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2015 | OriginalPaper | Chapter

Contamination of Sediments in the German North Sea Estuaries Elbe, Weser and Ems and Its Sensitivity to Climate Change

Authors : Carmen Kleisinger, Holger Haase, Uwe Hentschke, Birgit Schubert

Published in: Sediment Matters

Publisher: Springer International Publishing

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Abstract

Projections of climate-induced changes in temperature and precipitation let expect also altered frequencies and intensities of extreme hydrological events such as floods or prolonged periods of low river discharges. Particularly such extremes may, moreover, lead to modified inputs of particulate matter into rivers and estuaries, and may thus affect the quality of estuarine sediments. This study focuses on the assessment of potential climate-induced changes of particle-bound contaminant concentrations in the estuaries of the rivers Elbe, Ems and Weser and the resulting challenges for sediment management in the navigable waterways there. The estimation of climate-induced changes of contaminant concentrations in estuarine particulate matter (PM) was based on results of projections on the fluvial PM input into the Elbe estuary in the near (2021–2050) and far future (2071–2100) and on assumed extreme changes of such inputs. A mixing model using the concentrations of selected contaminants as indicators for marine and fluvial PM was applied. Distinct changes of contaminant concentrations were found only for the far future and with the assumed extreme PM inputs in the inner Elbe estuary. And only for the inner Elbe estuary the worst-case scenario indicated that concentrations of some organochlorine contaminants in the far future exceed the national assessment criteria for the handling of dredged material within coastal waterways more distinct than today. Therefore, adaptations of practices for the management of dredged material to higher particulate matter contaminations should be considered there in the medium or long-term perspective.

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Literature
go back to reference Ackermann F, Bergmann H, Schleichert U (1983) Monitoring of heavy metals in coastal and estuarine sediments—a question of grain size: <20 µm versus <60 µm. Environ Technol Lett 4:317–328CrossRef Ackermann F, Bergmann H, Schleichert U (1983) Monitoring of heavy metals in coastal and estuarine sediments—a question of grain size: <20 µm versus <60 µm. Environ Technol Lett 4:317–328CrossRef
go back to reference Ackermann F (1998) Dynamik der Schwermetallbelastung in feinkörnigen Sedimenten und Schwebstoffen im Tidebereich von Ems, Weser und Elbe. Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz BfG-1188 (only available in German) Ackermann F (1998) Dynamik der Schwermetallbelastung in feinkörnigen Sedimenten und Schwebstoffen im Tidebereich von Ems, Weser und Elbe. Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz BfG-1188 (only available in German)
go back to reference Ackermann F (2004) Schwermetalle als Tracer für den Feinpartikeltransport in den Nordseeästuaren. 13. Chemisches Kolloquium – Auswirkungen des Ausbaus deutscher Nordsee-Ästuare auf die Gewässergüte und das Baggergutmanagement – 22.06.2004 in Koblenz. Veranstaltungen 2/2004 (only available in German) Ackermann F (2004) Schwermetalle als Tracer für den Feinpartikeltransport in den Nordseeästuaren. 13. Chemisches Kolloquium – Auswirkungen des Ausbaus deutscher Nordsee-Ästuare auf die Gewässergüte und das Baggergutmanagement – 22.06.2004 in Koblenz. Veranstaltungen 2/2004 (only available in German)
go back to reference Ackermann F, Schubert B (2007) Trace metals as indicators for the dynamics of (suspended) particulate matter in the tidal reach of the River Elbe. In: Förstner U, Westrich B (eds) Sediment dynamics and pollutant mobility in rivers. Springer, Berlin, pp 296–304 Ackermann F, Schubert B (2007) Trace metals as indicators for the dynamics of (suspended) particulate matter in the tidal reach of the River Elbe. In: Förstner U, Westrich B (eds) Sediment dynamics and pollutant mobility in rivers. Springer, Berlin, pp 296–304
go back to reference Anonymus (2009) GÜBAK—joint transitional arrangements for the handling of dredged material in german federal coastal waterways between the federal authorities and the federal states (Bundesländer), Koblenz 2009, p 39 Anonymus (2009) GÜBAK—joint transitional arrangements for the handling of dredged material in german federal coastal waterways between the federal authorities and the federal states (Bundesländer), Koblenz 2009, p 39
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go back to reference Banat K, Förstner U, Müller G (1972) Schwermetalle in Sedimenten von Donau, Rhein, Ems, Weser und Elbe im Bereich der Bundesrepublik Deutschland. Die Naturwiss 59:525–528CrossRef Banat K, Förstner U, Müller G (1972) Schwermetalle in Sedimenten von Donau, Rhein, Ems, Weser und Elbe im Bereich der Bundesrepublik Deutschland. Die Naturwiss 59:525–528CrossRef
go back to reference Brügmann L (1995) Metals in sediments and suspended matter of the river Elbe. Sci Total Environ 159:53–65CrossRef Brügmann L (1995) Metals in sediments and suspended matter of the river Elbe. Sci Total Environ 159:53–65CrossRef
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go back to reference BfG—Bundesanstalt für Gewässerkunde (2014) Sedimentmanagement Tideelbe - Strategien und Potenziale - Systemstudie II. Ökologische Auswirkungen der Unterbringung von Feinmaterial. Band 1, Endbericht. Im Auftrag des Wasser- und Schifffahrtsamtes Hamburg. Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz, BfG-Bericht 1763 BfG—Bundesanstalt für Gewässerkunde (2014) Sedimentmanagement Tideelbe - Strategien und Potenziale - Systemstudie II. Ökologische Auswirkungen der Unterbringung von Feinmaterial. Band 1, Endbericht. Im Auftrag des Wasser- und Schifffahrtsamtes Hamburg. Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz, BfG-Bericht 1763
go back to reference BGBl—Bundesgesetzblatt (2011) Decree for the protection of surface waters (Verordnung zum Schutz der Oberflächengewässer). BGBl Teil I, Nr. 37, 25.7.2011 Bundesanzeigerverlag: 1429–1470 BGBl—Bundesgesetzblatt (2011) Decree for the protection of surface waters (Verordnung zum Schutz der Oberflächengewässer). BGBl Teil I, Nr. 37, 25.7.2011 Bundesanzeigerverlag: 1429–1470
go back to reference EU (2000) EU Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the Council of 23 October 2000, establishing a framework for Community action in the field of water policy (Water Framework Directive) EU (2000) EU Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the Council of 23 October 2000, establishing a framework for Community action in the field of water policy (Water Framework Directive)
go back to reference EU (2008) Directive 2008/56/EC of the European Parliament and of the Council of 17 June 2008 establishing a framework for community action in the field of marine environmental policy (Marine Strategy Framework Directive) EU (2008) Directive 2008/56/EC of the European Parliament and of the Council of 17 June 2008 establishing a framework for community action in the field of marine environmental policy (Marine Strategy Framework Directive)
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go back to reference Förstner U, Schoer J, Knauth H-D (1990) Metal pollution in the tidal Elbe River. In: Allen RJ et al (eds) The science of the total environment, Elsevier, New York, pp 347–368 Förstner U, Schoer J, Knauth H-D (1990) Metal pollution in the tidal Elbe River. In: Allen RJ et al (eds) The science of the total environment, Elsevier, New York, pp 347–368
go back to reference Gilbert RO (1987) Statistical methods for environmental pollution monitoring. Van Nostrand Reinhold, New York Gilbert RO (1987) Statistical methods for environmental pollution monitoring. Van Nostrand Reinhold, New York
go back to reference Graydon JA, Emmerton CA, Lesack LFW, Kelly EN (2009) Mercury in the Mackenzie river delta and estuary: concentrations and fluxes during open-water conditions. Sci Total Environ 407:2980–2988CrossRef Graydon JA, Emmerton CA, Lesack LFW, Kelly EN (2009) Mercury in the Mackenzie river delta and estuary: concentrations and fluxes during open-water conditions. Sci Total Environ 407:2980–2988CrossRef
go back to reference Hatje V, Barros F (2012) Overview of the 20th century impact of trace metal contamination in the estuaries of Todosos Santos Bay: past, present and future scenarios. Mar Pollut Bull 64:2603–2614CrossRef Hatje V, Barros F (2012) Overview of the 20th century impact of trace metal contamination in the estuaries of Todosos Santos Bay: past, present and future scenarios. Mar Pollut Bull 64:2603–2614CrossRef
go back to reference Heise S, Claus E, Heininger P, Krämer T, Krüger F, Schwartz R, Förstner U (2005) Studie zur Schadstoffbelastung der Sedimente im Elbeeinzugsgebiet – Ursachen und Trends. Study for the Hamburg Port Authority Heise S, Claus E, Heininger P, Krämer T, Krüger F, Schwartz R, Förstner U (2005) Studie zur Schadstoffbelastung der Sedimente im Elbeeinzugsgebiet – Ursachen und Trends. Study for the Hamburg Port Authority
go back to reference Horowitz AJ (1991) A primer on sediment element chemistry. Michigan7Lewis Publishers Horowitz AJ (1991) A primer on sediment element chemistry. Michigan7Lewis Publishers
go back to reference IPCC (2007) Climate Change 2007. The physical science basis. In: Solomon S, Qin D, Manning M, Chen Z, Marquis M, Averyt KB, Tignor M, Miller HL (eds) Contribution of working group i to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. Cambridge University Press, Cambridge, 996 p IPCC (2007) Climate Change 2007. The physical science basis. In: Solomon S, Qin D, Manning M, Chen Z, Marquis M, Averyt KB, Tignor M, Miller HL (eds) Contribution of working group i to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. Cambridge University Press, Cambridge, 996 p
go back to reference Irabien MJ, Cearreta A, Leorri E, Gómez J, Viguri J (2008) A 130 year record of pollution in the Suances estuary (southern Bay of Biscay): implications for environmental management. Mar Pollut Bull 56:1719–1727CrossRef Irabien MJ, Cearreta A, Leorri E, Gómez J, Viguri J (2008) A 130 year record of pollution in the Suances estuary (southern Bay of Biscay): implications for environmental management. Mar Pollut Bull 56:1719–1727CrossRef
go back to reference Kersten M, Smedes F (2002) Normalization procedures for sediment contaminants in spatial and temporal trend monitoring. J Environ Monit 4:109–115CrossRef Kersten M, Smedes F (2002) Normalization procedures for sediment contaminants in spatial and temporal trend monitoring. J Environ Monit 4:109–115CrossRef
go back to reference Knauth H-D, Gandraß J, Sturm R (1993) Vorkommen und Verhalten organischer und anorganischer Mikroverunreinigungen in der mittleren und unteren Elbe. Forschungsbericht des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Forschungsbericht 10204363, Erich Schmidt Verlag Knauth H-D, Gandraß J, Sturm R (1993) Vorkommen und Verhalten organischer und anorganischer Mikroverunreinigungen in der mittleren und unteren Elbe. Forschungsbericht des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Forschungsbericht 10204363, Erich Schmidt Verlag
go back to reference Kowalewska G, Belzunce-Segarra MJ, Schubert B, Heininger P, Heise S (2011) The role of sediments in coastal monitoring. In: Quevauviller, P, Roose P, Verreet G (eds) Chemical marine monitoring—policy framework and analytical trends, Chap. 12. Wiley, London, pp 377–395 Kowalewska G, Belzunce-Segarra MJ, Schubert B, Heininger P, Heise S (2011) The role of sediments in coastal monitoring. In: Quevauviller, P, Roose P, Verreet G (eds) Chemical marine monitoring—policy framework and analytical trends, Chap. 12. Wiley, London, pp 377–395
go back to reference Lingemann I, Nilson E, Carambia M, Krahe P (2013) Änderungen des Wasserhaushalts der Elbe im 21. Jahrhundert. Die Zukunft des Wasserhaushaltes im Elbeeinzugsge-biet, Kolloquium 29/30.11.2012 Dresden. BfG-Veranstaltungen 6/2013 Lingemann I, Nilson E, Carambia M, Krahe P (2013) Änderungen des Wasserhaushalts der Elbe im 21. Jahrhundert. Die Zukunft des Wasserhaushaltes im Elbeeinzugsge-biet, Kolloquium 29/30.11.2012 Dresden. BfG-Veranstaltungen 6/2013
go back to reference Martinez-Carreras N, Gallart F, Iffly JF, Pfister L, Walling DE, Krein A (2008) Uncertainty assessment in suspended sediment fingerprinting based on tracer mixing models: a case study from Luxembourg. Sediment dynamics in changing environments, vol 325 (Proceedings of a symposium held in Christchurch, New Zealand), pp 94–104 Martinez-Carreras N, Gallart F, Iffly JF, Pfister L, Walling DE, Krein A (2008) Uncertainty assessment in suspended sediment fingerprinting based on tracer mixing models: a case study from Luxembourg. Sediment dynamics in changing environments, vol 325 (Proceedings of a symposium held in Christchurch, New Zealand), pp 94–104
go back to reference Müller G, Förstner U (1975) Heavy metals in sediments of the Rhine and Elbe estuaries: mobilization or mixing effect? Environ Geol 1:33–39CrossRef Müller G, Förstner U (1975) Heavy metals in sediments of the Rhine and Elbe estuaries: mobilization or mixing effect? Environ Geol 1:33–39CrossRef
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Metadata
Title
Contamination of Sediments in the German North Sea Estuaries Elbe, Weser and Ems and Its Sensitivity to Climate Change
Authors
Carmen Kleisinger
Holger Haase
Uwe Hentschke
Birgit Schubert
Copyright Year
2015
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-319-14696-6_9