Zusammenfassung
Beginnend werden die Pyritentstehung sowie die Pyritverbreitung in verschiedenen Gesteinen in Deutschland dargestellt. Anschließend wird die induzierte Pyritoxidation durch Kontakt mit Luftsauerstoff und die dabei veränderte Wasserchemie und dessen Wirkung auf Betonbauwerke und durch Braunkohlengewinnung thematisiert. Ergänzt wird die Beschreibung durch eine Darstellung der lithotrophen Nitratreduktion in Grundwasserleitern, bei der die Sulfidminerale als Reduktionsmittel dienen und damit die Nitratbelastung vieler Porengrundwasserleiter mindern. Insgesamt wird die Bedeutung von Pyritbildung und Pyritoxidation für die Grundwasserchemie thematisiert und im Überblick dargestellt.
Abstract
Pyrite formation and its distribution in different rocks in Germany are first reviewed, followed by a description of the pyrite oxidation processes and their effect on groundwater chemistry and on concrete attack, as well as impacts from lignite mining. In the last thematic block, lithotrophic nitrate reduction is presented with an example. This nitrate reduction is of great relevance in many aquifers for decreasing the problem of high nitrate concentrations in the groundwater and in drinking water. Overall the relevance of pyrite formation and pyrite oxidation with oxygen and nitrate is described in this overview article.
Literatur
Baumann, L., Nikolskij, L., Wolf, M.: Einführung in die Geologie und Erkundung von Lagerstätten, 503 S. Glueckauf GmbH, Essen (1979)
Berger, W.: Untersuchung zu Stoffinventar und Stoffänderungen durch Redoxreaktionen in Sedimenten des Niederlausitzer Braunkohlenreviers – Quantifizierung von Immissionen ins abstromige Grundwasser, 151 S. Dissertation. Techn. Univ. Cottbus, Cottbus (2000)
Berner, R.A.: Sedimentary pyrite formation. Am. J. Sci. 268, 1–23 (1970)
Berner, R.A.: Sedimentary pyrite formation: An update. Geochim. Cosmochim. Acta. 48, 605–615 (1984)
Böhlke, J.K., Wanty, R., Tuttle, M., Delin, G., Landon, M.: Denitrification in the recharge area of a transient agri-cultural nitrate plume in a glacial outwash sand aquifer, Minnesota. Water Resour. Res. 38(7), 1–23 (2002)
Breitenbücher, R., Wisotzky, F., Paschke, J.: Schädigungspotential durch pyrithaltige Böden in Deutschland. Sachstandsbericht „Sulfatangriff auf Beton“. Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton. 554, 127–172 (2006)
Breitenbücher, R., Wisotzky, F., Eisenberg, V., Siebert, B.: Betonangriff in eisendisulfidhaltigen Böden. Beton- und Stahlbetonbau. 104, 289–301 (2009)
Cremer, N.: Schwermetalle im Grundwasser Nordrhein-Westfalens unter besonderer Berücksichtigung des Nickels in tieferen Grundwasserleitern der Niederrheinischen Bucht. Besondere Mitteilungen zum Deutschen Gewässerkundlichen Jahrbuch 60. 178 S. Essen (2002)
DIN 4030-1: Beurteilung betonangreifender Wässer, Böden und Gase – Grundlagen und Grenzwerte (2008)
Drobner, E., Huber, H., Wächtershäuser, G., Rose, D., Stetter, K.O.: Pyrite formation linked with hydrogen evolution under anaerobic conditions. Nature. 346, 742–744 (1990)
Droste, B., Wisotzky, F.: Sulfatbelastung aus Aushubmassen des Emschermergels. Bochumer Geowissenschaftliche Arbeiten. 21, 73–83 (2014)
Eisenberg, V.: Abschätzung des Gefährdungspotentials pyritreicher Gesteine im Hinblick auf einen Säure-Sulfat-Angriff auf Betonbauwerke. Bochumer Geowissenschaftliche Arbeiten. 17, 95 (2010)
Friese, K., Hupfer, M., Schultze, M.: Chemical characteristics of water and sediment in acid mining lakes of the Lusatian lignite district. In: Geller, W., Klapper, H., Salomons, W. (Hrsg.) Acidic mining lakes, S. 25–45. Berlin (1998)
Geller, W., Klapper, H., Schultze, M.: Sulfuric acidification of lakes. In: Geller, W., Klapper, H., Salomons, W. (Hrsg.) Acidic mining lakes, S. 3–14. Berlin (1998)
Geller, W., Schultze, M., Kleinmann, R., Wolkersdorfer, Ch. (Hrsg.) Acidic pit lakes, S. 408–421 (2013)
Jorgensen, C., Jacobsen, O., Elberling, B., Aamand. J.: Microbial oxidation of pyrite coupled to nitrate reduction in anoxic groundwater sediment. Environ. Sci. Technol. 43(13), 4851–4857 (2009)
Kölle, W.: Auswirkungen der Nitratbelastung in einem reduzierten Grundwasserleiter. DVGW-Schriftenreihe Wasser. 31, 109–126 (1982)
Kölle, W., Strebel, O., Böttcher, J.: Formation of sulfate by microbial denintrification in a reducing aquifer. Water Supply. 3, 35–40 (1982)
Konrad, C.: Methoden zur Bestimmung des Umsatzes von Stickstoff, dargestellt für drei pleistozäne Grundwasserleiter Norddeutschlands. – Dissertation an der Fakultät für Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften. Technische Universität Dresden, Dresden (2008)
Lenk, S., Wisotzky, F.: Chemical modelling of the groundwater composition in aquifers affected by lignite mine dump discharge (surface mine Inden, Germany). Environ. Earth. Sci. 62, 581–591 (2011)
Lenk, S., Wisotzky, F., Cremer, N.: Hydrogeochemie von Eisenausfällungen an Grundwasseraustritten der Abraumkippe Berrenrath (Rheinisches Braunkohlenrevier). Grundwasser. 18(1), 35–45 (2013)
Leson, M., Wisotzky, F.: Hydrogeochemische Untersuchungen von Nitrateinträgen in das Grundwasser und möglichen Denitrifikationsprozessen. Grundwasser. 17(3), 137–145 (2012)
Lin, S., Morse, J.W.: Sulfate reduction and iron sulfide mineral formation in Gulf of Mexico anoxic sediments. Am. J. Sci. 291, 55–89 (1991)
Luther III, G.W.: Pyrite synthesis via polysulfide compounds. Geochim. Cosmochim. Acta. 55, 2839–2849 (1991)
Mäurer, D., Wisotzky, F.: Prognose zur Entwicklung der Nitrat- und Sulfatkonzentration in einem tiefen Grundwasserleiter durch hydrogeochemische Untersuchungen. Grundwasser. 13(4), 208–219 (2008)
Nicholson, R.V., Gillham, R.W., Reardon, E.J.: Pyrite oxidation in carbonate-buffered solutions: 2. Rate control by oxide coatings. Geochem. Cosmochim. Acta. 54, 395–402 (1990)
Nixdorf, B., Wollmann, K., Deneke, R.: Ecological potentials for planktonic development and food web interactions in extremely acidic mining lakes in Lusatia. In: Geller, W., Klapper, H., Salomons, W. (Hrsg.) Acidic mining lakes, S. 147–167. Berlin (1998)
Obermann, P., Wisotzky, F.: Auswirkungen der Pyritoxidation im Bereich des Braunkohlentagebaus Garzweiler auf die Qualität des Kippengrundwassers – Möglichkeiten und Maßnahmen der Qualitätsverbesserung. Deutsche Gewässerkundliche Mitteilungen. 42(6), 234–240 (1998)
Piehler, H., Wisotzky, F.: Gastransport in der ungesättigten Zone von Braunkohlenabraumkippen. In: Dresdner Grundwasserforschungszentrum (Hrsg.) Proceedings der 4. Dresdner Grundwasserforschungstage, S. 111–125. Dresden (1995)
Postma, D., Boesen, C., Kristiansen, H., Larsen, F.: Nitrate reduction in an unconfined sandy aquifer: water chemistry, reduction processes, and geochemical modeling. Water. Resour. Res. 27, 2027–2045 (1991)
Prein, A.: Sauerstoffzufuhr als limitierender Faktor für die Pyritverwitterung in Abraumkippen von Braunkohlentagebauen. Mitteilungen des Instituts für Wasserwirtschaft, Hydrologie und landwirtschaftlichen Wasserbau der Universität Hannover, Hannover, 79, 3–126 (1993)
Rickard, D.T.: Kinetics and mechanism of pyrite formation at low temperatures. Am. J. Sci. 275, 636–652 (1975)
Sawlowicz, Z.: Pyrite framboids and their development: a new conceptual mechanism. Int. J. Earth Sci. 82, 148–156 (1993)
Van Beek, C.G.E.M., Hettinga, F.A.M., Straatmann, R.: The effects of manure spreading and acid deposition upon groundwater quality in Vierlingsbeek, The Netherlands. IAHS Publications. 185, 155–162 (1989)
Van Berk, W.: Hydrochemische Stoffumsetzungen in einem Grundwasserleiter – beeinflusst durch eine Steinkohlenbergehalde. Besondere Mitteilungen zum Dtsch. Gewässerkundl. 49, 175 (1987)
Van Berk, W., Wisotzky, F.: Sulfide oxidation in brown coal overburden and chemical modelling of reactions in aquifers influenced by sulfide oxidation. Environ. Geology. 26, 192–196 (1995)
Van Berk, W., Hansen, C.: Hydrogeochemische Stoffflussmodelle, S. 226. Berlin (2006)
Wedepohl, K.H.: Untersuchungen an Kupferschiefern in Nordwestdeutschland. Geochim. Cosmochim. Acta. 28, 305 (1964)
Wisotzky, F.: Untersuchungen zur Pyritoxidation in Sedimenten des Rheinischen Braunkohlenreviers und deren Auswirkungen auf die Chemie des Grundwassers. Besondere Mitteilungen zum Dtsch. Gewässerkundl. 58, 153 (1994)
Wisotzky, F., Eckert, P.: Sulfat-dominierter BTEX-Abbau im Grundwasser eines ehemaligen Gaswerksstandortes. Grundwasser. 2(1), 11–21 (1997)
Wisotzky, F.: Assessment of the extent of sulfate reduction in lignite mining dumps using thermodynamic equilibrium models. Water, Air, and Soil Pollution. 108, 285–296 (1998)
Wisotzky, F.: Saure Bergbauwässer (Acid Mine Drainage) und deren Qualitätsverbesserung durch Zugabe von alkalisch wirkenden Zuschlagstoffen zum Abraum – Untersuchungen im Rheinischen Braunkohlenrevier. Besondere Mitteilungen zum Dtsch. Gewässerkundl. 61, 167 (2003)
Wisotzky, F., Eisenberg, V.: Realistische Risikoabschätzung zum Sulfat-Säure-Angriff auf Beton infolge von Pyritoxidationsprozessen durch Baumaßnahmen. Geotechnik. 31(4), 324–332 (2008)
Wisotzky, F.: Angewandte Grundwasserchemie, Hydrogeologie und hydrogeochemische Modellierung, S. 449. Berlin (2011)
Wisotzky, F., Leson, M., Banning, A.: Nitrate and sulfate isotopes in the groundwater of the sandy Haltern Formation (Germany) to investigate nitrate reduction processes. Cent. Eur. Geol. 56(2–3), 130–133 (2013)
Zhang, Y-C., Slomp, C., Broers, H.P., Bostick, B., Passier, H.F., Boettcher, M.E., Omoregie, E.O., Lloyd, J.R., Polya, D.A., Van Cappellen, P.: Isotopic and microbiological signatures of pyrite-driven denitrification in a sandy aquifer. Chem. Geol. 300, 123–132 (2012)
Zimmer, U., Wisotzky, F., Obermann, P.: Vergleich von Modellrechnungen und Lysimeteruntersuchungen zur Pyritoxidation in der ungesättigten Bodenzone. In: Diersch, H.-J., Kaden, S., Michels, I. (Hrsg.) Wasserbewirtschaftung im neuen Jahrtausend, S. 32–38. Berlin (2001)
Zimmer, U., Wisotzky, F., Obermann, P.: Abschätzung der Pyritoxidation in einem Braunkohletagebau mit Hilfe numerischer Modellrechnungen. Grundwasser. 10(2), 74–82 (2005)
Zimmerle, W., Stribrny, B.: Organic carbon-rich pelitic sediments in the Federal Republic of Germany. Courier Forschungsinstitut Senckenberg. 152, 142 (1992)
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Wisotzky, F. Bedeutung von Pyritmineralen für die Grundwasserchemie. Grundwasser 20, 107–115 (2015). https://doi.org/10.1007/s00767-015-0283-y
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