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Nitratreduzierende mikrobielle Gemeinschaften aus porösem Gestein und Klüften im verkarsteten und geklüfteten Grundwasserleiter des Einzugsgebiets der Bronnbachquelle (Südwestdeutschland)

Verkarstete, zerklüftete unterirdische Aquifere sind wichtige Trinkwasserquellen. Der Einsatz von Düngemitteln in der Landwirtschaft hat jedoch zu einer Nitratinfiltration geführt. Der Konsum von nitrathaltigem Trinkwasser könnte zu gesundheitlichen Problemen führen, und die Europäische Union hat festgelegt, dass die Stickstoffkonzentration im Trinkwasser weniger als 50 mg/L betragen muss, um trinkbar zu sein. In landwirtschaftlich genutzten Regionen liegen die Nitratkonzentrationen jedoch häufig über diesem Grenzwert. So wurden beispielsweise im Einzugsgebiet der Ammer (Deutschland) Nitratkonzentrationen von bis zu 60 mg/l gemessen, während die Abflussgebiete nur 1 mg/l Nitrat enthielten. Diese Konzentrationsunterschiede lassen auf eine intensive Denitrifikation schließen. In unterirdischen oligotrophen Umgebungen können Mikroorganismen die Nitratreduktion mit der Eisen-/Schwefeloxidation koppeln. Die Bestimmung räumlicher Hot Spots, in denen Mikroben eine wichtige Rolle bei der Denitrifikation im Untergrund spielen, ist eine Herausforderung, und es ist daher nicht bekannt, ob die Denitrifikation nur in Klüften oder auch in der porösen Gesteinsmatrix stattfindet. Wir haben Gesteinskerne aus 70 m Tiefe entnommen - der gesättigten Zone der Bronnbachquelle (Deutschland). Das einzigartige Bohrloch ohne Verrohrung diente der Errichtung einer Grundwassermessstelle. Das erste Ziel dieses Projekts besteht darin, die Taxonomie und die funktionellen Fähigkeiten der denitrifizierenden Mikroorganismen zu bestimmen, die das Karbonatgestein bewohnen. Das zweite Ziel ist die Charakterisierung der mikrobiellen Besiedlung Pyrit-haltiger künstlicher und natürlicher poröser Gesteinsmatrixen und der Pyritoxidationsrate durch Laborexperimente. Für diese In-vitro-Studie werden Mikroorganismen verwendet, die zuvor aus Karbonatgestein angereichert wurden und die die Nitratreduktion mit (Eisen/Schwefel)-Oxidation verbinden. Das dritte Ziel besteht darin, die In-situ-Pyrit-Oxidationsrate in den künstlichen und natürlichen porösen Gesteinsmatrixen zu bestimmen. Dies wird durch die langfristige Inkubation von Pyrit-haltigen mikrobiellen Fallen (MTDs; mit Gesteinsmatrixen) im neu installierten Grundwasserbrunnen und durch die Überwachung der Veränderungen in der Zusammensetzung und der Funktionen der mikrobiellen Gemeinschaften, die die MTDs besiedeln, erreicht. Mittels der kombinierten Ergebnisse der Feld- und Laborarbeiten werden wir Folgendes ermitteln: i) die ökologischen Nischen der nitratreduzierenden Mikroorganismen im Grundwasserleiter des Einzugsgebiets der Bronnbachquelle, ii) die wichtigsten Mikroorganismen, die für den Nitratumsatz verantwortlich sind, iii) die Stoffwechseleigenschaften und Funktionen der nitratreduzierenden Mikroorganismen, iv) das Potenzial der Denitrifikanten, die poröse Gesteinsmatrix zu besiedeln, v) die Faktoren, die die Effizienz der Denitrifikation beeinflussen, und v) die Pyritoxidationsrate innerhalb der porösen Gesteinsmatrix.

Spätquartäre Kohlenstoffisotopie des CO2 der Bodenluft im Spiegel pedogener Karbonate

Die Böden terrestrischer Ökosysteme sind ein wichtiger Steuerungsfaktor der CO2-Konzentration in der Erdatmosphäre. Bei Modellierung von globalen CO2-Zyklen ist die Forschung der klimarelevanten Gase auf eindeutige Vorstellungen von der Kohlenstoffisotopie des CO2 der Bodenluft und ihrer Veränderungen angewiesen. Die bis heute vorhandenen Daten umfassen nur eine relativ kurzfristige Dynamik (Stunden bis Monate). Die Fragen nach den langfristigen Fluktuationen (Jahrtausende) der d13CWerte im bodenbürtigen Kohlendioxid und den sie kontrollierenden Faktoren sowie nach dem Zusammenhang mit dem CO2-Haushalt der spätquartären Atmosphäre bleiben offen. Ziel des Vorhabens ist es, die pedogenen Karbonate als Archive der langfristigen, spätquartären d13C-Dynamik des CO2 der Bodenluft zu untersuchen. Dem Arbeitskonzept liegen Modellvorstellungen der Produktion und Diffusion der 13CO2 im Boden zugrunde. Bei den Forschungsobjekten handelt es sich um laminierte Kalkablagerungen (Kalkkutanen) an Steinen aus holozänen Böden (Mediterraneis, Mitteleuropa, Sibirien) und sekundäre Karbonate aus spätpleistozänen Löss-Paläoboden-Sequenzen (Mitteleuropa). Die Untersuchungsmethoden: d13C, d18O, 14C-Altersbestimmung und Mikromorphologie. Bei der Auswertung der Ergebnisse sollen die Ursachen der langfristigen 13CO2-Dynamik der Bodenluft und die sie kontrollierenden Faktoren im Zentrum stehen.

Experimentelle und numerische Untersuchungen zur dichtegetriebenen Einlösung von CO2 und damit verbundener Lösung von Karbonaten in Karstwasser

Die Rolle dichtegetriebener CO2-Einlösung in Karstsystemen ist bislang nicht gut verstanden. Es ist bekannt, dass in Wasser gelöstes CO2 die Verkarstung antreibt, und dass dieses CO2 zu einem wesentlichen Teil biogenen Ursprungs ist; produziert von Mikroorganismen im Boden oder durch Wurzelatmung. Karbonatlösung findet vorwiegend oberflächennah statt. Niederschlagswasser, welches durch die ungesättigte Bodenzone sickert und mit CO2 angereichert wird, führt zu sogenannter Denudation (Absenkung der Landoberfläche). Aber warum wachsen Hohlräume auch tief im Innern des Gesteins? Der erste Erklärungsansatz ist die Mischungskorrosion, welche darauf beruht, dass beim Zusammentreffen zweier unterschiedlicher Wasserströme immer ein kalkaggressives Mischwasser entsteht. Der zweite Mechanismus beruht auf nichtlinearer Lösungskinetik, wobei angenommen wird, dass Wasser einen Teil seiner „Lösungskraft“ bis tief ins Gestein hinein behält. Unsere neue These behandelt einen zusätzlichen, dritten, und bislang unterschätzten Mechanismus, der Wasserkörper mit CO2 anreichern kann: dichtegetriebene Einlösung. In einem jüngst publizierten Artikel konnten wir zeigen, dass dichtegetriebene Einlösung am Karstwasserspiegel ruhende Wasserkörper mit CO2, und damit mit neuer „Lösungskraft“, anreichern kann, und zwar auf einer Zeitskala von Wochen bis Monaten. Was bislang aufgrund von enormer Komplexität nicht untersucht wurde, ist das reaktive Transportsystem infolge der Interaktion von dichtegetriebener CO2-Einlösung mit Kalkgestein. Dichtegetriebene CO2-Einlösung findet zum Beispiel in einer Kluft von gegebener Öffnungsweite statt. Diese Öffnungsweite beeinflusst die Strömung und wächst durch Karbonatlösung an, wodurch ein womöglich selbstverstärkender Prozess mit weiterer Einlösung in Gang kommt. Übergeordnet soll dieses Projekts dazu beitragen, die Rolle dichtegetriebener CO2-Einlösung im Vergleich zu bereits bekannten Mechanismen der Mischungskorrosion und der nichtlinearen Lösungskinetiken besser zu verstehen. Um deren Interaktion auf geologischen Zeitskalen zu verstehen, ist einzig die Modellierung zweckdienlich, validiert mit anspruchsvollen, gut kontrollierten Labor- und Feldexperimenten. Das numerische Modell löst die Navier-Stokes-Gleichungen, wobei die Dichte abhängig von den Konzentrationen der gelösten Komponenten ist. Die Validierung des Modells soll die Kopplung von reaktiver Strömung, angetrieben durch dichtegetriebene Lösung im Kalk-Kohlensäure-System, mit dadurch verursachter Morphologieänderung der Kalkgesteinsoberflächen berücksichtigen. Zusammengefasst sollen- numerische Modelle durch systematische Validierung der Simulationsplattform DuMux mit Daten aus kontrollierten Experimenten verbessert werden.- CO2-Eintragsraten in Karstwasser infolge von dichtegetriebener Einlösung und Reaktion an Kalkgesteinsoberflächen quantifiziert werden.- die entsprechenden Karbonatlösungsraten und die Veränderungen auf der Kalkgesteinsoberfläche quantifiziert werden.

Kompensation saurer Eintraege mit verschiedenen Puffersubstanzen zur Minderung der Auswirkungen von Luftschadstoffeintraegen in Waldoekosystemen und zur Stabilisierung und Restauration versauerter Waldboeden, Vergleichender Kompensationsversuch mit verschiedenen Puffersubstanzen zur Minderung der Auswirkungen von Luftschadstoffeintraegen in Waldoekosystemen

Im Rahmen des vergleichenden Kompensationsversuches werden die oekosystemaren Auswirkungen von Bodenschutzkalkung und Bodenrestauration mittel- bis langfristig untersucht.Durch den experimentellen Versuchsansatz sollen fruehzeitig moegliche Entwicklungen und die Voraussetzungen fuer weitere Massnahmen abgeschaetzt werden. Es ist das Ziel dieser Untersuchungen, Empfehlungen fuer die Praxis hinsichtlich der derzeit im Handel befindlichen basischen Substanzen und ihrer Ausbringungsmodalitaeten zu erarbeiten. Zwischenergebnisse belegen, dass - saure Luftschadstoffdepositionen an der Waldbodenoberflaeche neutralisiert werden. Die Versauerung des tieferen Mineralbodens geht dagegen in den ersten 5 - 6 Jahren nicht zurueck. - Magnesiumkationen nach Reaktionen des kohlensauren Dolomits mit Saeuren in der Humusauflage geloest im Sickerwasser in den Wurzelraum fliessen. Bei gleichzeitiger Anreicherung des pflanzenverfuegbaren Magnesiumvorrats im Mineralboden wird auch die Magnesiumernaehrung der Baeume verbessert. - metallorganische Komplexe stabilisiert werden, womit das weitere Vordringen von Schwermetallen in tiefere Bodenbereiche wirksam unterbunden wird. Die biologische Aktivitaet im Auflagehumus und in organisch beeinflussten Bodenhorizonten gesteigert wird. dadurch werden einerseits die Naehrstoffkreislaeufe in den Mineralboden hinein erweitert (Uebergang des sog. kleinen Naehrstoffkreislaufes zum grossen Naehrstoffkreislauf'), andererseits besteht aber auch die Gefahr, dass bei hohen Stickstoffvorraeten und bei Waldoekosystemen, deren Stickstoffspeicherfaehigkeit ueberschritten ist. Nitrat im Sickerwasserstrom die Hydrosphaere belastet. Die Applikation leicht loeslicher Salzduenger ist mit erheblichen Risiken fuer das Oekosyste m und die Hydrosphaere verbunden. Aus Vorsorge zum Schulz des Bodens, aber auch des Grund- und Quellwassers darf die Ausbringung sulfatischer Duenger nur dann in Betracht komen, wenn von den standoertlichen Gegebenheiten und der lufthygienischen Vorbelastung her eine Fixierung des geduengten Sulfates noch wahrscheinlich ist. Ansonsten sind Duengemitteln, die nicht an leicht mobilisierbare Anionen starker Saeuren gebunden sind - dies sind Karbonate oder Silikate - , der Vorzug zu geben.

Schwerpunktprogramm (SPP) 2238: Dynamik der Erzmetallanreicherung, Teilprojekt: Thermodynamisches Modell für Phasen- und chemische Gleichgewichte von wässrigen Chlorid- und Karbonat-Fluidphasen: Modellierung der Ligandenspezierung und Implikationen für Imetallkomplexbildung

Wässrige Chlorid- und Karbonat-Fluidphasen sind die häufigsten hydrothermalen Flüssigkeiten in der Natur. Ihr Potenzial für den Metalltransport und die Erzbildung wird durch die Aktivität von komplexbildenden Liganden gesteuert, insbesondere durch die a/f(HCl) für Metallchlorid-, a/f(CO2) für Metallcarbonat- und a(Na2O) für alkalihaltige Metalloxid/hydroxid-Komplexe. In diesem Projekt werden wir thermodynamische Mehrkomponentenmodelle für die Systeme H2O-NaCl-KCl-HCl und H2O-Na2CO3-K2CO3-CO2 (H2CO3) über einen weiten Bereich hydrothermaler Bedingungen bis zu 800 oC und 5 kbar entwickeln und neu kalibrieren. Diese Modelle werden eine vollständige Prädiktion von Phasenbeziehungen (z. B. Flüssigkeit-Dampf-Gleichgewichten) und integralen und partiellen thermodynamischen Eigenschaften einschließlich für die Nebenkomponenten (Spezies) liefern. Die auf der freien Energie basierende Formulierung ermöglicht eine direkte Kopplung mit den thermodynamischen Daten und Modellen für Minerale und/oder Silikat- oder Karbonatschmelzen, d.h. bildet die Verknüpfung zwischen der Fluidzusammensetzung, a/f(HCl), a/f(CO2) usw. mit bestimmten gesteinsbildenden Paragenesen oder Schmelzzusammensetzungen, die man in der Gibbs-Energie-Minimierung ansetzen kann. Die Kenntnis der Aktivität oder Fugazität von komplexbildendn Liganden wird ein Schritt nach vorn zur quantitativen Vorhersage der Stabilität von Metallkomplexen in hydrothermalen Fluiden über einen weiten Bereich von hydrothermalen Bedingungen und während der Phasentrennung, beispielsweise beim Sieden, sein. Darüber hinaus stellen wir die Hypothese auf, dass die Alkalinität oder Aluminosität des Mutterschmelze oder der mineralischen Paragenese eine signifikante Kontrolle über das Potenzial der Komplexbildung und für den Metalltransport in hydrothermalen Lösungen ausüben kann, nicht nur der Metallhaushalt und die Salinität allein.

Analytical data of a buried and a recent surficial Chernozem in the Bornhöck area in Central Germany

This dataset contains analytical data of two studied soil profiles, one of a buried (BH-II) and one of a recent surficial Chernozem (BH-rec) in the Bornhöck area in Central Germany (southern Saxony-Anhalt). At BH-II, the Chernozem was buried by the Early Bronze Age burial mound 'Bornhöck' about 3.8 ka. The study area is described in Suchodoletz et al. (2023). During our research we measured grain sizes, organic carbon and carbonate contents, black carbon, soil isotopes, elements and lignin phenols (S/V and C/V). The measurements were performed between 2019 and 2024. The goal of our study was to evaluate regional soil formation and human impact since the Early Bronze.

IS GT DS - Informationssystem Geothermie von Nordrhein-Westfalen - Datensatz

Der Datensatz stellt Informationen hinsichtlich oberflächennaher, mitteltiefer und tiefer Geothermie bereit. Die oberflächennahe Geothermie betrachtet die Wärmeleitfähigkeit der Gesteine für Erdwärmesonden bis in 100 Meter Tiefe sowie die geothermische Ergiebigkeit für Erdwärmekollektoren. Hinsichtlich mitteltiefer Geothermie liefert der Datensatz Informationen zur Planung von geothermischen Anlagen bis in 1.000 Meter Tiefe. Für die Planung von tiefen geothermischen Anlagen (Dubletten) bis in mehr als 5.000 Meter Tiefe werden geologische Informationen über die als Zielhorizonte in Frage kommenden Kalkstein- sowie Sandsteinschichten zur Verfügung gestellt. Der Datensatz liefert damit wertvolle Eckdaten bezüglich der Nutzungsmöglichkeiten von Erdwärme; beispielsweise zum Beheizen oder Klimatisieren von Gebäuden aller Art. Verfügbare Kartenthemen: Wärmeentzugsleistung für Erdwärmekollektoren; Wärmeleitfähigkeit für oberflächennahe Systeme in 40, 60, 80, 100 Meter Tiefe; Übersichtsdarstellung hydrogeologisch sensibler Bereiche; Bereich erhöhter Fließgeschwindigkeit; Wärmeleitfähigkeit für mitteltiefe Erdwärmesonden in 250, 500, 750, 1.000 Meter Tiefe; offene Wärmespeicher (ATES); Dublette; oberkreidezeitliche, unterkarbonzeitliche und devonzeitliche Karbonate sowie triassische Sandsteine als Zielhorizonte (Top, Mächtigkeit, Temperatur, Faziesverteilung).

Geologische Karte Bänke vom Saarland 1:25.000

In dem Datensatz Bänke wird, wegen der geringen Mächtigkeit der Horizonte, der Verlauf besonderer Gesteinsausbildungen (Tuffe, Karbonate, Kohle usw.) als Linie dargestellt. Diese Bänke (Member) bilden häufig die Grenze zwischen lithostratigraphischen Einheiten oder besitzen eine für die Kartierung wichtige Funktion als Leithorizont. Geologische Karte 1:25 000 Bänke ist in Bearbeitung und noch nicht flächendeckend vorhanden. Die Daten wurden ins GDZ importiert und dort als Werte der Multifeatureklasse Wert Geologie modelliert, die sich zusammensetzt aus der flächenhaften Featureklasse GDZ2010.A_ghgeowt (enthält die Gk100, die GK25, und die Rohstoffflächen) der linienhaften Featureklasse GDZ2010.L_ghgeowt (enthält die GK15_Bänke, die GK25_Tektonik und die GK100_Tektonik) , der punkthaften Featureklasse GDZ2010.P_ghgeowt (enthält die Geotope) und der dazugehörigen Businessklasse GDZ2010.ghgeowt. Anschließend wurden die Werte für die Objektart = gk25 und Parameter Langtext = Bänke exportiert in die Filegeodatabase GDZ_GDB. Folgende Attribute sind relevant: NR (Nummer der Bänke) BEZEICHNUNG; STRATIGRAPHIE; PETROGRAPHIE.

Hydrogeologische Übersichtskarte von Niedersachsen 1 : 500 000 - Grundwasserbeschaffenheit: pH-Wert

Die Hydrogeologische Übersichtskarte von Niedersachsen 1 : 500 000 - Grundwasserbeschaffenheit: pH-Wert zeigt die Auswertung einer repräsentativen Auswahl von pH-Werten aus der Labordatenbank des LBEG. Die über einen Zeitraum von 1967 bis 2000 erhobenen Daten wurden zweifach gemittelt. Bei Grundwasser-Messstellen mit Mehrfachanalysen wurden Mittelwerte der jeweils vorliegenden Untersuchungsergebnisse gebildet. Zusätzlich wurden die Werte aller Probenahmestellen in einem Radius von 2000 m einer weiteren Mittelwertbildung unterzogen. pH-Werte, die eindeutig auf punktförmige anthropogene Einträge (z.B. Altdeponien) zurückzuführen sind, werden im Rahmen dieser Übersichtskarte nicht wiedergegeben. Die pH-Werte sind in Tiefenstufen ohne Bezug zur lokalen hydrogeologischen Situation dargestellt. Die Stabdiagramme im rechts gezeigten Beispiel spiegeln Ergebnisse für die Tiefenstufen bis 20 Meter, über 20 bis 50 Meter, über 50 bis 100 Meter und über 100 bis 200 Meter wieder. Ein Vergleich von Werten ist daher ohne Berücksichtigung der jeweiligen hydrogeologischen Situation (z.B. hydrogeologischer Stockwerksbau) ebenso wie die Heranziehung der Daten für Detailuntersuchungen nicht zulässig. Die auf der Übersichtskarte dargestellten pH-Werte liegen im Bereich zwischen 3,3 und 8,8 (Medianwert = 6,7). Sehr niedrige pH-Werte von 3,5 – 5,5 sind vor allem im Grundwasser in Gebieten mit Mooren (z.B. Vehnemoor südwestlich von Oldenburg, Lichtemoor nordöstlich von Nienburg oder Wietingsmoor westlich von Sulingen) anzutreffen. In kalkfreien Gesteinen bei denen primär Silikate und Alumosilikate die Grundwasserbeschaffenheit bestimmen, werden pH-Werte zwischen 5 und 6 erreicht (z.B. Lüneburger Heide und Solling). Die Lösung von Karbonaten führt zu einer Erhöhung der pH-Werte auf 7,5 – 8,5.

Hydrogeologische Übersichtskarte von Niedersachsen 1 : 500 000 - Grundwasserbeschaffenheit: pH-Wert (WMS Dienst)

Die Hydrogeologische Übersichtskarte von Niedersachsen 1 : 500 000 - Grundwasserbeschaffenheit: pH-Wert zeigt die Auswertung einer repräsentativen Auswahl von pH-Werten aus der Labordatenbank des LBEG. Die über einen Zeitraum von 1967 bis 2000 erhobenen Daten wurden zweifach gemittelt. Bei Grundwasser-Messstellen mit Mehrfachanalysen wurden Mittelwerte der jeweils vorliegenden Untersuchungsergebnisse gebildet. Zusätzlich wurden die Werte aller Probenahmestellen in einem Radius von 2000 m einer weiteren Mittelwertbildung unterzogen. pH-Werte, die eindeutig auf punktförmige anthropogene Einträge (z.B. Altdeponien) zurückzuführen sind, werden im Rahmen dieser Übersichtskarte nicht wiedergegeben. Die pH-Werte sind in Tiefenstufen ohne Bezug zur lokalen hydrogeologischen Situation dargestellt. Die Stabdiagramme im rechts gezeigten Beispiel spiegeln Ergebnisse für die Tiefenstufen bis 20 Meter, über 20 bis 50 Meter, über 50 bis 100 Meter und über 100 bis 200 Meter wieder. Ein Vergleich von Werten ist daher ohne Berücksichtigung der jeweiligen hydrogeologischen Situation (z.B. hydrogeologischer Stockwerksbau) ebenso wie die Heranziehung der Daten für Detailuntersuchungen nicht zulässig. Die auf der Übersichtskarte dargestellten pH-Werte liegen im Bereich zwischen 3,3 und 8,8 (Medianwert = 6,7). Sehr niedrige pH-Werte von 3,5 – 5,5 sind vor allem im Grundwasser in Gebieten mit Mooren (z.B. Vehnemoor südwestlich von Oldenburg, Lichtemoor nordöstlich von Nienburg oder Wietingsmoor westlich von Sulingen) anzutreffen. In kalkfreien Gesteinen bei denen primär Silikate und Alumosilikate die Grundwasserbeschaffenheit bestimmen, werden pH-Werte zwischen 5 und 6 erreicht (z.B. Lüneburger Heide und Solling). Die Lösung von Karbonaten führt zu einer Erhöhung der pH-Werte auf 7,5 – 8,5.

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