Fluorid in intensiv genutzten Grundwässern Zentralmexikos: Quellen, Kontrollmechanismen, Entwicklung

Andre Banning1, Antonio Cardona2, José Joel Carrillo-Rivera3, Alfredo Aguillón-Robles4, Thomas R. Rüde5, Jorge Aceves de Alba2
1 Angewandte Geologie, Ruhr-Universität Bochum
2 Earth Sciences, Universidad Autónoma de San Luis Potosí
3 Institute of Geography, Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico City
4 Institute of Geology, Universidad Autónoma de San Luis Potosí
5 Lehr- und Forschungsgebiet Hydrogeologie, RWTH Aachen

O 11.4 in Beiträge zur Hydrogeologie Südamerikas und Afrikas

23.03.2018, 10:30-10:45, 1

Fluoridkonzentrationen in Grund- und Trinkwasser oberhalb des WHO-Grenzwertes (1,5 mg L-1) stellen ein Qualitätsproblem von globalem Ausmaß dar (z.B. Amini et al. 2008). Geogen erhöhtes F- im Trinkwasser kann zu endemischem Auftreten von Dental- und Skelettfluorose in chronisch exponierten Populationen führen. Im Bereich der Stadt San Luis Potosí im semiariden zentralmexikanischen Hochland wurde Dentalfluorose in weiten Teilen der Bevölkerung beobachtet (Grimaldo et al. 1995). In der präsentierten Studie werden Ursprung und Verteilung erhöhter F--Konzentrationen charakterisiert sowie ein möglicher Umgang damit diskutiert.

Das Untersuchungsgebiet liegt in der östlichen Sierra Madre Occidental und wird geologisch von paläogenen, gut differenzierten Vulkaniten dominiert, die kreidezeitliche Karbonate überlagern. Hydrogeologisch kann sensu Tóth (1998) ein tiefes regionales Fließsystem in Kontakt mit den geklüfteten Vulkaniten mit hohen Wassertemperaturen (~75 °C; 35-40 °C bei Förderung) und Konzentrationen an z.B. F-, Na+ und Li+ von einem flacheren und kühleren (23-28 °C) Fließsystem unterschieden werden, dessen Wässer v.a. mit der überdeckenden vulkano-sedimentären Beckenfüllung in Kontakt stehen.

Geochemische und mineralogische Untersuchungen zeigen, dass die im Untersuchungsgebiet vorherrschenden sauren Vulkanite (v.a. Rhyolithe) die Quelle des gelösten Fluorids darstellen. Dabei liegt F im Gestein zu großen Teilen in Form von Topas (Al2(SiO4)F1.1(OH)0.9) vor, die Lösung von Fluorapatit (Ca5(PO4)3F) unter hydrothermalen Bedingungen stellt allerdings den bedeutenderen Mobilisierungsprozess dar.

Durch eine intensivierte Gewinnung von Grundwasser für die Versorgung der Millionenstadt (Zunahme von 0,55 auf 2,60 m3 s-1 von 1962-1990) wurde die Grundwasseroberfläche um bis zu 50 m abgesenkt (Carrillo-Rivera et al. 2002). Dies führte zum Aufstieg von altem regionalem Tiefengrundwasser in die Förderbrunnen. So kommt es zu einer Mischung von tieferem und flacherem Grundwasser, deren T-F--Beziehung sich entlang einer Trendlinie mit R2=0,8 entwickelt. Aufgrund dieser Beziehung schlugen Carrillo-Rivera et al. (2002) vor, der F--Problematik mit einer durch kontrollierte Mischung erreichbaren Beschränkung der Förderwassertemperatur auf maximal 28-30 °C zu begegnen, unterhalb derer mit F--Konzentrationen <1,5 mg L-1 gerechnet werden kann. Ergänzend könnte durch angepasstes Bohrlochdesign eine Lösung karbonatischer Komponenten der Beckensedimente vor der Förderung erreicht werden, die durch dann erhöhte Ca2+-Konzentrationen zu einer Gleichgewichtseinstellung mit der Phase Fluorit (CaF2), und damit zu einem F--Entzug durch Präzipitation führt. Neuere Daten zeigen, dass die beschriebenen Kontrollmechanismen weiterhin gültig sind, auch in neu erstellten Brunnen. Aufgrund weiter steigender Entnahmemengen und weitgehender behördlicher Nichtbeachtung der Problematik ist die Fläche des von hohen F--Konzentrationen betroffenen Gebietes noch einmal deutlich gewachsen.



AMINI, M.; MUELLER, K.; ABBASPOUR, K.C.; ROSENBERG, T.; AFYUNI, M.; MØLLER, K.N.; SARR, M.; JOHNSON, C.A. (2008): Statistical Modeling of Global Geogenic Fluoride Contamination in Groundwaters. – Environ. Sci. Technol., 42: 3662-3668.

CARRILLO-RIVERA, J.J.; CARDONA, A.; EDMUNDS, W.E. (2002): Using extraction regime and knowledge of hydrogeological conditions to control high-fluoride concentration in obtained groundwater: San Luis Potosí basin, Mexico. – J. Hydrol., 261: 24-47.

GRIMALDO, M.; BORJA-ABURTO, V.H.; RAMÍREZ, A.L.; PONCE, M.; ROSAS, M.; DIAZ-BARRIGA, F. (1995): Endemic fluorosis in San Luis Potosí, México. – Environ. Res., 68: 25-30.

TÓTH, J. (1998): Groundwater as a geological agent: An overview of the causes, processes, and manifestations. – Hydrogeol. J., 7: 1-14.



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