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Grundwasser

pp 1–14 | Cite as

Eisen-Mangan-Anomalien im Grundwasser – Analyse der beeinflussenden Prozesse

  • Sarah KoopmannEmail author
  • Henning Fröllje
  • Kay Hamer
  • Andreas Kubier
  • Thomas Pichler
Fachbeitrag
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Zusammenfassung

Im oberflächennahen Grundwasser Norddeutschlands wurden höhere Mangan- als Eisenkonzentrationen beobachtet. Diese Beobachtung wurde als Anomalie angesehen, da die Konzentration des Eisens (Fe) typischerweise mindestens 10-mal höher ist als die des Mangans (Mn). Um das Auftreten dieser Anomalien besser zu verstehen, wurden zwei Grundwassermessstellen mit unterschiedlichen Fe/Mn-Verhältnissen untersucht. Das Redoxpotenzial und der pH-Wert wurden als singuläre Steuerung der Anomalie ausgeschlossen, da beide Grundwässer außerhalb des Stabilitätsfeldes für Fe2+ im Eh-pH Diagramm lagen. Darüber hinaus war Mangankarbonat im anomalen Grundwasser stabil. Ein vierwöchiger Batchversuch mit Torfmaterial zeigte einen Anstieg der Konzentrationen von Mn und Fe. Derselbe Versuch mit Zugabe von Nitrat zeigte jedoch nur eine Erhöhung der Mangankonzentration, was darauf hindeutet, dass die Oxidation von Fe2+ durch Nitrat die Ursache für die unterschiedlichen Fe/Mn-Verhältnisse an den beiden Standorten ist. Daher sollte der Nitrateintrag in oberflächennahe Grundwasserleiter einen entscheidenden Einfluss auf die Fe/Mn-Verhältnisse im Grundwasser haben.

Iron-manganese-anomalies of groundwater – Analysis of influencing processes

Abstract

Concentrations higher in manganese (Mn) than iron (Fe) were observed in shallow groundwater in northern Germany. This observation was considered anomalous since Fe concentrations are typically at least 10-times higher than Mn concentrations. To better understand the occurrence of these anomalies, two groundwater locations with contrasting Fe/Mn ratios were studied. Redox potential and pH were not the only controls on the anomaly since both groundwaters plotted outside the Fe2+ stability field. Furthermore, Mn carbonate was stable in the anomalous groundwater. A four-week batch experiment with peat showed an increase of both Mn and Fe concentrations. However, the same batch experiments with the addition of nitrate only resulted in an increase in Mn concentrations, suggesting that the oxidation of Fe2+ by nitrate was the cause of the observed anomaly. Thus, nitrate input into shallow aquifers should have a decisive influence on the Fe/Mn ratios in groundwater.

Keywords

Nitrate Denitrification Sequential extraction Batch experiment Stability field diagram 

Notes

Danksagung

Unser Dank gilt dem Niedersächsischen Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN) und dem Senator für Umwelt, Bau und Verkehr (SUBV) der Freien Hansestadt Bremen für die gute Zusammenarbeit im Rahmen dieses Projekts. Ein besonderer Dank gilt J. Thomas (NLWKN, Betriebsstelle Verden) für die Unterstützung bei der Geländearbeit sowie H. Ohlebusch (NLWKN, Betriebsstelle Verden) für die Bereitstellung von Grundwasseranalysen. Weiterer Dank gilt K. Lehner für die Hilfe bei der Probennahme sowie L. Knigge für die Unterstützung bei Laborarbeiten. Zwei ausgezeichnete Begutachtungen haben geholfen den Artikel zu überarbeiten.

Supplementary material

767_2019_434_MOESM1_ESM.pdf (606 kb)
Das Supplement enthält die Bohrprofile der Messstellen (Supplement 1) sowie Ergebnistabellen der sequenziellen Extraktion (Supplement 2 + 3) und des Batchversuches (Supplement 4).

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Copyright information

© Springer-Verlag GmbH Deutschland, ein Teil von Springer Nature 2019

Authors and Affiliations

  1. 1.Geochemie und Hydrogeologie, Fachbereich GeowissenschaftenUniversität BremenBremenDeutschland

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