<p>Abstract</p><p>Drinking water is an important resource on Earth both for humans and animals. Although most of the surface is covered by water only a small quantity is available as drinking water. Our manner of living creates a lot of pollution which has an environmental impact. Groundwater has a protracted turnover time in the soil and it can take many years before the effects of human impact are detected. </p><p>The Swedish environmental object is “Good groundwater quality” which aims to provide a safe and sustainable supply of drinking water today and in the future. In Sweden and in other member states of EU the Water Framework Direktive 2000/60 is implemented. According to this act groundwater intended for drinking water supply has to comply with the quality standards of nitrate and pesticides. The purpose of this exam project is to describe how Denmark, England and Sweden are working with groundwater protection and land use. The examination paper is delimited to groundwater sources used for public drinking water supply. </p><p>The method comprises a literature study and a case study from each country. The information has been supplemented by interviews. The effects of groundwater protection is described in a consequential analysis of each country. </p><p>The natural conditions to keep the nitrate levels low in groundwater differ in Denmark, England and Sweden. These are of considerable importance to the choice of protection methods. In Denmark the natural ground conditions combined with intense agriculture result in high nitrate levels. The whole area of Denmark has been designated as nitrate sensitive area according to The Nitrate Directive. Conformed groundwater protection plans and agreements of appropriate land use are examples of measures applied.</p><p>In England increasing nitrate concentrations have been confirmed in a majority of controlled groundwater sources. A great part of the land area has been designated as Nitrate Vulnerable Zones. Many voluntary environmental programmes for best agricultural practice intend to decrease the leakage of nitrate to ground water. In Sweden mainly the coastal areas have been designated as nitrate sensitive areas. Water protection areas are established around the groundwater sources with restrictions for hazardous activities. The Swedish legislation Miljöbalken with regulations, directions and demands is governing the groundwater protection. </p><p>The possibilities to improve groundwater quality depend on the efficiency of the measures as well as the engagement and participation in environmental control. Information about the importance of groundwater protection is crucial to enhance the general awareness. Laws and regulations need to be sufficiently efficient to protect groundwater. Local commitment and responsibility are important in all kinds of environmental work. Land use must be adjusted appropriately in order to allow a sustainable development to occur.</p>

Abstract Drinking water is an important resource on Earth both for humans and animals. Although most of the surface is covered by water only a small quantity is available as drinking water. Our manner of living creates a lot of pollution which has an environmental impact. Groundwater has a protracted turnover time in the soil and it can take many years before the effects of human impact are detected. The Swedish environmental object is “Good groundwater quality” which aims to provide a safe and sustainable supply of drinking water today and in the future. In Sweden and in other member states of EU the Water Framework Direktive 2000/60 is implemented. According to this act groundwater intended for drinking water supply has to comply with the quality standards of nitrate and pesticides. The purpose of this exam project is to describe how Denmark, England and Sweden are working with groundwater protection and land use. The examination paper is delimited to groundwater sources used for public drinking water supply. The method comprises a literature study and a case study from each country. The information has been supplemented by interviews. The effects of groundwater protection is described in a consequential analysis of each country. The natural conditions to keep the nitrate levels low in groundwater differ in Denmark, England and Sweden. These are of considerable importance to the choice of protection methods. In Denmark the natural ground conditions combined with intense agriculture result in high nitrate levels. The whole area of Denmark has been designated as nitrate sensitive area according to The Nitrate Directive. Conformed groundwater protection plans and agreements of appropriate land use are examples of measures applied. In England increasing nitrate concentrations have been confirmed in a majority of controlled groundwater sources. A great part of the land area has been designated as Nitrate Vulnerable Zones. Many voluntary environmental programmes for best agricultural practice intend to decrease the leakage of nitrate to ground water. In Sweden mainly the coastal areas have been designated as nitrate sensitive areas. Water protection areas are established around the groundwater sources with restrictions for hazardous activities. The Swedish legislation Miljöbalken with regulations, directions and demands is governing the groundwater protection. The possibilities to improve groundwater quality depend on the efficiency of the measures as well as the engagement and participation in environmental control. Information about the importance of groundwater protection is crucial to enhance the general awareness. Laws and regulations need to be sufficiently efficient to protect groundwater. Local commitment and responsibility are important in all kinds of environmental work. Land use must be adjusted appropriately in order to allow a sustainable development to occur.

Arsen im Trinkwasser und in der Nahrung stellen regional bedeutsame Probleme dar. Die Abschätzung der Dimension und eine wissenschaftliche Klärung der Ursachen sind Voraussetzung für den Schutz von Mensch und Natur. Mit dem Speicher Altenberg wurde ein Trinkwasserspeichersystem untersucht, in dem erhöhte Arsenkonzentrationen zu beobachten sind. Ziel der Untersuchungen waren Erkenntnisse über eine mögliche Fortsetzung des bisher beobachteten Trends zu steigenden Arsenkonzentrationen. Hierzu wurde das System in Kompartimente unterteilt und diese auf ablaufende Prozesse und Dynamiken untersucht. Das System besitzt eine geringe Produktivität auf Grund von Nährstoffarmut, insbesondere einer Phosphat-Oligotrophie. Es ist, wie viele Gewässer in der nördlichen Hemisphäre, im Kontext sinkender Immissionsbelastungen wie auch des Klimawandels von hohen und zunehmenden Huminstoffeinträgen aus dem Einzugsgebiet geprägt. Hinzu kommt das Wirken von internen und externen Arsenquellen. Am Grund der Gewässer wurden arsenreiche und humose Substrate nachgewiesen. Sie sind einerseits die Folge einer lang anhaltenden Akkumulation von Sedimenten, die auf Einträge aus dem von arsenreichen Grundgesteinen und anmoorigen Böden geprägten Einzugsgebiet zurückgehen. Andererseits kommt eine Überstauung anmooriger Böden und Moore mit gespeichertem lithogenen bzw. chalkogenen Arsen am Baugrund der Speichergewässer in Frage. Die Bedeutung deponierter Flugaschen wird für das System als untergeordnet eingeschätzt. Für den im System als Vorsperre genutzten Galgenteich zeigt sich seit Beginn der Arsenmessungen im Jahre 1997 ein bis zum Jahre 2000 andauernder stetiger Anstieg der Arsenkonzentration, der statistisch signifikant mit einem Rückgang der Nitratkonzentration einhergeht. Diese ist ihrerseits Teil eines allgemeinen Trends einer ökologischen Regeneration mitteleuropäischer bewaldeter Wassereinzugsgebiete seit Ende der Achtzigerjahre in der Folge abnehmender Depositionslasten. Die wahrscheinlichste kausale Verknüpfung zwischen beiden Parametern ist eine Änderung des redoxchemischen Milieus der Gewässersedimente. Zu Zeiten der hohen Depositionen unterdrückten hohe Konzentrationen von Nitrat als sekundärem Elektronenakzeptor eine Freisetzung von Arsen aus Eisenoxid-Sorbaten. Im Zuge andauernder reduktiver Prozesse und mit dem Rückgang der Nitratkonzentration gewinnen Rücklösungsprozesse an Bedeutung. Seit der Jahrtausendwende zeigen sich reguläre zyklische Jahresverläufe der Arsenkonzentration mit Maxima im Spätsommer und Minima im Frühjahr. Eine Bilanzierung der Massenströme legt eine Quellfunktion der Gewässersedimente im Sommerhalbjahr offen, während der Rückgang der Arsenkonzentration im Winterhalbjahr hauptsächlich auf eine Auswaschung und, zu geringerem Anteil, auf eine interne Senkenfunktion zurückgeführt werden kann. Der Speicher Altenberg ist im Sommer thermisch geschichtet. Aber eine Schichtung von Arsen ist weit schwächer ausgeprägt. Ein Anstieg der Arsenkonzentration wurde sowohl im Hypo- als auch im Epilimnion nachgewiesen. Dies legt eine Arsenfreisetzung auch aus epilimnischen Sedimenten nahe, trotz oxischer Bedingungen im überstehenden Wasserkörper. Der dystrophen Natur des Gewässers entsprechend, wird die Triebkraft der zur Arsenfreisetzung führenden respirativen Prozesse dem Abbau humosen Kohlenstoffes zugeordnet. Für Sicker- und Interstitialwässer im System wurde die Mobilisation des Arsens in Zusammenhang mit der Respiration huminstoff-bürtigen Kohlenstoffes nachgewiesen. Neben der internen Arsenmobilisation ist auch die Arsennachlieferung aus dem Einzugsgebiet von Bedeutung. Die Arsenfracht befindet sich in diesen Wasserströmen vorzugsweise in Abhängigkeit von gelöstem organischen Kohlenstoff und der Abflussintensität. Daraus ergibt sich für den Arsenhaushalt des Speichersystems eine besondere Bedeutung von Starkregenereignissen mit verstärktem hypodermischen Abfluss und der Verfrachtung von Arsen in Assoziation mit wasserlöslichen Huminstoffen. Es wird eine Fallunterscheidung vorgestellt, wonach a) in trockenen Jahren mit geringen Durchflüssen sich Arsen aus der internen Rücklösung aus Sedimenten im Wasserkörper des Speichers anreichert; b) bei durchschnittlichen Durchflüssen im Speicher Verdünnungseffekte über die Anreicherung dominieren und tendenziell niedrige Arsenkonzentrationen resultieren; sowie c) in Jahren mit hohen dynamischen Durchflüssen bzw. ausgeprägten Starkregenereignissen ein verstärkter Eintrag aus dem Einzugsgebiet die Arsenkonzentrationen im Speicher ebenfalls ansteigen lässt. Eine exemplarische Analyse der chemischen Spezies des Elements hat ergeben, dass anorganisches fünfwertiges Arsen die dominante Form im Wasser des Speichers Altenberg ist. Der Anteil von höher toxischem dreiwertigen Arsen ist niedrig, ebenso auch der von methylierten Spezies. Daher wird auch eine Bildung volatiler Methylspezies, d.h. eine Öffnung des Arsenhaushaltes zur Atmosphäre, als unbedeutend eingeschätzt. Im Speichersystem offenbart sich eine spezifische Verknüpfung eines an Eisen-Huminstoff-Kolloide gebundenen Antransportes von Arsen aus dem Einzugsgebiet mit einer auf Huminstoffabbau basierenden, redoxchemisch gesteuerten saisonalen Arsenfreisetzung aus den Sedimenten. Dies hat Modellcharakter für Gewässersysteme, in denen hohe Huminstoffmobilität mit geogen oder auch anthropogen bedingten Arsenvorräten zusammentrifft. / Arsenic in drinking water and food represent regionally significant problems. The estimation of the dimension and a scientific explanation of the causes is a prerequisite for the protection of humans and nature. The Altenberg reservoir system was investigated as a drinking water facility, where elevated arsenic concentrations are observed. The aim of the investigations was to get findings about a possible continuation of recently observed trends of increasing arsenic concentrations in the water reservoir. For this purpose, the system was divided into compartments and these were investigated for running processes and dynamics. The system has a low productivity due to a low nutrient state, in particular a phosphate oligotrophy. Like a lot of surface waters in the northern hemisphere, it is shaped by high and increasing inputs of humic matter from the catchment area in context of declining immissions as well as of climate change. Additionally, there are internal and external sources of arsenic. At the bottom of the reservoirs, sediments rich in arsenic and humic matter were found. On the one hand side, they are the result of a long-lasting accumulation of sediments which originate in inputs from the catchment area, which is shaped by arsenic-rich basic rocks and histic soils. Likewise, an inundation of gleyic and histic soils with stored lithogenic respectively chalcogenic arsenic inside the construction ground of the reservoirs is an option. The importance of deposited fly ash for the system is assessed to be subordinate. For the Galgenteich, which is operated as a predam, since the beginning of arsenic measurements in 1997 an until the 2000 lasting steady increase in the concentration of arsenic concentration was found, which is significantly associated with a decrease in nitrate concentration. The nitrate concentration decrease in turn is part of an ecological regeneration of Central European forested catchments since the late eighties as a result of decreasing deposition loads. The most likely causal linkage between both parameters is a change in the redox-chemical environment of reservoir sediments. At past times of high depositions, high concentrations of nitrat as a secondary electron acceptor suppressed a release of arsenic from iron oxide sorbates. In the course of reductive processes, and with the decrease in nitrate concentration, release processes gain importance. Since the turn of the millennium regular cyclic annual courses of the arsenic concentration emerge with maxima in the late summer and minima in spring. An accounting of the mass flows reveals a source function of reservoir sediments in the summer season, whilst the decrease of the arsenic concentration during the winter months can be mainly attributed to washout and to a lesser proportion to an internal sink function. The Altenberg reservoir is thermally stratified in summer. But a stratification of arsenic is far less pronounced. An increase in the arsenic concentration was detected in hypolimnion and in epilimnion too. This suggests an arsenic release also from epilimnetic sediments despite oxic conditions in the overlaying water body. According to the dystrophic nature of the water body, the driving force leading to arsenic release during the respiratory processes is assigned to the use of humic carbon. For seepage and interstitial waters in the system, the mobilization of arsenic has been demonstrated in connection with the respiration of humic carbon. In addition to the internal arsenic mobilization, also a recent arsenic delivery from the catchment area is of importance. The arsenic load in these water flows preferably depends on contents of dissolved organic carbon and on runoff intensity. That implies a special meaning of heavy rainfall events with intensified hypodermic runoff and the transportation of arsenic in association with water-soluble humic matter for the arsenic budget of the reservoir system. A case distinction is presented, according to which a) in dry years with low flow rates sediment released arsenic accumulates in the reservoir water to higher concentrations; b) at average flow rates in dilution effects dominate over the enrichment with the result of low arsenic concentrations; and c) in years with high dynamic flows and strong heavy rains an increased input from the catchment area can also increase the arsenic concentration in the reservoir. An exemplary analysis of chemical species has shown that inorganic pentavalent arsenic is dominant in the water of the Altenberg reservoir. Higher toxic trivalent arsenic was found to a lesser extent as well as methylated species. Therefore, a formation volatile methyl species, i.e. an opening of the arsenic budget to atmosphere, is assessed to be insignificant. The dynamics in the reservoir system reveal a specific linkage between a catchment arsenic feed based on arsenic in iron-humic colloids and a redox-chemically controlled arsenic release from the sediments of the reservoir. This serves as a model for water systems, where high humic matter mobility coincides with geogenic or anthropogenic arsenic inventories.

Bakgrund. De senaste årtiondena har betydelsen av nitrat, nitrit och kväveoxid (NO) ikroppen blivit känd. Ett dietärt intag av nitrat har i flera kliniska studier visat sig haflera positiva hälsoeffekter, speciellt relaterat till att förbättra den kardiovaskulärafunktionen men även i idrottsammanhang har det påvisats positiva effekter, så somminskad syrekostnad och ökad muskulär verkningsgrad. De flesta studier undersökerdock akut intag av nitrater och prestationer &lt;60 minuter.Syfte. Att undersöka om tre dagars uppladdning med nitrat i form av 500 mlrödbetsjuice om dagen samt en fjärde dos á 250 ml rödbetsjuice på testdagen kan ökaprestationen hos motionärer genom att mäta hur lång distans de kan cykla under ettlångdistanspass på 2 timmar.  Metod. En randomiserad dubbelblind placebo-kontrollerad crossover studie utfördes påtotalt 7 st fullt friska försökspersoner, tre män och fyra kvinnor. Testdeltagarnagenomgick vid två tillfällen tre dagars uppladdning med två olika typer av kosttillskott,rödbetsjuice, vilket innehåller nitrat och placebo (blåbärsjuice). En sex dagar lång washout period separerade de två testtillfällena. Totalt genomfördes sju olika mätningar;längd och vikt, blodtryck, puls, cykeltest, laktatvärden och upplevd ansträngningregistrerades. Ett parat t-test och ett icke-parametriskt test användes i den statisktiskaanalysen för att jämföra placebo och nitrat vid första och andra testtillfället.  Resultat. En signifikant skillnad (p&lt;0.02) i prestationsförmåga kunde uppvisas efterintag av nitratprov. Puls-, laktat- och blodtrycksvärden uppvisade ingen signifikantskillnad.  Konklusion. Tre dagars uppladdning samt en fjärde dos nitrat på testdagen förbättradeprestationsförmågan med 4,1 % utan att påverka puls eller upplevd ansträngning. Dennastudie visar på att nitrat kan användas som kosttillskott för att öka sinprestationsförmåga, dock visar studien ingen skillnad i blodtryck varav man kan draslutsatsen att det främst är idrottare som drar nytta av dietärt intag av nitrat. / Aim: To investigate whether three days of dietary with nitrate intake in the form of 500 ml of beetroot juice a day and a fourth dose of 250 ml of beetroot juice on the test day could increase the performance of athletes by measuring how much distance they can bike over a long distance workouts in 2 hours. Method. A randomized double-blind placebo-controlled crossover study was conductedin a total of 7 fully healthy volunteers, three men and four women. The test participantsunderwent twice three days charging with two different types of supplements, beetroot juice, which contains nitrate and placebo (blueberry juice). A 6-day washout period separated the two test sessions. The primary outcome was the distance each cyclist covered at each occation. In addition; height and weight, blood pressure, pulse, lactate and perceived exertion were recorded. A paired t-test and a non-parametric test were used in the statistical analysis to compare placebo and nitrate in first and second testing. Results. A significant difference (p &lt;0,02) in performance was present after intake of nitrate. Heart rate, lactate and blood pressure values showed no significant difference. Conclusion. Three days of nitrate intake and a fourth dose of nitrate on the test day improved performance by 4% without affecting heart rate or perceived exertion. This study shows that nitrate can be used as supplements to boost their performance, however, the study shows no difference in blood pressure which it can be concluded that it is mainly the athletes who benefit from dietary intake of nitrate.

Bakgrund: Det finns en korrelation, främst hos uthållighetsidrottare, mellan prestationsförmåga och maximal syreupptagningsförmåga. Tillskott av rödbetsjuice har i tidigare studier gett ökad prestation och minskad syreförbrukning vid submaximalt arbete. Det finns däremot få studier som undersöker ifall relativt otränade individer eventuellt påverkas av ett nitrattillskott i form av koncentrerad rödbetsjuice. Studiens syfte är att undersöka ifall den akuta effekten av nitrat i rödbetsjuice kan påverka syreförbrukningen vid ett submaximalt arbete hos individer som ej uppnår FYSS rekommendationer för fysisk aktivitet.Metod: En enkelblindad cross-over studiedesign har använts, där 11 stycken deltagare fick cykla ett Åstrands cykelergometertest vid två separata tillfällen. Vid testtillfälle nummer ett fick de förtära placebo i form av 140 ml koncentrerad svartvinbärsaft och vid testtillfälle två fick de förtära 140 ml koncentrerad rödbetsjuice som innehåller cirka 600 mg nitrat. Resultat: Ett Wilcoxon teckenrangtest genomfördes på variabeln Borg-skala och ett Parat t-test genomfördes på variabeln VO2max L/min. Resultatet från Wilcoxon teckenrangtestet med variabeln Borg-skala visade på p=0,621 där medianvärdet vid testtillfälle ett var 14 och kvartilavståndet 3,62 och vid testtillfälle två var medianvärdet 13,5 och kvartilavståndet 4. Resultatet från det Parade t-testet på variabeln VO2max L/min visade på p=0,096 där medelvärde på testtillfälle ett var 2,947±0,88 och vid testtillfälle två var det 3,158±1,11. Slutsats: Då studien ej har fått några signifikanta resultat utan kan endast tyda på eventuella trender, anser vi att rödbetsjuice inte kan påverka syreförbrukningen vid ett submaximalt test.

Seit 1990 wird in Sachsen auf landwirtschaftlichen Dauertestflächen der Nitratgehalt im Frühjahr und im Herbst gemessen. Aus den gleichzeitig erhobenen Bewirtschaftungsdaten kann mit dem Modell REPRO der potenzielle Nitrataustrag unterhalb der durchwurzelbaren Bodenzone abgeschätzt werden. Im Ergebnis zeigt sich, dass weiterhin, vor allem in Trockengebieten in Nordsachsen, mit teilweise hohen Nitratkonzentrationen gerechnet werden muss. Die Düngungsauflagen in Wasserschutzgebieten bewirken sowohl geringere Stickstoffsalden als auch abnehmende Nitratgehalte im Boden. Auf ökologisch bewirtschafteten Flächen war die auswaschungsgefährdete Nitratmenge sehr gering.

Nitrogen removal in wetlands largely depends on denitrification by bacteria. The bacteria and thus denitrification is aided by environmental conditions, some of which are favoured by certain types of wetland vegetation. Previous short-term studies have suggested that nitrogen removal will increase over time. The aim of this study was to investigate whether this suggestion is true or not. In this study data from 2004 to 2014 was analysed using One-way Repeated Measures ANOVAs. The data originates from the experimental wetland facility EVA located outside Halmstad. EVA consists of 18 wetlands (area 22 m2) divided in to three vegetation types (emergent, submerged and free-developing vegetation) with six replicates each. Overall, wetlands showed a decrease in nitrogen removal over the eleven study years. In the first years, especially during summertime, wetlands with emergent vegetation were the most nitrogen removal-efficient. Differences between vegetation types disappeared a few years after their creation. In conclusion, planting emergent vegetation will most likely enhance the nitrogen removal potential of constructed wetlands in the first years after their creation. However, additional studies are needed to determine the cause of nitrogen removal potential loss with wetland ageing. / Att anläggning av våtmarker ger flera olika fördelar är sedan tidigare känt. Den främsta fördelen är deras avskiljning av bland annat kväve, vilken motverkar problemet med eutrofiering. Kväveavskiljning består av olika processer där den mest betydelsefulla är denitrifikationen. Denitrifikation är en bakteriell process som kräver vissa förutsättningar i våtmarkerna. Olika vegetationstyper uppfyller dessa förutsättningar i olika utsträckning. Bland annat därför kommer en våtmarks förmåga till kväveavskiljning delvis bero på vilken vegetationstyp som finns i våtmarken. Något mindre känt än våtmarkers fördelar är hur våtmarker bör konstrueras för optimerad kväveavskiljning, speciellt i ett längre perspektiv. För att ta reda på det undersöker denna studie hur kväveavskiljningen påverkas av våtmarkers ålder och hur våtmarkers vegetation bör utformas för maximal kväveavskiljning. Anläggnigen varifrån all data kommer är experimentvåtmarksanläggningen EVA utanför Halmstad. År 2003 färdigställdes konstruktionen av 18 stycken experimentvåtmarker (area 22 m2) med vegetationstyp som manipulerad faktor (övervattensvegetation, undervattensvegetation och kontroll). Varje vegetationstyp är replikerad sex gånger. Vegetationssuccessionen har sedan 2003 fått pågå obehindrat. Försöksupplägget för studien är en envägs-ANOVA med faktor vegetationstyp. Mätningar av kväveavskiljningen gjordes regelbundet under 11 år (2004-2014), därför användes en envägs-Repeated Measures ANOVA för dataanalys. Våtmarker med övervattensvegetation minskar i kväveavskiljningsförmåga över tid, medan våtmarker med undervattensvegetation och kontrollvåtmarker förbättrar sin kväveavskiljningsförmåga. Medelförändringen för våtmarkerna under 11 år blir en minskning på 4 %. Våtmarker med övervattensvegetation avskiljer mer än våtmarker med undervattensvegetation och kontrollvåtmarker under de första åren. Dock försvinner skillnaden mellan vegetationstyper efter bara några år. Den tid på året då mest kväve avskiljs är sommar. För unga våtmarker är skillnaderna mellan våtmarker med olika vegetationstyper mest påtagliga under vår- och sommarmånaderna. För att konstruktion av våtmarker ska kunna optimeras med avseende på kväveavskiljning krävs ytterligare studier som kan fastställa orsaken till den minskning i kväveavskiljning som skett med stigande ålder. Det mesta tyder dock på att plantera övervattensvegetation gynnar kväveavskiljningen i en anlagd våtmark.

Arsen im Trinkwasser und in der Nahrung stellen regional bedeutsame Probleme dar. Die Abschätzung der Dimension und eine wissenschaftliche Klärung der Ursachen sind Voraussetzung für den Schutz von Mensch und Natur. Mit dem Speicher Altenberg wurde ein Trinkwasserspeichersystem untersucht, in dem erhöhte Arsenkonzentrationen zu beobachten sind. Ziel der Untersuchungen waren Erkenntnisse über eine mögliche Fortsetzung des bisher beobachteten Trends zu steigenden Arsenkonzentrationen. Hierzu wurde das System in Kompartimente unterteilt und diese auf ablaufende Prozesse und Dynamiken untersucht. Das System besitzt eine geringe Produktivität auf Grund von Nährstoffarmut, insbesondere einer Phosphat-Oligotrophie. Es ist, wie viele Gewässer in der nördlichen Hemisphäre, im Kontext sinkender Immissionsbelastungen wie auch des Klimawandels von hohen und zunehmenden Huminstoffeinträgen aus dem Einzugsgebiet geprägt. Hinzu kommt das Wirken von internen und externen Arsenquellen. Am Grund der Gewässer wurden arsenreiche und humose Substrate nachgewiesen. Sie sind einerseits die Folge einer lang anhaltenden Akkumulation von Sedimenten, die auf Einträge aus dem von arsenreichen Grundgesteinen und anmoorigen Böden geprägten Einzugsgebiet zurückgehen. Andererseits kommt eine Überstauung anmooriger Böden und Moore mit gespeichertem lithogenen bzw. chalkogenen Arsen am Baugrund der Speichergewässer in Frage. Die Bedeutung deponierter Flugaschen wird für das System als untergeordnet eingeschätzt. Für den im System als Vorsperre genutzten Galgenteich zeigt sich seit Beginn der Arsenmessungen im Jahre 1997 ein bis zum Jahre 2000 andauernder stetiger Anstieg der Arsenkonzentration, der statistisch signifikant mit einem Rückgang der Nitratkonzentration einhergeht. Diese ist ihrerseits Teil eines allgemeinen Trends einer ökologischen Regeneration mitteleuropäischer bewaldeter Wassereinzugsgebiete seit Ende der Achtzigerjahre in der Folge abnehmender Depositionslasten. Die wahrscheinlichste kausale Verknüpfung zwischen beiden Parametern ist eine Änderung des redoxchemischen Milieus der Gewässersedimente. Zu Zeiten der hohen Depositionen unterdrückten hohe Konzentrationen von Nitrat als sekundärem Elektronenakzeptor eine Freisetzung von Arsen aus Eisenoxid-Sorbaten. Im Zuge andauernder reduktiver Prozesse und mit dem Rückgang der Nitratkonzentration gewinnen Rücklösungsprozesse an Bedeutung. Seit der Jahrtausendwende zeigen sich reguläre zyklische Jahresverläufe der Arsenkonzentration mit Maxima im Spätsommer und Minima im Frühjahr. Eine Bilanzierung der Massenströme legt eine Quellfunktion der Gewässersedimente im Sommerhalbjahr offen, während der Rückgang der Arsenkonzentration im Winterhalbjahr hauptsächlich auf eine Auswaschung und, zu geringerem Anteil, auf eine interne Senkenfunktion zurückgeführt werden kann. Der Speicher Altenberg ist im Sommer thermisch geschichtet. Aber eine Schichtung von Arsen ist weit schwächer ausgeprägt. Ein Anstieg der Arsenkonzentration wurde sowohl im Hypo- als auch im Epilimnion nachgewiesen. Dies legt eine Arsenfreisetzung auch aus epilimnischen Sedimenten nahe, trotz oxischer Bedingungen im überstehenden Wasserkörper. Der dystrophen Natur des Gewässers entsprechend, wird die Triebkraft der zur Arsenfreisetzung führenden respirativen Prozesse dem Abbau humosen Kohlenstoffes zugeordnet. Für Sicker- und Interstitialwässer im System wurde die Mobilisation des Arsens in Zusammenhang mit der Respiration huminstoff-bürtigen Kohlenstoffes nachgewiesen. Neben der internen Arsenmobilisation ist auch die Arsennachlieferung aus dem Einzugsgebiet von Bedeutung. Die Arsenfracht befindet sich in diesen Wasserströmen vorzugsweise in Abhängigkeit von gelöstem organischen Kohlenstoff und der Abflussintensität. Daraus ergibt sich für den Arsenhaushalt des Speichersystems eine besondere Bedeutung von Starkregenereignissen mit verstärktem hypodermischen Abfluss und der Verfrachtung von Arsen in Assoziation mit wasserlöslichen Huminstoffen. Es wird eine Fallunterscheidung vorgestellt, wonach a) in trockenen Jahren mit geringen Durchflüssen sich Arsen aus der internen Rücklösung aus Sedimenten im Wasserkörper des Speichers anreichert; b) bei durchschnittlichen Durchflüssen im Speicher Verdünnungseffekte über die Anreicherung dominieren und tendenziell niedrige Arsenkonzentrationen resultieren; sowie c) in Jahren mit hohen dynamischen Durchflüssen bzw. ausgeprägten Starkregenereignissen ein verstärkter Eintrag aus dem Einzugsgebiet die Arsenkonzentrationen im Speicher ebenfalls ansteigen lässt. Eine exemplarische Analyse der chemischen Spezies des Elements hat ergeben, dass anorganisches fünfwertiges Arsen die dominante Form im Wasser des Speichers Altenberg ist. Der Anteil von höher toxischem dreiwertigen Arsen ist niedrig, ebenso auch der von methylierten Spezies. Daher wird auch eine Bildung volatiler Methylspezies, d.h. eine Öffnung des Arsenhaushaltes zur Atmosphäre, als unbedeutend eingeschätzt. Im Speichersystem offenbart sich eine spezifische Verknüpfung eines an Eisen-Huminstoff-Kolloide gebundenen Antransportes von Arsen aus dem Einzugsgebiet mit einer auf Huminstoffabbau basierenden, redoxchemisch gesteuerten saisonalen Arsenfreisetzung aus den Sedimenten. Dies hat Modellcharakter für Gewässersysteme, in denen hohe Huminstoffmobilität mit geogen oder auch anthropogen bedingten Arsenvorräten zusammentrifft.:Zusammenfassung I Summary III Abbildungs- und Tabellenverzeichnis V 1 Einleitung 1 1.1 Arsen 1 1.2 Das Untersuchungsobjekt - Spezifik der Problemstellung 3 1.3 Fragestellungen 8 2 Hauptergebnisse 10 3 Schlussfolgerungen und Ausblick 17 4 Literatur 19 5 Publikationen 24 5.1 Changes in catchment conditions lead to enhanced remobilization of arsenic in a water reservoir (Publikation 1) 24 5.2 High mobilization of arsenic, metals and rare earth elements in seepage waters driven by respiration of old allochthonous organic carbon (Publikation 2) 25 5.3 Enhanced arsenic mobility in a dystrophic water reservoir system after acidification recovery (Publikation 3) 26 Erklärung zur Eigenständigkeit i Lebenslauf ii Publikationsliste iii / Arsenic in drinking water and food represent regionally significant problems. The estimation of the dimension and a scientific explanation of the causes is a prerequisite for the protection of humans and nature. The Altenberg reservoir system was investigated as a drinking water facility, where elevated arsenic concentrations are observed. The aim of the investigations was to get findings about a possible continuation of recently observed trends of increasing arsenic concentrations in the water reservoir. For this purpose, the system was divided into compartments and these were investigated for running processes and dynamics. The system has a low productivity due to a low nutrient state, in particular a phosphate oligotrophy. Like a lot of surface waters in the northern hemisphere, it is shaped by high and increasing inputs of humic matter from the catchment area in context of declining immissions as well as of climate change. Additionally, there are internal and external sources of arsenic. At the bottom of the reservoirs, sediments rich in arsenic and humic matter were found. On the one hand side, they are the result of a long-lasting accumulation of sediments which originate in inputs from the catchment area, which is shaped by arsenic-rich basic rocks and histic soils. Likewise, an inundation of gleyic and histic soils with stored lithogenic respectively chalcogenic arsenic inside the construction ground of the reservoirs is an option. The importance of deposited fly ash for the system is assessed to be subordinate. For the Galgenteich, which is operated as a predam, since the beginning of arsenic measurements in 1997 an until the 2000 lasting steady increase in the concentration of arsenic concentration was found, which is significantly associated with a decrease in nitrate concentration. The nitrate concentration decrease in turn is part of an ecological regeneration of Central European forested catchments since the late eighties as a result of decreasing deposition loads. The most likely causal linkage between both parameters is a change in the redox-chemical environment of reservoir sediments. At past times of high depositions, high concentrations of nitrat as a secondary electron acceptor suppressed a release of arsenic from iron oxide sorbates. In the course of reductive processes, and with the decrease in nitrate concentration, release processes gain importance. Since the turn of the millennium regular cyclic annual courses of the arsenic concentration emerge with maxima in the late summer and minima in spring. An accounting of the mass flows reveals a source function of reservoir sediments in the summer season, whilst the decrease of the arsenic concentration during the winter months can be mainly attributed to washout and to a lesser proportion to an internal sink function. The Altenberg reservoir is thermally stratified in summer. But a stratification of arsenic is far less pronounced. An increase in the arsenic concentration was detected in hypolimnion and in epilimnion too. This suggests an arsenic release also from epilimnetic sediments despite oxic conditions in the overlaying water body. According to the dystrophic nature of the water body, the driving force leading to arsenic release during the respiratory processes is assigned to the use of humic carbon. For seepage and interstitial waters in the system, the mobilization of arsenic has been demonstrated in connection with the respiration of humic carbon. In addition to the internal arsenic mobilization, also a recent arsenic delivery from the catchment area is of importance. The arsenic load in these water flows preferably depends on contents of dissolved organic carbon and on runoff intensity. That implies a special meaning of heavy rainfall events with intensified hypodermic runoff and the transportation of arsenic in association with water-soluble humic matter for the arsenic budget of the reservoir system. A case distinction is presented, according to which a) in dry years with low flow rates sediment released arsenic accumulates in the reservoir water to higher concentrations; b) at average flow rates in dilution effects dominate over the enrichment with the result of low arsenic concentrations; and c) in years with high dynamic flows and strong heavy rains an increased input from the catchment area can also increase the arsenic concentration in the reservoir. An exemplary analysis of chemical species has shown that inorganic pentavalent arsenic is dominant in the water of the Altenberg reservoir. Higher toxic trivalent arsenic was found to a lesser extent as well as methylated species. Therefore, a formation volatile methyl species, i.e. an opening of the arsenic budget to atmosphere, is assessed to be insignificant. The dynamics in the reservoir system reveal a specific linkage between a catchment arsenic feed based on arsenic in iron-humic colloids and a redox-chemically controlled arsenic release from the sediments of the reservoir. This serves as a model for water systems, where high humic matter mobility coincides with geogenic or anthropogenic arsenic inventories.:Zusammenfassung I Summary III Abbildungs- und Tabellenverzeichnis V 1 Einleitung 1 1.1 Arsen 1 1.2 Das Untersuchungsobjekt - Spezifik der Problemstellung 3 1.3 Fragestellungen 8 2 Hauptergebnisse 10 3 Schlussfolgerungen und Ausblick 17 4 Literatur 19 5 Publikationen 24 5.1 Changes in catchment conditions lead to enhanced remobilization of arsenic in a water reservoir (Publikation 1) 24 5.2 High mobilization of arsenic, metals and rare earth elements in seepage waters driven by respiration of old allochthonous organic carbon (Publikation 2) 25 5.3 Enhanced arsenic mobility in a dystrophic water reservoir system after acidification recovery (Publikation 3) 26 Erklärung zur Eigenständigkeit i Lebenslauf ii Publikationsliste iii

Increasing atmospheric reactive nitrogen (Nr), as consequence of human activities, has generated accumulation of nitrate (NO3-) in Arctic regions. The Arctic has fragile nitrogen limited ecosystems that can be altered by increases of dry or wet deposition of Nr. Ice cores have shown increments of twofold in nitrogen deposition over Greenland and Svalbard during the 20th century. Ice core NO3- stable isotopes, (δ15N-NO3- and δ18O-NO3-), have the potential to serve as proxy of nitrogen oxides (NOx) sources and atmospheric oxidation pathways. NO3- is difficult to interpret in ice since it has several sources and experiences post-depositional processes, e.g. photolysis, relocation, evaporation and diffusion. The present work shows the results of NO3- and NO3- stable isotopes analyses of ice cores, snow and precipitation from Svalbard, in order to obtain records of natural and anthropogenic sources of NO3-. In addition, meltwater percolation effects on the snowpack ion content were also studied. A comparison between NO3- records from different Svalbard ice cores and NOx and SOx emission profiles from different regions shows that the major source regions affecting Svalbard are Western Europe and North America, followed by Central Europe and former USSR. Post-1950s δ15N-NO3- measured at Lomonosovfonna is influenced mainly by fossil fuel combustion, soil emissions, and forest fires. There is an east-west gradient in snow NO3- stable isotopes during 2010/2011, with lower δ15N-NO3- and higher δ18O-NO3- values at eastern sites; the results evidence differences in the origin of air masses arriving at Svalbard sites, mainly Eurasia, to the eastern sites, and Northern Europe to the western sites. The effects of post-depositional change on the ice core chemistry were studied, finding that 45% of annual snowpack suffers melt at Lomonosovfonna during the last 60 years. Percolation lengths were estimated as ≈1 m for most of ions; therefore, it is expected that the atmospheric ionic signal is preserved at annual or bi-annual resolution within the last 60 years at the Lomonosovfonna summit. The results presented here suggest that NO3- stable isotopes from Svalbard ice cores are useful to describe different sources and source regions of NOx, contributing to the assessment of nitrogen enrichment for this region. / Halten av reaktivt kväve (Nr) har ökat i atmosfären som en följd av mänskliga aktiviteter och har lett till en anrikning av nitrat (NO3-) nedfallet i Arktis. Ekosystemen i de Arktiska områdena är mycket sköra och extremt anpassade till den låga tillgången på tillgängligt kväve, ett förhållande som drastiskt kan ändras genom en ökad våt och torr deposition av Nr. Studier av iskärnor från både Grönland och Svalbard har visat på en fördubbling av kvävenedfallet under de senaste hundra åren. Potentiellt så kan analyser av kvävets och syrets stabila isotoper (δ15N-NO3- and δ18O-NO3-) i nitrat från iskärnor ge information om de kväveoxidkällor, oxidations- och transportvägar som påverkar nitrat halten i Arktis. Dock är nitrat sammansättningen i is svårtolkat eftersom det nitrat som återfinns i isen kan härstamma från flera olika källor och där även flera post-depositionsprocesser har beskrivits, t.ex. fotolys, evaporation, diffusion och omlokalisering som följd av snösmältning. Denna doktorsavhandling använder såväl nitrat halter som des stabila isotoper från iskärnor, snö- och nederbördsprover från Svalbard, för att fastställa de naturliga och antropogena källor av nitrat som influerar denna del av Arktis. I tillägg till detta så har även snösmältningsförsök gjorts för att undersöka hur nitratet påverkas av perkolationsprocesser. En jämförelse av nitratkompositionen mellan iskärnor och snöprofiler från olika delar av Svalbard visar att de huvudsakliga källregionerna för Nr till denna del av Arktis är Västeuropa och Nordamerika, följt av Centraleuropa och forna Sovjetunionen. För perioden 1950 och fram till i dag så påvisar δ15N-NO3- värden mätt från en Lomonosovfonna (centrala Svalbard) iskärna en stark influens från förbränning av fossila bränslen följt av utsläpp från åkermarker samt för de sista tio åren en influens av Ryska skogsbränder. Generellt så finns det även en öst-västlig gradient bland de stabila isotoperna av nitrat, med lägre δ15N-NO3- och högre δ18O-NO3- värden på Svalbards östsida i 2010/2011. Resultaten visar på en skillnad i ursprungskällan av luftmassor, där östra Svalbard påverkas mest av luft från Eurasien medan västra Svalbard påverkas med av Nordeuropa. När det gäller perkolationens effekt på jonkoncentrationen, så påvisar 60 års iskärnedata att 45% av den årliga vinterackumulationen smälts bort under sommaren på Lomonosovfonna. Detta medför en förflyttning av de flesta joner nedåt i snön, med en perkolationslängd på ca 1 m, och den ursprungliga nitrat sammansättningen förväntas därför bevaras på årlig eller vartannat års basis. Resultaten som presenteras här tyder på att iskärnedata, vad gäller nitrat och dess stabila isotoper, från Svalbard är representativa för att beskriva de olika källor och regioner som bidrar till kvävetillförseln i denna del av Arktis.

<p>U ovoj doktorskoj disertaciji proučavano je građenje kompleksa&nbsp;kobalta(II) sa hloridnim i &nbsp;bromidnim jonima u vodenim&nbsp;rastopima tipa&nbsp;xCa(NO3)2&middot;zH₂O&nbsp;&ndash; (1-x)NH₄NO_3&nbsp;pri različitom sastavu soli (x= 0,3 &ndash; 0,9), različitom sadržaju vode (z= 2,67 &ndash; 6,67) i na različitim temperaturama (45, 55 i 65^oC).</p><p>Istraživanja su imala za cilj proučavanje reakcije građenja&nbsp;kompleksa kobalta(II) sa hloridnim i bromidnim jonima u&nbsp;vodenim rastopima xCa(NO₃)₂&middot;zH₂O &ndash; (1&ndash;x)NH₄NO₃, &nbsp;uticaja&nbsp;temperature, sastava elektrolita i sadržaja vode na proces&nbsp;kompleksiranja, kao i određivanje termodinamičkih parametara&nbsp;koji karakteri&scaron;u reakcije asocijacije u ovim sistemima. Ovakvi&nbsp;rastopi soli su posebno interesantni zbog svoje niske tačke&nbsp;topljenja i visoke latentne toplote topljenja pa se mogu koristiti&nbsp;kao fazno-promenljivi materijali za skladi&scaron;tenje toplotne&nbsp;energije.</p> / <p>In this thesis absorption spectra of cobalt(II) chloride and&nbsp;bromide in calcium nitrate &ndash; ammonium nitrate &ndash; water&nbsp;system of the composition&nbsp; xCa(NO₃)₂&middot;zH₂O &ndash; (1&ndash;x)NH₄NO_3&nbsp;(x= 0.30 - 0.90 and z= 2.67 &ndash; 6.67) have been&nbsp;investigated in the wavelength range 400-800 nm at three&nbsp;different temperatures: 45, 55 and 65^oC.</p><p>Temparature, composition of the melt and water&nbsp;content influence on complex formation reactions between&nbsp;cobalt(II) and halide ions in aqueous xCa(NO₃)₂&middot;zH₂O &ndash;<br />(1&ndash;x)NH₄NO₃ melts have been studied. Thermodynamic&nbsp;parameters for cobalt(II) &ndash; halide association process in&nbsp;different solvents also were determined.</p><p>Investigated systems are interesting because of&nbsp;their high values of latent heat of fusion and low melting&nbsp;points. Due to these reasons, some melts are proposed for&nbsp;<br />heat energy storage materials, usually known as phase&nbsp;change materials (PCM).</p>