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Isotopenuntersuchungen an Quellen und Brunnen in den Baumbergen (Münsterland)

Marius Römer1, Patricia Göbel1, Harald Strauss1
1 Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Institut für Geologie und Paläontologie

P 2.7 in Hydrogeologie von Hardrock und Kluftgesteinen / Grundwasser und Karst

Im zentralen Münsterland (NRW) bilden spätkreidezeitliche Ablagerungen den Höhenrücken der Baumberge mit einer Maximalhöhe von +186 m NN und einer Fläche von circa 40 km2. Die tonmergelige Coesfeld-Formation im Liegenden und die sandmergelige Baumberge-Formation im Hangenden formen im Untergrund eine flache Synklinalstruktur, welche durch Reliefumkehr als Erhebung ausgeprägt ist. Die geringe Wasserdurchlässigkeit der Coesfeld-Formation führt zu der Ausbildung eines isolierten Grundwasserkörpers im Bereich der Baumberge-Formation, was wiederum die Bildung zahlreicher Überlaufquellen hervorruft.

Vorherige Untersuchungen belegen einen Ca-HCO3-Grundwassertyp mit einer relativ invariablen Wasserchemie im gesamten Gebiet der Baumberge. Durch landwirtschaftlichen Eintrag von Düngern treten jedoch saisonale Variationen der Nitratkonzentrationen auf (Göbel 2010).

Das Untersuchungsprogramm umfasste die zweimonatliche Beprobung von 10 Quellen und 4 Hausbrunnen von September 2012 bis August 2013. Die Proben wurden auf Anionen- und Kationengehalte sowie auf DIC-, Nitrat- und Sulfatisotopie untersucht (δ13CDIC, δ15NNitrat, δ18ONitrat, δ34SSulfat, δ18OSulfat). Anionen- und Kationenuntersuchungen bestätigen weiterhin die einheitliche Wasserchemie im Untersuchungsgebiet. Die Nutzung stabiler Isotope zur Identifizierung von potentiellen Eintragsquellen hat sich in der Vergangenheit bewährt (z. B. Schwientek et al. 2008). Außerdem bieten sie die Möglichkeit, trotz einer einheitlichen (traditionellen) Wasserchemie unterirdische Einzugsgebiete der Quellen abzugrenzen.

δ34SSulfat-Werte liegen überwiegend im negativen Bereich, obwohl Dünger und Niederschläge δ34SSulfat-Werte im positiven Bereich aufweisen. Negative δ34SSulfat-Werte deuten auf Pyritoxidation als Quelle für Sulfat im Grundwasser hin. Dies ist überraschend, da Bohrkernansprachen wenig Hinweise auf Schwefelminerale in den Baumberge-Schichten liefern (Dölling 2007). Ein Großteil der Proben zeigt eine abnehmende Sulfatisotopie in nordwestlicher Richtung. Dieser Trend wird von einigen Brunnen mit negativeren δ34SSulfat–Werten bzw. erhöhten δ18OSulfat-Werten unterbrochen, was möglicherweise auf tiefere Grundwässer bzw. einen lokal stärkeren Einfluss von Niederschlägen hinweist. Im kleinräumlichen Maßstab eines Quellbereichs liegen signifikante Variationen der Sulfatisotopie vor, die sich durch einen Anschluss der Quellen an unterschiedliche Kluftsysteme erklären lassen.

δ15NNitrat- und δ18ONitrat-Werte liegen größtenteils im positiven Bereich, was auf eine Mischung von synthetischen und organischen Düngern als Nitratquelle hindeutet. Außerdem zeigen negative δ34SSulfat- und gleichzeitig erhöhte δ15NNitrat‑Werte, dass in Bereichen der Baumberge eine Kopplung von Pyritoxidation mit Denitrifizierung erfolgt.

Zukünftige Arbeiten liegen in einer Bestimmung von unterirdischen Quelleinzugsgebieten und einer etwaigen Korrelation von Landnutzung in diesen Gebieten mit den oben untersuchten Parametern.



Dölling, B. (2007): Erläuterungen zu Blatt Nottuln 4010. Geologischer Dienst Nordrhein-Westfalen, Krefeld.

Göbel, P. [Ed.] (2010): Quellen im Münsterland - Beiträge zur Hydrogeologie, Wasserwirtschaft, Ökologie und Didaktik. Abhandlungen aus dem Westfälischen Museum für Naturkd. 72, 204.

 

Schwientek, M., Einsiedl, F., Stichler, W., Stögbauer, A., Strauss, H., Maloszewski, P. (2008): Evidence for denitrification regulated by pyrite oxidation in a heterogeneous porous groundwater system. Chem. Geol. 255, 60–67.

Letzte Änderung 16.12.2013