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Faculty for Biology, Chemistry, and Earth Sciences

Department of Hydrology - Prof. Dr. Stefan Peiffer

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Neumann, C*; Beer, J; Blodau, C; Peiffer, S; Fleckenstein, JH: Heterogenität des Grundwasser-See-Austausches und deren Effekte auf die Biogeochemie eines sauren Tagebaurestsees
Talk, FH-DGG Tagung 2010, Tübingen: 2010-05-12 - 2010-05-16

Abstract:
Der Austausch zwischen Grund- und Oberflächenwasser ist wichtig für die Wasserbilanz und die Gewässerqualität von Seen, besonders von sauren Tagebaurestseen (pH ~ 3), die durch den Zustrom von kippenbürtigem eisen- und sulfatreichem Grundwasser geprägt sind. Zudem sind die Richtung und Rate des Austausches von zentraler Bedeutung für die biogeochemischen Prozesse an der Sediment-Wasser-Grenzfläche. Frühere Studien zeigen, dass der pH-Wert des Porenwassers signifikant von der Austauschrate der angrenzenden Wasserkörper beeinflusst wird (Blodau, 2004) und dort als Master-Variable verschiedene biogeochemischer Prozesse, z. B. Mineraltransformationen und die protonenverbrauchende Eisen- und Sulfatreduktion, steuert. Für die Renaturierung von Tagebaurestseen ist daher die Quantifizierung der Austauschraten und der biogeochemischen Prozesse von entscheidender Bedeutung. Der Grundwasser-Oberflächenwasser-Austausch wurde mittels Flusskammern gemessen und aus vertikalen Chlorid- und Temperaturprofilen invers modelliert. Unter Stationariät des Seewasserspiegels wurde ein zeitlich konstantes, räumlich variables Austauschmuster gefunden (Fleckenstein et al., 2009). Grundwasserzustrom in den See (Influenz) wurde in den nördlichen Bereichen beobachtet, während der südliche Teil durch effluente Bedingungen gekennzeichnet war. Am östlichen und westlichen Ufer wechselten effluente mit influenten Zuständen. Die Austauschraten lagen zwischen -2 L m2 d-1 und 25 L m2 d-1. Aus den Chlorid- und Temperaturprofilen berechnete Austauschraten bestätigen die Feldmessungen. Der Grundwasser-Seewasser-Austausch beeinflusste die Zusammensetzung des Porenwassers. Unter effluenten Bedingungen lag der pH-Wert im Sediment deutlich niedriger (pH < 4) als unter Zustrom von pH-neutralem Grundwasser (pH ~ 6). Hier bildete sich ein deutlich stärkerer pH-Gradient nahe der Sediment-Wasser-Grenze aus. Auch die Sulfatkonzentrationen waren räumlich variabel (10 – 25 mmol L-1). Die Konzentrations-Tiefen-Profile deuten auf eine höhere biogeochemische Aktivität durch Mineraltransformation und Sulfatreduktion an Standorten mit Grundwasserzustrom hin.
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