Böden sind unsere Lebensgrundlage. Trotzdem sind sie ständig durch Degradation in Form von Schadstoffeintrag oder Erosion bedroht. Eine weitere, scheinbar unersetzliche Hauptgrundlage des menschlichen Daseins ist Erdöl. Sowohl Erdöl als auch Böden sind auf humane Lebenszeiträume gesehen nicht regenerative Rohstoffe. Mit steigendem Rohölpreis rücken schwer zu explorierende Ölvorkommen, wie z.B. in der Arktis, in den Fokus von Explorationsfirmen (Bird et al. 2008). Mit Exploration, Transport und Verarbeitung dieses Öls gehen jedoch unvermeidliche Verschmutzungen der Umwelt, insbesondere der Böden, einher. Im Allgemeinen liegen die Gründe für solche Verschmutzungen sowohl in technischen und menschlichen Fehlern als auch in nicht vollständig beherrschbaren, natürlichen Ereignissen (Siciliano et al., 2008). Der Eintrag von organischen Schadstoffen in Permafrost-beeinflusste Böden kann zu einer Zunahme der Mächtigkeit der saisonalen Auftauschicht (active layer) und als Folge zu einer Absenkung des gesamten Bodens führen (Collins et al. 1993). In der Antarktis wurde eine Akkumulation von atmosphärisch eingetragenen PAK im Bereich der Permafrosttafel beobachtet (Curtosi et al. 2007). In der vorliegenden Arbeit wurde zuerst eine Methode zur Simulation des natürlichen Gefrierprozesses im wasserungesättigten Boden entwickelt, und dann der Einfluss des Gefrierprozesses auf die Verteilung von verschiedenen PAK in ölkontaminierten Böden untersucht. Die Versuchsapparatur umfasste ein geschlossenes Säulensystem, welches mit drei Parallelen und einer Vergleichssäule betrieben wurde. Die Säulen konnten für verschiedene Fragestellungen von oben oder unten gekühlt werden. Der Gefrierprozess wurde mit jeweils zwei Temperatursonden und einer TDR-Sonde überwacht. Ein zwei-phasiges Abkühlprogramm mit einer schnellen ersten Abkühlphase und einer sehr langsamen, naturnahen, zweiten Abkühlphase zeigte die besten Ergebnisse der Simulation der natürlichen Wassermigrationsprozesse, die während des Gefrierprozesses im Boden stattfinden. Bisher sind zwei Prozesse im Zusammenhang mit dem Gefrierprozess und der Verlagerung von organischen Schadstoffen in Böden bekannt. Zum einen das Auspressen von Schadstoffen aus den Bodenporen, wenn sie als eigene Phase vorliegen (Chuvilin et al. 2003) und zum anderen die Bildung sehr reiner Eisstrukturen unter Ausschluss von gelösten Substanzen bei sehr langsamen Gefrierraten (Konrad & Seto, 1991). Beide Prozesse führen zu einer Akkumulation von Schadstoffe direkt vor der Gefrierfront. Mit den Versuchen der vorliegenden Arbeit konnte ein signifikanter Einfluss des Gefrierprozesses auf die Verteilung des 3-Ring PAK Anthracen in einem wasserungesättigten und mit Rohöl kontaminierten Sand dargestellt werden. Es fand eine Schadstoffakkumulation direkt unterhalb der Gefrierfront statt. Die genauere Betrachtung unterschiedlich extrahierbarer Anthracenanteile zeigte, dass durch den Gefrierprozess die Methanol-Wasser-lösliche Fraktion verlagert wird, während die stärker gebundene Ethylacetat-lösliche Anthracenfraktion keine signifikanten Änderungen zeigte. Diese Beobachtung weist auf den Ausschluss des 3-Ring PAK aus dem sich bildenden Eis hin und spricht gegen eine Verlagerung des Anthracen zusammen mit der vorhandenen Rohölphase. Für das 4-Ring PAK Pyren konnten in einem schwach-tonigen Schluff keine signifikanten Verlagerungsprozesse aufgrund des Gefrierprozesses nachgewiesen werden, obwohl die Wasserlöslichkeit des Pyrens etwa dreimal so hoch ist, wie die des Anthracens. Aufgrund der erhöhten Wassermigration aus den ungefrorenen Bereichen des schach-tonigen Schluffs zur Gefrierfront hin, bleibt jedoch zu vermuten, dass sich Auswirkungen verschiedener Migrationsprozesse gegenseitig aufgehoben haben. Die Ergebnisse dieser Arbeit haben gezeigt, dass der Gefrierprozess die Dispersion von PAK im wasserungesättigten Boden unterstützt, wobei es zur Fraktionierung der Schadstoffgruppe kommt. Die spezifischen Eigenschaften der einzelnen PAK, insbesondere der log KOC, bestimmen das Ausmaß der gefrierbedingten Migration der Schadstoffe. Soils and soil functions are a main resource for our existence on earth. But soils are under threat by degradation. Another resource that seems irreplaceable for human being on this planet is oil. Oil, as well as soil, is a non-renewable resource in relation to human life time. With decreasing reservoirs in the established oil production areas, remote oil resources, like in the Arctic, come into the focus of exploration activities (Bird et al., 2008). Exploration, transport and processing of oil inevitably cause accidental spills and continuous release of product and compounds into the soil on different levels. In general the reasons are technical inadequacy, human error or natural hazards (Siciliano et al., 2008). Furthermore increased human activity in Arctic regions also increases the entry of contaminants into the vulnerable environment.
