Untersuchung der Veränderung der Wasserqualität nach Quellaustritt im Bereich der Düsselquellen im Velberter Sattel

Jana Schaaf1, Frank Wisotzky1, Andrea Niedermayr1
1 Lehrstuhl Angewandte Geologie, Ruhr-Universität Bochum

P 9.15 in Groundwater-surface water-interactions - processes and methods

Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe steigt seit Jahrzehnten der Anteil an Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre. Die Reaktion von CO2 mit Gesteinen ergeben globale Säure-Base-Reaktionen, die zur Regulation vieler Elemente in der Atmosphäre, in Ozeanen und in Gewässern beitragen. Die Ausfällung von Calciumkarbonat (CaCO3) in Gewässern ist ein wesentlicher Teil des Kohlenstoffkreislaufs (Sigg & Stumm, 2016). Das Carbonatsystem, ein System, dass die Reaktionen der Lösung von CO2 im Wasser, die Säure-Base-Reaktionen der Kohlensäure (H2CO3) und die Auflösung und Fällung von Calciumkarbonat umfasst, ist das wichtigste Puffersystem der natürlichen Gewässer. Es hat direkten Einfluss auf den pH-Wert und die Pufferkapazität sowie mengenmäßig auf die wichtigsten Anionen und Kationen im Gewässer. (Wisotzky, 2011)

Im Zuge einer Masterarbeit wurden vier Quellaustritte sowie der weitere Bachverlauf im Velberter Sattel beprobt. Diese Quellen stammen aus Grundwasserleitern der Schichtfolgen des Massenkalkes, Flinzschiefer und der Velberter Schichten aus dem Mittel- und Oberdevon. Diese bestehen aus (1) massigen Kalken, welche zum Teil dolomitisiert und verkarstet sind, (2) Ton- und Mergelschiefern mit lokalen Kalkbänken und (3) sandigen Tonschiefern, die z.T. kalkig sind und Sandsteinbänke aufweisen die gelegentlich dünne Kalksteineinlagerungen beinhalten (Langguth, 1966).

Die pH-Werte der Quellen liegen zwischen 6,42 und 8,06 und steigen in den folgenden 10 m auf 7,08 bis 8,19 an. Die Leitfähigkeiten liegen zwischen 368 und 713 µS/cm. Die Quellaustrittstemperatur liegt bei 11 bis 12,5 °C und das Redoxpotential liegt zwischen 172 und 314 mV und ist umgekehrt proportional zum pH-Wert. Die Säurekapazitäten (KS4,3, [HCO3]) liegen zwischen 2,3 und 5,3 mmol/l und die Basenkapazität (KB8,2, [freies CO2]) liegen zwischen 0,40 bis 1,05 mmol/l. Teilweise konnte in den folgenden Bachabschnitten eine CO2-Entgasung beobachtet werden. Im weiteren Verlauf der Arbeit werden noch die Konzentrationen von Anionen, Kationen (inkl. Fe2+), H2S und DOC analysiert.

Aus den gewonnen Daten werden mit dem geochemischen Computerprogramm PhreeqC die Sättigungswerte und CO2-Partialdrücke berechnet um eine Aussage zum Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht der Quellbäche treffen zu können. Zum Schluss wird die Veränderung der Wasserqualität durch Entgasung bzw. Aufnahme von CO2 und O2 quantifiziert. Zu erwarten sind hier vor allem bei der Zugabe von CO2 erhebliche Veränderungen der Wasserqualität im Hinblick auf das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht.



Langguth, H. R. (1966): Die Grundwasserverhältnisse im Bereich des Velberter Sattels (Rheinisches Schiefergebirge. 127 S., Düsseldorf Minister für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten des Landes Nordrhein-Westfalen.

Sigg, L., Stumm W. (2016): Aquatische Chemie – Einführung in die Chemie natürlicher Gewässer.  6.Auflage, vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich.

Wisotzky F. (2011): Angewandte Grundwasserchemie, Hydrogeologie und hydrochemische Modellierung – Grundlagen, Anwendung und Problemlösungen. 449 S., Springer-Verlag, Berlin Heidelberg.