7.4 Porosität und Wassergehalt

Die Geschwindigkeit des Abbaus wird entscheidend von dem zur Verfügung stehenden Porenluftraum kontrolliert. Er bestimmt, wie hoch die Diffusion in den Boden ist und damit die Verfügbarkeit von Sauerstoff. Der Boden ist ein drei-phasiges System, in dem das Volumen hauptsächlich von Partikeln, Wasser und Luft eingenommen wird.

Die Gesamtporosität gibt an, welcher Volumenanteil von den festen Phase eingenommen wird. Bei $\varepsilon$-Werten niedriger als 0.35 verlangsamt sich die Biodegradation dramatisch, weil nicht mehr genügend Sauerstoff in die tieferen Poren diffundieren kann. Einen ähnlich starken Einfluss hat der Wassergehalt auf das zur Verfügung stehende Porenluftvolumen. In nassen Böden verläuft die Biodegradation in den Simulationen sehr langsam.

Die Porosität und der Wassergehalt müssen zusammen betrachtet werden, weil unterschiedliche Bodenarten charakteristische Werte für beide Parameter haben. Die Porosität sagt noch nicht viel über das Porenluftvolumen aus. Bei reinem Ton liegt $\varepsilon$ zwischen 0.45 und 0.80, bei reinem Sand zwischen 0.35 und 0.45 [VanEyk, 1997]. In sandigen Böden steht dennoch mehr Porenluft zur Verfügung, weil die Feldkapazität mit ca. 0.10 g H20/kg TS deutlich geringer ist als bei Ton, der Werte um 0.30 g H20/kg TS aufweist [Hanks, 1992]. In natürlichen Böden liegt die Porosität je nach Korngrößenanteilen meistens zwischen 0.50 und 0.60. Das Korngrößenverhältnis bestimmt auch den Wassergehalt, der bei Feldkapazität einen Wert zwischen 0.10 g H20/kg TS und 0.30 g H20/kg TS hat. Bodenmieten sind an der Oberfläche trockener als an der Unterseite. Deshalb stellt sich in ihnen ein Gradient ein. Höhere Bereiche haben einen Wassergehalt unter der maximalen Wasserhaltekapazität, am Grund kann sich Staunässe bilden, so dass die Poren dort vollständig mit Feuchtigkeit gefüllt sind. Nicht nur ein zu hoher Wassergehalt kann den Abbau behindern, eine Limitierung tritt auch bei sehr niedrigen Feuchtigkeiten ein, wenn nicht mehr genügend abbauende Organismen vorhanden sind. Li et al. (1995)  stellten fest, dass die mikrobielle Biomasse bei austrocknenden Böden abnimmt. In so einem Fall ist die Biodegradation weder durch Sauerstoff noch durch Bioverfügbarkeit, sondern durch eine geringe mikrobielle Bodengemeinschaft limitiert. In technischen Systemen wurde deshalb versucht, einen optimalen Wassergehalt zu ermitteln [Hupe, 1998]. In wie weit solche Erkenntnisse für Sanierungen relevant sind, ist nicht gesichert, da in natürlichen Böden nicht nur ein Faktor den mikrobiellen Abbau bestimmt. Es sollte aber darauf geachtet werden, dass in der Bodenfracht keine extremen Wassergehalte, nach oben oder unten, über längere Zeiträume vorherrschen.

In diesem Modell wurde nur ein linearer Gradient implementiert, der zumindest einen Teil der Heterogenität abbilden soll. Allerdings müsste dieser bei einer Weiterentwicklung noch mehr an die realen Verhältnisse angepasst werden. Versuchsserien mit Bodenmieten an der Technischen Universität Hamburg-Harburg, in denen $W$ kontinuierlich gemessen wurde, werden gerade ausgewertet und können eine Grundlage für die Simulation von Austrocknungsvorgängen bilden.