Uranmobilisierung im Buntsandstein des Mechernicher Triasdreiecks

Florian Schindler1, Frank Wisotzky1, Andre Banning1, Cremer Nils2
1 Ruhr Universität Bochum
2 Erftverband

O 15.6 in Forum Junge Hydrogeologen

13.04.2016, 13:45-14:00, Plank Hörsaal, Geb. 40.32

Uran als natürlicher Spurenbestandteil des Grundwassers gewinnt gegenwärtig in politischen und wissenschaftlichen Diskussion immer mehr an Bedeutung. In Deutschland sind insbesondere in Gesteinen der Trias erhöhte Urankonzentrationen im Grundwasser zu messen. Nicht zuletzt wurde aufgrund der toxischen Wirkung von Uran für den Menschen, im Zuge der Novellierung der Trinkwasserverordnung 2011 ein Grenzwert von 10 µg/l festgeschrieben. Auch in der Mechernicher Triassenke (Nordeifel) sind erhöhte Urankonzentrationen im Grundwasser (max. 56 µg/l) vorzufinden. Da die Mobilisierungsprozesse des geogenen Uranpools in dieser Region weitestgehend unbekannt sind, setzt sich diese Arbeit insbesondere damit auseinander. Das Untersuchungsgebiet liegt etwa 30 km westlich von Bonn und erstreckt sich über eine Fläche von etwa 160 km². Als Grundlage der Untersuchung dient ein Datensatz von Rohwasseranalysen des Erftverbandes, für den rund 270 Grundwassermessstellen beprobt wurden. Die mittlere Urankonzentration liegt bei 3,7 µg/l, allerdings liegen die Konzentrationen in rund 7% der Messstellen (überwiegend in Gesteinen des mittleren Bundsandsteins westlich von Mechernich) über dem Grenzwert der TVO. 

 

Bei der Gegenüberstellung aller Messwerte der Urankonzentration und der Ionenkonzentration der Kohlenstoff-Spezies fällt auf, dass die hohen Urankonzentrationen mit hohen Konzentrationen an HCO3- korrelieren. Dieser Trend bestätigt sich allerdings nicht in den zeitlichen Konzentrationsverläufen in mehreren Messstellen, dennoch ist hier ein Zusammenhang – Uranmobilisierung durch Bildung stabiler Karbonato-Komplexe bei Anwesenheit von Hydrogenkarbonat – zu vermuten. Bei der Gegenüberstellung der Konzentrationen von Uran und Nitrat ist teilweise eine deutliche gegenläufige Korrelation im zeitlichen Verlauf zu erkennen, welche durch eine Denitrifikation und Uranfreisetzung zustande kommen könnte. Beide Prozesse – erhöhte Uranmobilität durch Karbonatkomplexierung und im Bereich der Nitratreduktion – sind in der Literatur beschrieben. Auch erste Untersuchungen des Redoxmilieus aus den Rohwasseranalysen zeigen, dass die hohen Urankonzentrationen überwiegend bei NO3-/Mn(IV)–reduzierenden Verhältnissen zu finden sind.

 

Um ein genaueres Bild der Mobilisierungsprozesse zu bekommen, ist eine weitergehende Auswertung der Rohwasseranalysen erforderlich. Des Weiteren ist vorgesehen, Gesteinsproben des Buntsandsteins zu entnehmen und diese auf Ihren Chemismus zu untersuchen, um auch die Gesteinszusammensetzung in einen Zusammenhang mit den Urankonzentrationen zu stellen. Außerdem sind Batchversuche mit den gesammelten Gesteinsproben geplant. In diesen Versuchen soll die Uranmobilisierung in Nitrat- bzw. Hydrogenkarbonat-reichen Lösungen, sowie in destilliertem Wasser untersucht werden. Aus der Gesamtheit der Auswertungen der Versuche und Rohwasseranalysen soll ein möglichst schlüssiges Bild über die Uran-Mobilisierungsprozesse im Buntsandstein bei Mechernich entstehen.



KURTH, D. (2010): Distribution and Origin of Geogenic Uranium in Groundwater systems of the Southern Lower Rhine Embayment and Adjacent Areas

LUDWIG, F. & BERTHOLD, G. (2010): Uran in hessischen Grund- und Rohwässern Abschlussbericht

BANNING, A.; DEMMEL, D.; RÜDE, T.R.; WROBEL, M.:Groundwater Uranium and Fate control  in a River Valley Aquifer

 



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