Die Konzentrationen von Spurenelementen im Grundwasser sind meist gering und spiegeln in erster Linie die natürlichen Hintergrundwerte wider. Grundwasservorkommen in Kristallingesteinen weisen die höchsten Konzentrationen an Arsen und Uran auf. Leicht erhöhte Konzentrationen von Blei, Bor, Brom, Cadmium, Kupfer und Zink treten vor allem in Poren-Grundwasserleitern im Lockergestein unter Siedlungs- und landwirtschaftlich geprägten Gebieten auf.
Spurenelemente sind chemische Elemente, die in sehr geringen Konzentrationen natürlicherweise in der Erdkruste vorkommen. Sie gelangen hauptsächlich durch die Verwitterung von Gesteinen ins Grundwasser. Im Grundwasser treten Spurenelemente in der Regel in Konzentrationen von Nanogramm pro Liter (ng/l) oder Mikrogramm pro Liter (µg/l) auf.
Die Gewässerschutzverordnung (GSchV) enthält keine Grenzwerte für Spurenelemente im Grundwasser. Grundwasser, das als Trinkwasser genutzt wird oder dafür vorgesehen ist, muss gemäss Gewässerschutzverordnung (GSchV) allerdings so beschaffen sein, dass es – gegebenenfalls nach einfacher Aufbereitung – die Anforderungen des Lebensmittelrechts für Trinkwasser erfüllt. Daher gelten die Höchstwerte der Verordnung des EDI über Trinkwasser sowie Wasser in öffentlich zugänglichen Bädern und Duschanlagen (TBDV) auch als Grenzwerte für Grundwasser, sofern die GSchV keine eigenen Grenzwerte enthält. In der TBDV sind für diverse Spurenelemente wie Antimon, Arsen, Blei, Bor, Cadmium, Chrom, Kupfer, Nickel, Selen, Uran und Zink Höchstwerte angegeben. Auch für Aluminium, Eisen und Mangan sind Höchstwerte in der TBDV angegeben, Diese stehen zum einen im Zusammenhang mit der Wasseraufbereitung, in der die Anwendung von Flockungsmitteln aus Aluminium- und Eisensalzen bei der Filtration ein anerkanntes Verfahren ist. Zum anderen sind erhöhte Eisen- und Mangankonzentrationen in Trinkwasserfassungen unerwünscht, da sie zu technischen Problemen in den Anlagen und Leitungen führen und auch den Geschmack des Trinkwassers beeinträchtigen können.
Zusätzlich führt die Wegleitung Grundwasserschutz für einzelne Spurenelemente Indikatorwerte auf, die auf eine problematische anthropogene Belastung des Grundwassers hinweisen können. Ausgenommen sind erhöhte Werte aufgrund natürlicher (geogener) Verhältnisse. Für die Schwermetalle sind diese Indikatorwerte identisch mit den entsprechenden Grenzwerten der GSchV für den im Wasser gelösten Anteil in oberirdischen Gewässern.
Im Rahmen der Nationalen Grundwasserbeobachtung NAQUA fand 2018 eine Pilotstudie statt, in der alle knapp 550 Messstellen beprobt und auf über 20 Spurenelemente analysiert wurden. Die Konzentrationsangaben beziehen sich auf unfiltrierte Proben, d. h., sie entsprechen der Gesamtkonzentration der Elemente im Grundwasser, unabhängig davon, ob die Substanzen gelöst oder ungelöst (an Partikel gebunden) in den Proben vorlagen.
Die Höchstwerte der TBDV für Trinkwasser werden insgesamt selten überschritten –für Eisen an 12 Messstellen (2%), Aluminium an 5 Messstellen (1%), Mangan und Arsen an je 2 Messstellen und für Nickel und Selen an je 1 Messstelle.
Die Konzentrationen von Zink liegen an knapp 30% und von Kupfer an knapp 20% der NAQUA-Messstellen über dem Indikatorwert der Wegleitung Grundwasserschutz. Bei Cadmium sind es über 5%, bei Blei, Brom und Chrom über 4%, bei Bor 3 % und bei Arsen und Nickel 1% der Messstellen, bei denen die Konzentrationen über dem jeweiligen Indikatorwert liegen.
Während erhöhte Konzentrationen von Aluminium, Arsen, Eisen, Chrom, Mangan, Selen und Nickel im Grundwasser überwiegend natürlichen (geogenen) Ursprungs sind, sind erhöhte Konzentrationen von Blei, Bor, Brom, Cadmium, Kupfer und Zink sowohl natürlichen als auch anthropogenen Ursprungs. Der natürliche Hintergrundwert konnte bei diesen Spurenelementen mit dem vorliegenden Datensatz nicht ermittelt werden, da in den meisten Messstellen in Lockergesteins-Grundwasserleitern im Mittelland der anthropogene Anteil bereits zu hoch war, um diesen mit den verfügbaren statistischen Methoden vom natürlichen Hintergrundwert zu separieren (Verweis auf Studie Uni Bern).
Die Konzentrationen von Bor sind in Grundwasservorkommen unter Siedlungsgebiet und diejenigen von Cadmium unter Ackerbau leicht erhöht. Die Konzentrationen von Blei, Brom, Kupfer und Zink im Grundwasser sind sowohl unter besiedelten als auch unter landwirtschaftlichen genutzten Gebieten leicht erhöht.
Als anthropogene Quellen kommen der Eintrag von Düngemitteln (Bor, Cadmium, Kupfer, Zink) und Pestiziden (Kupfer) aus der Landwirtschaft, Emissionen aus Industrie und der Abfallverbrennung (Brom, Cadmium), Abschwemmung von Dächern, Fassaden und entlang von Strassen (Blei, Kupfer, Zink) sowie der Eintrag über häusliches Abwasser (Bor) in Frage.
Ausserdem sind verfälschte Analyseergebnisse von Zink, Eisen, Kupfer oder Blei durch verzinkte Installationen aus Eisen oder Stahl oder kupfer- bzw. bleihaltige Leitungsteile in den Messstellen nicht auszuschliessen.
Die Konzentrationen von Arsen sind insgesamt gering und liegen im Mittelland und in den Voralpen grösstenteils unter 1 µg/l. Lokal erhöhte Konzentrationen über 5 µg/l treten fast ausschliesslich in kristallinen Kluft-Grundwasserleitern in den Alpen und auf der Alpensüdseite auf. Diese sind auf natürliche Erzlagerstätten und Kristallingesteine mit erhöhtem Arsengehalt zurückzuführen.
Der Höchstwert der TBDV für Trinkwasser von Arsen von 10 µg/l wird an je 1 Messstelle im Kanton Wallis und Graubünden überschritten. Die erhöhten Konzentrationen sind auf geogene Quellen in kristallinen Gesteinen zurückzuführen.
Die Konzentrationen von Chrom sind in der Regel gering und liegen unter 2 µg/l. Der Höchstwert der TBDV für Trinkwasser von Chrom von 50 µg/l bzw. von Chrom(VI) von 20 µg/l wird an keiner Messstelle überschritten.
Konzentrationen über dem Indikatorwert von 2 µg/l werden vor allem im westlichen Mittelland zwischen Lausanne und Bern gemessen. Diese sind auf natürliche Chrom-Vorkommen in den Molassegesteinen der Westschweiz zurückzuführen. Vereinzelte Überschreitungen der Indikatorwerte im Raum Basel und Zürich haben wahrscheinlich anthropogene Ursachen. Chrom kann z.B. von belasteten Deponiestandorten oder aus undichten Kanalisationen ins Grundwasser gelangen.
Chrom ist praktisch nur im oxidierten, sechswertigen Zustand im Grundwasser löslich. Unter Ausnahme von einzelnen Chrom-Konzentrationen, die aufgrund von an Partikeln gebundenem Chrom erhöht sind, wie dies z.B. in Karst-Grundwasserleitern möglich ist, ist deshalb davon auszugehen, dass es sich bei den ermittelten Konzentrationen vorwiegend um Chrom(VI) handelt.
Die Konzentrationen von Uran- sind in der Regel gering und liegen unter 3 µg/l. Der Höchstwert der TBDV für Trinkwasser von 30 µg/l wird an keiner Messstelle überschritten. Im Mittelland werden tendenziell höhere Konzentrationen als im Jura oder in den Voralpen gemessen. Ob dies auf den Einsatz von uranhaltigen Phosphatdüngern oder auf die Lösung von natürlicherweise im Boden vorhandenem Uran durch die intensivere Bearbeitung der landwirtschaftlich genutzten Böden zurückzuführen ist, lässt sich anhand der Daten nicht eindeutig feststellen.
In kristallinen Kluft-Grundwasserleitern und in Poren-Grundwasserleitern im Lockergestein des oberen Rhonetals ist Uran natürlicherweise in erhöhten Konzentrationen enthalten.
Die Konzentrationen von Blei sind in der Regel gering und liegen unter 1 µg/l. Der Höchstwert der TBDV für Trinkwasser von 10 µg/l wird an keiner Messstelle überschritten. Konzentrationen über dem Indikatorwert von 1 µg/l treten vor allem an Messstellen in Karst-Grundwasserleitern im Jura und in Lockergesteins-Grundwasserleitern im Mittelland auf.
Blei tritt in der Natur meist in Sulfid-, Sulfat- und Karbonatverbindungen auf. Auch relevant ist die Anreicherung von Blei an organischer Substanz, Eisen- und Mangan-Hydroxiden und Tonmineralen.
Anthropogen gelangt Blei vor allem von Dächern, Fassaden, entlang von Strassen (Abrieb von Strassen, im Boden gespeicherte Emissionen aus dem bis 2000 verwendeten verbleiten Benzin, ältere Rostschutzanstriche) und bleihaltiger Munition auf Schiessplätzen ins Grundwasser.
Auch einzelne verfälschte Werte aufgrund von Armaturen aus Messing (einer Legierung aus Kupfer, Zink und geringen Anteilen an Blei) in den Messstellen sind nicht auszuschliessen.
An 80% der untersuchten Messstellen liegen die Cadmium-Konzentrationen unter der Bestimmungsgrenze von 0.01 µg/l. Der Höchstwert der TBDV für Trinkwasser von 3 µg/l wird an keiner Messstelle überschritten. Messstellen mit Konzentrationen über dem Indikatorwert der Wegleitung Grundwasserschutz befinden sich vor allem im östlichen Teil des Jura und des Mittellands. Einzelne erhöhte Konzentrationen treten an Messstellen in den Voralpen, den Alpen und auf der Alpensüdseite auf. Über 35% der Messstellen mit Konzentrationen über dem Indikatorwert der Wegleitung Grundwasserschutz liegen in einem überwiegend ackerbaulich geprägten Einzugsgebiet.
Cadmium ist in den meisten Gesteinen nur in sehr geringen Konzentrationen vorhanden. Es kommt in oolithischen Kalken im Jura und in einzelnen Mineralen meist in Verbindung mit Schwefel vor.
Als anthropogene Quellen sind vor allem die Verbrennung fossiler Brennstoffe oder von Kehricht und das Ausbringen cadmiumhaltiger Phosphatdünger zu nennen.
Landesweit sind die Kupfer-Konzentrationen im Jura und im Mittelland höher als in den Voralpen und den Alpen, wo sie mit wenigen Ausnahmen geringer als 2 µg/l sind. Der Höchstwert der TBDV für Trinkwasser von 1000 µg/l wird an keiner Messstelle überschritten.
Messstellen mit Konzentrationen über dem Indikatorwert der Wegleitung Grundwasserschutz von 2 µg/l befinden sich vorwiegend im östlichen Mittelland und in den Karst-Grundwasserleitern des Jura. Einzelne Konzentrationen über 2 µg/l sind auch im Kristallin der Bündner und Tessiner Alpen zu verzeichnen. Messstellen in Siedlungs- und landwirtschaftlich geprägten Gebieten einschliesslich intensiv genutzter Graslandstandorte weisen höhere Konzentrationen auf als die übrigen Messstellen.
Anthropogen gelangt Kupfer vor allem von Dächern und Fassaden sowie durch Abrieb entlang von Bahnlinien (Fahrleitungen) und Strassen ins Grundwasser. In der Landwirtschaft wird Kupfer als Pestizid und als Futterzusatz eingesetzt und kann in Hof- und Mineraldüngern enthalten sein.
Auch sind verfälschte Werte durch kupferhaltige Leitungsteile in den Messstellen nicht auszuschliessen.
