Geogene Arsenanreicherung an eisenoxidhaltigen Sedimenten in Deutschland

Projektfinanzierung:

Forschungsprogramm:

Projektlaufzeit: 2007 bis 2010

Einleitung
Mit Arsen (As) belastete Grundwasserleiter stellen weltweit eine Bedrohung für Millionen von Menschen dar. In den großen Problemgebieten (Bangladesch, Vietnam, Lateinamerika u.a.) ist das As geogener Natur und stammt meist aus Lösungsvorgängen von an As angereicherten Mineralen, wobei vor allem Eisen-(Hydr)oxide zu nennen sind. Auch in Deutschland sind Bereiche mit natürlich erhöhten As-Gehalten in Sedimentgesteinen und damit teilweise verbundenen kritischen Konzentrationen im Grundwasser (bezogen auf den aktuellen As-Grenzwert für Trinkwasser von 10 µg/L) bekannt. Beispiele hierfür finden sich in Franken, Oberbayern, Südniedersachsen, dem Rheinland und dem Münsterland. Die betroffenen Sedimente decken stratigraphisch weite Teile des Mesozoikums und Känozoikums ab.

Konzeption/Zielsetzung
Bisherige Untersuchungsansätze zu geogenem Arsen in Deutschland fanden meist in lokalen bzw. regionalen Maßstäben statt. Das vorliegende Projekt soll einen räumlichen und stratigraphischen Vergleich der betroffenen Grundwasserleiter in Deutschland ermöglichen, wobei der Fokus auf von Eisen-(Hydr)oxiden dominierten sedimentären Systemen liegt. Die Untersuchungen sollen zu einem besseren Verständnis der natürlich ablaufenden Lösungs- und Akkumulationsprozesse des As und damit zur Klärung der Genese As-reicher Sedimentgesteine führen. Analysen zur mineralogischen Fraktionierung und Speziation des vorliegenden As erlauben Aussagen zu seinen Bindungsformen und damit seiner Mobilisierbarkeit unter bestimmten Umweltbedingungen. Somit ist die Studie auch von ökologischer (risk assessment) und ökonomischer (Auswirkungen für die Wasserversorger) Relevanz.

Untersuchungsgebiete/Methoden/Ausblick
Die bisherigen Untersuchungen konzentrierten sich auf eine sedimentäre Schichtenfolge aus dem Dogger Südwestdeutschlands, die karbonatisch gebundene Eisenerze enthält (Abb. 2). Hier sind signifikante As-Anreicherungen zu erwarten. Des Weiteren wurden an mehreren Lokalitäten der Niederrheinischen Bucht Proben der Grafenberg-Schichten (Oligozän) genommen. Diese Einheit wurde bereits zuvor am LFH bezüglich ihrer As-Dynamik untersucht, die vorhandenen Erkenntnisse sollen erweitert und vertieft werden. Weitere Untersuchungsgebiete werden voraussichtlich im westlichen Münsterland (Kreide) und in Franken (Trias) liegen.

Die aus den verschiedenen Regionen und Erdzeitaltern gewonnenen Proben werden auf ihre Gesamtgehalte an Fe, As und weiteren Elementen analysiert. Mit verschiedenen Methoden wird die Mineralogie der Gesteine mit Fokus auf die Fe-Phasen untersucht. Sequentielle Extraktionsverfahren sollen die Bindungsformen und damit das hydrogeochemische Verhalten des As beleuchten. Analysen der As-Speziesverteilung sowie der vorherrschenden hydrogeochemischen Milieus werden weitere Hinweise auf Lösungs- und Anreicherungsvorgänge liefern. Die As-Anreicherung und -Umlagerung in Sedimenten fand in der erdgeschichtlichen Vergangenheit unter deutlich anderen als den heute herrschenden klimatischen Bedingungen statt. Zum genaueren Studium dieser Prozesse ist ein Forschungsaufenthalt in Mexiko geplant. Hier lässt sich eine rezente As-Dynamik in semiaridem Klima beobachten, die eine Übertragung auf die Umweltbedingungen zur Zeit der Akkumulation in Deutschland ermöglichen könnte.

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