Modellbasierte Untersuchung biogeochemischer Prozesse in der Süßwasserlinse einer Barriereinsel (Spiekeroog, Nordwestdeutschland)

Stephan L. Seibert1, Janek Greskowiak1, Henning Prommer2, Michael E. Böttcher3, Gudrun Massmann1
1 Institut für Biologie und Umweltwissenschaften, Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
2 School of Earth Sciences, University of Western Australia
3 Leibniz Institut für Ostseeforschung (IOW)

12.4 in Reaktive Stofftransportmodellierung

28.03.2020, 09:45-10:00, Telemann-Saal

Süßwasserlinsen unterhalb von Barriereinseln stellen ein hochaktuelles Forschungsgebiet innerhalb der Küstenforschung dar. Dies ist vor allem durch den unmittelbaren Einfluss von Meeresspiegel-Änderungen sowie die potentiell wichtige Rolle von grundwasserbürtigen Nährstoffeinträgen in küstennahe Meere bedingt. Ziel dieser Studie war es, die biogeochemischen Prozesse in Süßwasserlinsen näher zu untersuchen, da diese bis Dato kaum Beachtung fanden. Insbesondere sollten die mit dem Abbau organischer Materie in Verbindung stehenden biogeochemischen Prozesse, der sedimentäre Schwefelkreislauf sowie die Nährstoff-/Elementflüsse des abströmenden Grundwassers betrachtet und quantifiziert werden. Die Nordseeinsel Spiekeroog diente uns dazu als Untersuchungsgebiet.

Grundwasserproben wurden in mehreren Feldkampagnen (2011-2016) an 14 Messstellen auf Spiekeroog gesammelt und (Isotopen)hydrochemisch analysiert (s.a. Röper et al., 2012; Seibert et al., 2018). Neben der hydrochemischen Zusammensetzung wurden an ausgewählten Proben ebenfalls die stabilen Isotopensignaturen der gelösten Schwefelspezies sowie die Tritium-Helium Grundwasseralter aller Messstellen bestimmt. Die hydrochemischen Felddaten ermöglichten anschließend die Erstellung reaktiver Transportmodelle zur Betrachtung/Quantifizierung der biogeochemischen Prozesse, wobei PHT3D als Modellcode eingesetzt wurde. Rekonstruierte Sulfatkonzentrationen des historischen Niederschlags wurden dabei als transientes Signal der Grundwasserneubildung berücksichtigt.

Für die biogeochemischen Signaturen der einzelnen Proben konnte eine gewisse räumliche Variabilität festgestellt werden, welche sich durch die heterogene Verteilung gelöster/fester organischer Materie im Aquifer erklären und in der Modellierung durch die Konzeptualisierung zweier unterschiedlich reaktiver Fließpfade abbilden ließ. Feld- als auch Modelergebnisse zeigten Sauerstoff- bis Sulfat-reduzierende (lokal methanogene) Redox-Bedingungen an. Der Netto-Schwefelkreislauf war durch Sulfatreduktion (<20 pmol * mL-1 * d-1) und anschließende Eisensuflidausfällung gekennzeichnet. Die durch die mikrobielle Sulfatreduktion induzierte Netto-Schwefelisotopenfraktionierung zwischen gelöstem Sulfat und Sulfid war mit zu 67‰ erstaunlich hoch. Weiter wurde festgestellt, dass Süßwasserlinsen die hohen atmosphärischen Schwefelbelastungen vergangener Jahrzehnte konservieren und dass die mit der Oxidation organischer Materie einhergehende Nährstoffakkumulation in abströmendem Grundwasser potentiell eine (saisonal) wichtige Rolle für (lokale) benthische Ökosysteme spielen könnte.



Röper, T., Kröger, K.F., Meyer, H., Sültenfuss, J., Greskowiak, J. und Massmann, G. (2012): Groundwater ages, recharge conditions and hydrochemical evolution of a barrier island freshwater lens (Spiekeroog, Northern Germany). J. Hydrol. 454, 173-186.

Seibert, S.L., Holt, T., Reckhardt, A., Ahrens, J., Beck, M., Pollmann, T., Giani, L., Waska, H., Böttcher, M.E., Greskowiak, J. und Massmann, G. (2018): Hydrochemical evolution of a freshwater lens below a barrier island (Spiekeroog, Germany): The role of carbonate mineral reactions, cation exchange and redox processes. Appl. Geochem. 92, 196-208.



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