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Hydrogeochemie und geogene Fluorid- und Borproblematik des Emschermergels im Münsterland

Hydrogeochemistry and geogenic fluoride and boron groundwater problems in the Emscher Fm. (Münsterland region, Germany)

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Zusammenfassung

Die Sediment- und Grundwasserchemie des Emschermergels im Münsterland (NRW) wurde untersucht. Die Geochemie (Canorg- und Spyrit) wurde an 160 Gesteinsproben analysiert. Unterhalb einer geogenen Verwitterungszone wurden unverwitterte, pyrithaltige Gesteine vorgefunden. Die Grundwasserchemie des Emschermergels in Ostwestfalen wurde anhand von 580 Einzelanalysen aus Hausbrunnen, ergänzt durch weitere Literaturdaten, zusammengetragen und ausgewertet. Die Grundwässer weisen zum Teil hohe Fluorid- und Borkonzentrationen von jeweils bis zu 10 mg/l auf – regional liegen bis zu 30 % der Wässer über 1,5 mg/l Fluorid, und bis zu 50 % über 1 mg/l Bor – die räumliche Verteilung scheint vom Vorhandensein einer Quartärüberdeckung abzuhängen. Grundwässer mit hohen Fluoridkonzentrationen zeigen geringe Ca2+-Konzentrationen und umgekehrt, was auf eine Gleichgewichtseinstellung mit der Mineralphase Fluorit hindeutet. Grenzwertüberschreitende Gehalte treten fast ausnahmslos in Ionenaustauschwässern des Na-HCO3-(Cl)-Typs mit pH > 7,5 auf. Als wahrscheinlicher Hauptmobilisierungsmechanismus beider Kontaminanten erscheint die pH-gesteuerte Desorption von Mineraloberflächen. Die geologische Primärquelle ist unbekannt, eine nähere geochemisch-mineralogische Untersuchung des Emschermergels wäre wünschenswert.

Abstract

The hydrogeochemistry of the Cretaceous Emscher Fm. in northwest Germany was investigated, including analysis of 160 rock samples for carbon and sulfur content. Beneath a weathered zone, unweathered rocks containing pyrite were found. Groundwater data from the Emscher Fm. (580 analyses of house wells and additional literature data) were collected and evaluated. Some groundwater contains high fluoride and boron concentrations of up to 10 mg/l. Regionally, up to 30% of house wells show fluoride concentrations above 1.5 mg/l, and up to 50% above 1 mg/l boron. The spatial distribution depends on the presence of Quaternary cover sediments. Groundwater with high fluoride concentrations displays low Ca2+, and vice versa, indicating equilibrium with the mineral fluorite (CaF2). Concentrations above drinking water guidelines almost exclusively occur in ion exchange waters of the Na-HCO3 −(Cl) type with pH > 7.5. The main mobilization mechanism of both contaminants appears to be pH-triggered desorption from mineral surfaces.

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Authors and Affiliations

  1. Lehrstuhl Angewandte Geologie, Ruhr-Universität Bochum, Universitätsstraße 150, 44801, Bochum, Deutschland

    Frank Wisotzky, Björn Droste & Andre Banning

Authors
  1. Frank Wisotzky
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  2. Björn Droste
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  3. Andre Banning
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Wisotzky, F., Droste, B. & Banning, A. Hydrogeochemie und geogene Fluorid- und Borproblematik des Emschermergels im Münsterland. Grundwasser 22, 3–15 (2017). https://doi.org/10.1007/s00767-016-0345-9

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