Geoscience Reference
In-Depth Information
3
Die bei diesem Prozess freigewordenen La-
dungseinheiten (e
-
) zeigen an, dass es sich um
eine Oxidation handelt.
Das sauerstoffhaltige SO
4
2-
-Anion des Calcium-
sulfats (Anhydrit CaSO
4
) kann chemisch eben-
falls reduziert werden, z.B. durch Natriumlactat
(NaC
3
H
5
O
3
):
•
nach der chemischen Reaktion:
2 FeS
2
+ 2 H
2
O + 7 O
2
→
2 FeSO
4
+ 2 H
2
SO
4
.
Das Sulfid des Pyrits (bzw. Markasits) wurde
also in ein Sulfat überführt, wobei freie Schwe-
felsäure entsteht.
3 CaSO
4
+ 2 NaC
3
H
5
O
3
→
3 CaCO
3
+ Na
2
CO
3
+
2 H
2
O + 2 CO
2
+ 3 H
2
S.
Das SO
4
2-
-Anion des Anhydrits wurde zum sau-
erstofffreien Schwefelwasserstoff (H
2
S) reduziert.
Solche Reduktionen von sauerstoffhaltigen An-
ionen erfolgen meist unter Beteiligung von Mi-
kroben (Abschn. 3.9.6.2), auch die der Nitrat-Re-
duktion (O
BERMANN
, 1988; R
OHMANN
& S
ONTHEI
-
MER
, 1985). Letztere ist zum Verständnis von
Änderungen der Grundwasserbeschaffenheit
eminent wichtig, z.B. durch Schwefelwasserstoff:
Die Versauerung durch Pyritverwitterung (Ent-
stehung von Schwefelsäure) ihrerseits wirkt auf
das (grundwasserleitende) Gestein ein und kann
aus diesem Kationen herauslösen, z.B. Na
+
-Io-
nen, wodurch es zur Bildung von Na
2
-SO
4
-Wäs-
sern kommt. Solche Lösungsinhalte entstehen al-
so im Grundwasser nicht nur durch Ionen-Aus-
tausch, sondern auch als Folge chemischer Pro-
zesse. Die Oxidationsvorgänge sind exotherm,
d.h. es wird Wärme frei. Deshalb sind Wässer, in
welchen Oxidationsprozesse abgelaufen sind,
meist etwas wärmer als die, welche unter ver-
gleichbaren hydrogeologischen Verhältnissen
vorliegen, ohne ihres Sauerstoff-Gehaltes beraubt
zu sein.
Durch den Oxidationsprozess verliert das
Grundwasser seinen Gehalt an freiem Sauerstoff
(Sauerstoffzehrung), das Wasser wird sauerstoff-
arm. Man spricht deshalb von „
reduzierten Wäs-
sern
“ (G
ERB
, 1953).
Sauerstoffzehrung findet nicht nur im Kontakt
mit anorganischen Stoffen, sondern auch durch
organische Substanzen wie Huminsäuren, Torf,
Kohle oder Erdöl statt. In solchen Schichten ist
das Grundwasser meist völlig frei von gelöstem
Sauerstoff.
Die reduzierende Energie eines Systems
nimmt mit fallendem Potenzial zu. Das kann so-
weit führen, dass weniger stabile sauerstoffhaltige
Ionen von Säuren oder Basen ihres Sauerstoffs
beraubt werden. So wird das III-wertige Eisen-
oxidhydrat im Kontakt mit organischen Substan-
zen durch Methan (CH
4
) zum II-wertigen redu-
ziert, wobei der Kohlenstoff des Methans durch
den Sauerstoff im FeO(OH)-Molekül zu CO
2
oxidiert wird:
8 H
2
S + N
2
5+
O
5
2-
→
2 N
3-
H
3
+
+ 8 S + 5 H
2
O +
16 e
-
.
Dabei wird das V-wertige, positiv geladene Stick-
stoff-Atom zum III-wertig negativ geladenen im
Ammoniak reduziert, das Schwefel-Atom im
Schwefelwasserstoff zu elementarem Schwefel
oxidiert.
Nach O
TTOW
(1981) wie auch anderen Autoren
ist in natürlichen Grundwassersystemen eine
Abfolge von Redoxreaktionen in Abhängigkeit
vom Redoxpotenzial
E
H
festzustellen. Die Re-
doxprozesse setzen in dieser Reihenfolge ein:
•
Sauerstoff-Aufnahme,
oxidiertes Milieu
E
H
> 400 mV
•
Nitrat-Reduktion
E
H
+600 bis +300 mV
•
Mangan-Reduktion
E
H
+500 bis +220 mV
•
Eisen-Reduktion
E
H
+400 bis +180 mV
•
Sulfat-Reduktion
E
H
+100 bis -200 mV
•
Methan-Bildung
E
H
-150 bis -280 mV
Für die Praxis ist die schon bei relativ hohem Po-
tenzial-Niveau einsetzende Nitrat-Reduktion be-
sonders hervorzuheben, dank derer der negative
Einfluss von Überdüngungen in der Landwirt-
schaft auf die Grundwasserbeschaffenheit
(Abschn. 4.7.2.2) retardiert ist.
Kennzeichnende chemische Merkmale redu-
zierter Wässer sind Sauerstoff-Defizite, merkliche
Gehalte an Eisen-II- und Mangan-II-Ionen, re-
duzierte Nitrate (also niedrige Nitrat-Gehalte)
8 FeO(OH) + CH
4
+ 2 H
2
O
8 Fe(OH)
2
+ CO
2
(frei werdende Energie (Reaktionsenthalpie)
139,34 kJ/mol).
→
