich vor allem im Freiberger Raum, dem wichtigsten früheren Standort des Bergbaus und der Verhüttung polymetallischer Erze. Die anthropogenen Einträge sind aber i. W. auf die unmittelbare Umgebung der Hüttenstandorte beschränkt. Dabei kommt es zu Überlagerung mit geogenen Anteilen im Boden, die in ursächlichem Zusammenhang mit der Verbreitung von Kupferkies führenden Mineralassoziationen stehen. Analoge Verhältnisse finden sich, wenn auch in abgeschwächter Form, im Raum Schneeberg - Schwarzenberg - Annaberg-Buchholz - Marienberg. Besonders hohe Cu-Gehalte weisen die Auenböden der Freiberger Mulde auf. Nach Eintritt der Freiberger Mulde in das Freiberger Bergbau- und Hüttenrevier kommt es zu einer nachhaltigen stofflichen Belastung der Auenböden, die über die Aue der Vereinigten Mulde bis an die nördliche Landesgrenze reicht. Erhöhte Cu-Gehalte, jedoch auf deutlich niedrigerem Niveau, treten auch in den Auenböden der Zwickauer Mulde auf, wo sich im Einzugsgebiet die polymetallischen Vererzungen des Westerzgebirges befinden. Infolge der beschriebenen geogenen und anthropogenen Prozesse werden in den Auenböden der Freiberger und der Vereinigten Mulde die Maßnahmenwerte der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) für Grünlandnutzung (Schafhaltung) teilweise überschritten.

Wasserverdampfer in der Kältetechnik, Teilvorhaben: Adsorptionskälteanlage (Adsorbus)

GcBÜK400 - Kupfer im Oberboden

Kupfer ist ein für die Ernährung aller Lebewesen essentielles Element, das jedoch bei einem extremen Überangebot zu toxischen Wirkungen führen kann. Der mittlere Cu-Gehalt der Gesteine der oberen kontinentalen Erdkruste (Clarkewert) beträgt 14 mg/kg. Analog zu Chrom und Nickel ist es vor allem in basischen Gesteinen angereichert (Diabase, Basalte, Metabasite). Die mittleren Cu-Gehalte (Mediane) der sächsischen Haupt-gesteinstypen reichen von 2 bis 67 mg/kg, der regionale Clarke des Erzgebirges/Vogtlandes beträgt 23 mg/kg. Geogene Cu-Anreicherungen sind vor allem im Erzgebirge über den hier weit verbreiteten Mineralisationen zu finden. Chalkopyrit (Kupferkies) ist nahezu in allen Mineralassoziationen als sog. Durchläufermineral verbreitet. Starke anthropogene Cu-Einträge werden vor allem durch die Buntmetallurgie verursacht. Durch die vielfältige Verwendung von Cu, u. a. in der Elektrotechnik, als Legierungsmetall, Rohrleitungsmaterial und Regenrinnen, wird das Element auch verstärkt in das Abwasser eingetragen. Für unbelastete Böden gelten Cu-Gehalte von 2 bis 40 mg/kg als normal. Die regionale Verteilung der Cu-Gehalte im Oberboden wird vor allem durch den geogenen Anteil der Substrate bestimmt. Auf Grund der erhöhten Cu-Gehalte der im Vogtland weit verbreiteten Diabase (58 mg/kg), der punktförmig auftretenden tertiären Basaltoide (60 mg/kg) und der lokal eingelagerten Amphibolite (46 mg/kg) des metamorphen Grundgebirges, kommt es zu anomal hohen Cu-Gehalten in den Verwitterungsböden über den genannten Festgesteinen. Durch eine verstärkte Lössbeeinflussung (mit relativ niedrigen Cu-Gehalten von ca. 12 mg/kg), kann es über Cu-reichen Substraten, je nach Lössanteil, zu einem "Verdünnungseffekt" kommen (z. B. über den Monzonitoiden bei Meißen). Extrem niedrige Cu-Konzentrationen sind in den Verwitterungsböden über sauren Magmatiten (Granit von Ei-benstock, Teplice-Rhyolith), Metagranitoiden (Erzgebirgs-Zentralzone), Sandsteinen (Elbsandstein- und Zittauer Gebirge) und bei Bodengesellschaften aus periglaziären sandigen Decksedimenten in Nordsachsen zu beobachten. Bedeutende regionale Anomalien befinden sich vor allem im Freiberger Raum, dem wichtigsten früheren Standort des Bergbaus und der Verhüttung polymetallischer Erze. Die anthropogenen Einträge sind aber i. W. auf die unmittelbare Umgebung der Hüttenstandorte beschränkt. Dabei kommt es zu Überlagerung mit geogenen Anteilen im Boden, die in ursächlichem Zusammenhang mit der Verbreitung von Kupferkies führenden Mineralassoziationen stehen. Analoge Verhältnisse finden sich, wenn auch in abgeschwächter Form, im Raum Schneeberg - Schwarzenberg - Annaberg-Buchholz - Marienberg. Besonders hohe Cu-Gehalte weisen die Auenböden der Freiberger Mulde auf. Nach Eintritt der Freiberger Mulde in das Freiberger Bergbau- und Hüttenrevier kommt es zu einer nachhaltigen stofflichen Belastung der Auenböden, die über die Aue der Vereinigten Mulde bis an die nördliche Landesgrenze reicht. Erhöhte Cu-Gehalte, jedoch auf deutlich niedrigerem Niveau, treten auch in den Auenböden der Zwickauer Mulde auf, wo sich im Einzugsgebiet die polymetallischen Vererzungen des Westerzgebirges befinden. Infolge der beschriebenen geogenen und anthropogenen Prozesse werden in den Auenböden der Freiberger und der Vereinigten Mulde die Maßnahmenwerte der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) für Grünlandnutzung (Schafhaltung) teilweise überschritten.

Quecksilber (Hg) in marinen Flachwasser-Hydrothermal Systemen - eine übersehene Quelle für Hg im globalen Zyklus

Mit der Unterzeichnung des UNEP Minamata Vertrages in 2013 haben Regierungen weltweit die Gefahr und Toxizität von Quecksilber (Hg) anerkannt und Maßnahmen zur Kontrolle und Reduzierung von Hg festgelegt. Obwohl Quecksilber in der Umweltforschung schon seit Jahrzehnten ein wichtiges Thema ist, gibt es noch offene Fragen zu den grundlegendsten Prozessen im globalen Hg Kreislauf und auch bezüglich der Transformation von Hg Spezies. Der Anteil von Hg aus hydrothermalen Quellen könnte einer der bedeutsamsten, natürlichen Beiträge zum globalen Hg Kreislauf sein, jedoch unterscheiden sich die Schätzungen um mehrere Größenordnungen von 20 bis 2000 t pro Jahr. Es gibt, wenngleich widersprüchliche, Daten über Hg Konzentrationen in hydrothermalen Quellen in der Tiefsee, wogegen hydrothermale Quellen in flacher, küstennaher Umgebung bisher jedoch ignoriert wurden. Gerade diese haben jedoch einen großen Einfluss auf die chemische Zusammensetzung der biologisch wichtigen Küstengewässer. Hydrothermale Quellen setzen nicht nur giftige Verbindungen frei, wie z.B. Schwefelwasserstoff und Arsenverbindungen, sondern liefern auch Nährstoffe wie Eisen und Kohlenstoffverbindungen und sind dadurch eine ökologische Nische für Organismen. Obwohl einige Studien diese hydrothermalen Systeme im Flachwasser als eine mögliche Quelle für Hg thematisierten waren die Ergebnisse nicht zufriedenstellend. Ein Grund könnte die herausfordernde Matrix der hydrothermalen Lösungen sein, sowie eine unzureichende Datenlage um Aussagen über den Gesamteintrag von Hg zu treffen. Noch wichtiger als die Gesamtmenge des Hg Eintrages ist die Verteilung der individuellen Hg-Spezies. Eine fundamentale Transformation ist die Methylierung von Quecksilber (MeHg) und die daraus resultierende Verstärkung der Toxizität. MeHg bioakkumuliert und biomagnifiziert sich innerhalb der marinen Nahrungskette und damit auch letztlich im Menschen. Die Methylierung von Quecksilber ist ein ozeanweites Phänomen. Die niedrigen Konzentrationen von Hg im offenen Gewässer machen das genaue Erforschen dieser biologisch-chemischen Reaktion jedoch schwierig. Hier können hydrothermale Quellen im Flachwasser als natürliche Laboratorien genutzt werden um die Umwandlungsraten von Hg-Spezies und deren Abhängigkeit von Umwelt Faktoren zu bestimmen. Dementsprechend schlagen wir vor, die Speziierung und den Eintrag von Hg für Flachwasser-Hydrothermalsysteme zu bestimmen, um damit bessere Schätzungen für den globalen Quecksilber Kreislauf zu bekommen. Die geplante Arbeit besteht aus 4 Teilen: (1) Probenahme an ausgewählten Standorten, (2) Vollständige Charakterisierung der freigesetzten Hg-Spezies (anorganisches Hg, MeHg und elementares Hg), (3) Bestimmung der Methylierungsrate und (4) eine Schätzung der mengenmäßigen Freisetzung von totalem und methyliertem Hg.

Toxizitaet von Emulgatoren (Tenside) bei verschiedenem Salzgehalt

Ziel: Einfluss von Tensiden auf Organismen des Seewassers; Grenzwerte; Abbau der Tenside.

Untersuchungen zu den Abbau-Mechanismen der Sprengstoffe RDX und TNT durch bodenbewohnende Pilze

Sprengstoffe, v.a. TNT und Hexogen (RDX), sind als Kontaminationen in den Boden eingetragen worden und gelangen aufgrund ihrer geringen Wasserlöslichkeit langsam in das Grundwasser. Aufgrund ihrer Umwetlttoxizität ist eine Sanierung kontaminierter Standorte nötig. Bisherige Untersuchungen zum Abbau dieser Xenobiotika haben sich auf die oxidativen Enzyme von Pilzen aus fremden Habitaten (v.a. Weißfäule-Pilzen) konzentriert. Unter Ansatz basiert hingegen auf der Charakterisierung des Abbau-Potentials der nativen Bodenmycota. TNT wird durch Nitratreduktase-Aktivität reduziert und in die Humus-Schicht eingebunden, während das instabile heterozyklische RDX-Moleküle durch Reduktion gespalten und somit mineralisiert wird. TNT-Reduktion und RDX-Abbau werden durch eine große Diversität an bodenbewohnenden Pilzen durchgeführt, v.a. Zygomyceten (Cuninghamella, Absidia) und imperfekte Stadien von Ascomyceten (Penicillium, Trichoderma). Unsere derzeitigen Studien befassen sich mit der Einbringung der RDX-Fragmente in den pilzlichen Sekundärmetabolismus.

Untersuchungen zur Toxizitaet von Unterrichtsversuchen

Bei vielen historisch ueberlieferten Experimenten in der Chemie-Ausbildung liegt ein beachtliches Potential der Schadstoffbildung von z.T. erheblicher toxikologischer Relevanz. Wie wir erstmalig feststellen konnten, werden z.B. bei dem Beilstein-Test zum einfachen qualitativen Nachweis von organischen Halogenverbindungen erhebliche Mengen an hochtoxischen Dioxinen und Furanen gebildet. Hierdurch koennen Studierende wie auch Laborraeume signifikant kontaminiert werden. Dies zum Anlass nehmend, haben wir gemeinsam mit dem Institut fuer Organische Chemie (Prof. Dr. H. Hopf) eine systematische experimentelle Untersuchungsreihe ins Leben gerufen, in der gaengige Ausbildungsversuche aus Standardlehrbuechern auf ihre Umwelt- und Arbeitsplatzrelevanz untersucht werden. Hieraus sind inzwischen mehrere gemeinsame Publikationen entstanden, die bei uns wie auch an anderen Hochschulen zu einer allmaehlichen Anpassung der Ausbildung in der Chemie an die Erfordernisse des Umweltschutzes und der Arbeitshygiene beitragen werden.

Geogenes Molybdän in Grundwasser und Trinkwasser

Im Allgemeinen sind die Molybdän (Mo) Werte im Trinkwasser deutlich unterhalb der als Gesundheitsrisiko eingestuften Konzentrationen. Daher hat die Weltgesundheitsorganisation (WHO) noch keine Grenzwerte festgelegt, veröffentlichte jedoch eine Empfehlung, wonach 70 Mikro g/L nicht überschritten werden sollten. In diesem Zusammenhang sind kürzlich im Grundwasser Zentral Floridas gemessene Molybdän-Konzentrationen von über 5.000 Mikro g/L besorgniserregend. Molybdän tritt in dieser Region natürlich auf (geogen) und wird aufgrund von anthropogen bedingter Störung der physikalisch-chemischen Bedingungen im Grundwasserleiter freigesetzt. Diese Art der anthropogen-induzierten Kontamination durch geogene Elemente stellt weltweit ein Problem für die öffentliche Gesundheit dar. Die andauernden Probleme mit Arsen (As) in Bangladesch und Westbengalen sind Thema unzähliger Beiträge in Presse und wissenschaftlichen Zeitschriften. Wenngleich Molybdän weniger toxisch ist als Arsen, könnte es sich als ein ähnliches Problem erweisen. Besonders dann, wenn Trinkwasser aus Grundwasserleitern marinen Ursprungs gewonnen wird in denen Mo von Natur aus erhöht vorhanden ist. Um die Möglichkeit der anthropogen-induzierten Kontamination durch geogenes Mo in Grundwasserleitern marinen Ursprungs besser zu verstehen, wird ein multidisziplinärer Ansatz vorgeschlagen. Ziel ist ein besseres Verständnis der Mo-Mobilisierung durch eine Kombination aus (geo)chemischen und hydrogeologischen Arbeiten, sowie deren Quantifizierung im Rahmen eines reaktiven Transportmodels.

MoNoPoLi - Moderne Bindersysteme - Nachhaltige Polymere für Lithium-Batterien

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