Gadolinium als Umwelttracer für die Interaktion von Oberflächengewässern und Grundwasser in Karst

Uwe Boester1, Thomas R. Rüde1
1 Lehr- und Forschungsgebiet Hydrogeologie, RWTH Aachen University

3.12 in Groundwater-Surface Water Interactions – from the river reach to the catchment

27.03.2020, 14:45-15:00, Telemann-Saal

Die Konzentration der Seltenen Erden (rare earth elements (REE)) in der Geo-Biosphäre ist in anthropogen nicht beeinflussten Systemen eine Funktion der Elementgehalte der anstehenden Gesteine. In der Vergangenheit zeigten Veröffentlichungen, dass anthropogene Einträge einzelner Elemente natürliche, geogene Umweltkonzentrationen und Konzentrationsmuster verändern. Im Falle der REE in Oberflächengewässern wird seit Anfang der 1980er Jahre über Siedlungsabwässer Gadolinium (Gd) aus MRT-Kontrastmitteln (Magnetresonanztomografie) in die Oberflächengewässer eingetragen. Dadurch erhöht sich die Konzentration dieses Elements in Relation zu den anderen REE und gegenüber dem geogenen Hintergrundwert. Patienten scheiden 1,5 bis 30 Stunden nach der MRT-Behandlung die Kontrastmittel unverändert wieder aus. Das kann im Krankenhaus, in Arztpraxen oder bei ambulanter Anwendung auch zu Hause sein. Weil Abwasserbehandlungsanlagen aktuell nicht in der Lage sind, Kontrastmittel aus dem Abwasser zu entfernen, wird Gadolinium in die Vorflut abgegeben und verändert das REE-Muster des Gewässers. Diese Gd-Anomalie kann aufgrund der hohen Stabilität der Kontrastmittel bis ins Grundwasser nachverfolgt werden. Die Abgrenzung zwischen geogenem Hintergund und anthropogenen Gd-Anteil in den Wasserproben ist für dessen Nutzung als Umwelttracer entscheidend. Als Untersuchungsstandort wurde ein Karstsystem in Nordbayern gewählt, weil die Input-Output-Beziehung zwischen Schluckloch und drei ca. 7 km entfernten Trinkwasserquellen es ermöglicht, den Wochenzyklus des Gd-Signals, den Verdünnungseinfluss im hydrogeologischen System und die Oberflächenwasser-Grundwasser-Interaktion in überschaubaren Zeiträumen darzustellen. Dazu wurden an zwei Messpunkten Autosampler aufgestellt (Schluckloch, Wasserwerk), die in einem neuntägigen Zeitraum im Februar 2018 und einem 22-tägigem Zeitraum im Mai/Juni 2018 täglich Wasserproben nahmen. Zusätzlich wurden noch 20 Proben zur Analyse von fünf organischen Schadstoffen (Acesulfam-K, Carbamazepin, Diclofenac, Koffein, Galaxolid) genommen. Aufgrund der großen Probenanzahl konnten Gd-Hintergrundwerte statistisch für die beprobten Wassertypen bestimmt werden. Durch deren Festlegung ist es möglich künftig die REE-Analytik auf die Gd-Messung zu beschränken. Die Korrelation zwische Gd und Acesulfam-K bestätigt die Herkunft der Gd-Anomalie sowie den Einfluss von Siedlungsabwässern über die Versickerung von Oberflächengewässern auf die Quellfassungen. Die Auswertungen zeigen, dass Gd als Umwelttracer auch über längere Fließzeiten und Strecken hinweg verwendet werden kann. Die gemessenen Gd-Konzentrationen waren bei geringen Wasserständen im System am höchsten, sodass für eine Nutzung von Gd als Umwelttracer eine Probennahme in Trockenzeiten und die statistische Bestimmung von Hintergrundwerten zu empfehlen sind. Es ist davon auszugehen, dass die am Standort ermittelten Ergebnisse auf vergleichbare Karstsysteme und darüber hinaus übertragen werden können.  



Export as iCal: Export iCal