Untersuchungen zur Wirkung stickstoffhaltiger Immissionen auf Natursteine

• Dr. Barbara Köllner
• Dr. Georg H. M. Krause

Mensch, Tier, Ökosysteme, aber auch Luft, Wasser und Boden werden vielerorts durch die Emission von Stickstoffverbindungen aus Verkehr (NO_X) und Landwirtschaft (NH_Y) so belastet, dass Standards überschritten und nachhaltige negative Folgen für die Umwelt wie z. B. die Eutrophierung von Böden oder die Beeinträchtigung der Wasserqualität zu befürchten sind. Weitgehend ungeklärt sind die Folgewirkungen stickstoffhaltiger Immissionen auf Materialien, insbesondere solcher, die bei kulturhistorisch bedeutsamen Bauwerken Verwendung gefunden haben. Anorganische Luftschadstoffe wie z. B. Schwefel- und Stickoxide gelangen entweder im Niederschlag (Regen, Schnee) gelöst auf die Gesteine/Materialien (nasse Deposition) oder werden zunächst auf den Materialoberoberflächen trocken abgelagert (trockene Deposition) und anschließend im oberflächennahen Porenwasser der Gesteine gelöst. Die durch den Kontakt mit Feuchtigkeit entstehenden Gase greifen die Bindemittel (v. a. Karbonatminerale) an und wandeln diese in der Regel in leichter lösliche Salze um, die dann zur Gesteinsoberfläche wandern, verdunsten und als Salz auskristallisieren. Diese Prozesse beschleunigen die natürliche Verwitterung, die sonst im Wesentlichen durch Temperaturwechsel, Feuchtigkeit oder biotischen Einfluss verursacht wird, beträchtlich. Saure Stoffwechselprodukte von Mikroorganismen können die Lockerung des Kornverbandes weiter begünstigen und durch Auswaschung der meist leichter löslichen Mineralneubildungen (v. a. Gips, Ausfällung zu Gipsblüten) zu einer zusätzlichen Beschleunigung des Verwitterungsprozesses führen. Dabei wird das Wachstum der Mikroorganismen sowohl durch Feuchtigkeit als auch durch eine möglichst poröse und hydrophile Gesteinsoberfläche gefördert. Verglichen mit dem rein chemischen Angriff durch Schadgase der Atmosphäre, kann der mikrobiologische Salpetersäureangriff etwa das 8fache an Calcium lösen. So haben z. B. die an Gebäuden aus Naturstein häufig vorkommenden Nitrifikanten (Nitrosomonas, Nitrobacter) auf Grund der Stoffwechselprodukte Salpetersäure und Nitrat ein besonders starkes Verwitterungspotenzial. Als Nährstoff dienen der nitrifizierenden Mikroflora Ammoniak und Ammonium, die v. a. in Gebieten mit landwirtschaftlicher Nutzung hohe Einträge aufweisen. Darüber hinaus haben auch Stickoxide, z. B. aus dem Straßenverkehr eine fördernde Wirkung auf Nitrifikanten. Es ist deshalb nicht auszuschließen, dass in Gebieten mit erhöhten NH_Y- oder NO_X-Konzentrationen die Besiedlung von Materialoberflächen durch Mikroorganismen und damit auch nachhaltige Veränderungen der Gesteinsstrukturen begünstigt werden. Ziel eines 5jährigen Expositionsversuches des Landesumweltamtes NRW war es daher, an Standorten mit unterschiedlicher Immissionsbelastung das Gefährdungspotenzial mikrobieller Korrosion an für historische Gebäude gängig verwendeten Sandsteinen zu untersuchen. So sollte der Einfluss unterschiedlicher Immissionsbelastungs-Typen (Verkehr, Landwirtschaft) auf die Besiedlungsdichte Stickstoff-spezifischer Mikroorganismen geprüft werden.