Mobilisation von Schwermetallen im Bereich rheinhessisches Hügelland als Folge anthropogen bedingten Nitrateintrages - Folgen für den Grundwasserschutz ?

Abstract

Kurzfassung Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war eine hydrogeologische Untersuchung zur Herkunftsbestimmung der Grundwässer im Raum Alzey/Rheinhessen. Ein erster Anlaß zu weiteren Untersuchungen war durch erhöhte Schwermetallgehalte in den Rohwässern gegeben. Im Alzeyer Raum können Kluftgrundwasserleiter (Rotliegendes und z.T. verkarstetes Kalktertiär) sowie Porengrundwasserleiter ( Tertiäre Meeressande und Ablagerungen des Quartärs) unterschieden werden. Aufgrund der Lösungsinhalte ergibt sich eine Typisierung in erdalkalische Hydrogenkarbonatwässer bzw. Austauschwässer, bei denen Erdalkalien durch Alkalien ersetzt wurden. Mit verschiedenen Grundwassermodellierungen konnten mögliche 'Grundwasserneubildungs-Pfade' aufgezeigt werden. Die 1996 durchgeführte Herabsetzung des Arsengrenzwertes zwang viele Versorgungsunternehmen weitere Verfahrenstechniken zur Grundwasseraufbereitung anzuwenden. Es zeigten sich erhebliche Schwierigkeiten bei der Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie bezogen auf das lokale Untersuchungsgebiet Alzey. Schwermetallmobilisationen im Untergrund können aufgrund anthropogen eingetragener Nitrate im sonst reduzierenden Milieu ermöglicht werden. Mittels Tritium- und FCKW-Analysen konnten Alter bzw. Verweilzeiten der Wässer bestimmt werden. Zusammen mit den Werten von Deuterium und Sauerstoff-18, Schwefel-34 und Sauerstoff-18 aus dem im Wasser gelösten Sulfat und Stickstoff-15 und Sauerstoff-18 aus dem im Wasser gelösten Nitrat, konnten Aussagen über Änderungen im Aquifermilieu getroffen werden. Es zeigte sich, daß selbst bei einem völligen Stop des Düngemitteleintrages, die Schwermetallmobilisationen in Grundwässern im Bereich Rheinhessisches Hügelland innerhalb der nächsten 30 Jahre nicht abnehmen werden.

Abstract The objective of this work was to trace the origin of heavy metals in the groundwater from the Rhine-Hesse region in Rhineland-Palatinate/Germany. It was possible to differentiate pore-aquifers of tertiary sea-sands and quaternary sediments respectively as well as fissured-aquifers of tertiary limestones and permic depositions. Chemically, the groundwaters are characterized by an exchange of alkaline earth metals with alkali metals, which is reflected in their contents of solutes. With the aid of different groundwater models it was possible to determine potential groundwater regeneration paths. It is difficult to introduce the new ec-groundwater quality guideline ('EG-Grundwasserrahmenrichtlinie') for the Alzey research area. Heavy metal mobilization in the subsurface area may take place due to the occurrence of anthropogenic nitrates, which alter the reducing environment and as a consequence favour the solubility of the heavy metals under oxidizing conditions.Together with isotope- and CFC-analyses it is also feasible to determine the age and chemical change of groundwaters. Assuming the immediate cessation of N-fertilization in the Rhine-Hesse area, the impact of heavy metal mobilization on the groundwater would be detectable for approximately the next thirty years since large amounts of nitrates are still present in the soils.