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Pyritoxidationsprozesse im cretazischen Emschermergel infolge von aeroben Bedingungen durch den Emscherumbau

Pyrite oxidation processes in cretaceous sedimentary rock

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Zusammenfassung

Im Rahmen des Emscherumbaus fallen große Mengen an pyrithaltigem Emschermergel an, einem cretazischen Carbonatgestein. Um das Verhalten der Sedimente unter aeroben Bedingungen abschätzen zu können, ist die Kenntnis der chemischen Vorgänge bei Oxidation der Eisendisulfide von enormer Wichtigkeit. Die Oxidation der im Sediment vorhandenen Pyrite führt zur Freisetzung von Protonen, Eisen und Sulfat. Um die zu erwartenden Reaktionsprodukte zu bilanzieren und Aussagen über mögliche Austräge tätigen zu können, wurden umfangreiche Laboruntersuchungen durchgeführt. Die Analytik weist Pyrit-Gehalte in Größenordnungen des rheinischen Braunkohlenreviers aus (~ 0,21 Gew.-% Pyrit-S). Tiefenabhängige Beprobung zeigt die Ausbildung eines geogenen Verwitterungshorizontes im Emschermergel. Unter Laborbedingungen konnte eine weitere Oxidation der ausgelagerten Proben beobachtet werden. Durchgeführte hydrochemische Modellierungen und Säure-Base-Bilanzierungen zeigen die Neutralisation der freiwerdenden Säuremengen durch den pufferwirksamen Carbonatanteil im Sediment.

Abstract

Due to the restoration of the Emscher river system, large amounts of the Emschermergel, a Cretaceous sediment containing significant amounts of carbonate and pyrite, will be released from its anoxic state. The oxidation of pyrite results in the release of protons, iron and sulfate. In order to evaluate the impact of the reaction products, extensive laboratory investigations were carried out. The methodology can detect pyrite content in the range of magnitude of the Rhenish lignite mining area (average 0.21 wt.% Pyritic-S). The formation of a naturally-occurring weathering horizon could also be detected. Under laboratory conditions, further oxidation of the weathered laboratory samples could be observed. Column experiments show significant release of sulfate at high concentrations. Hydrochemical modelling and acid-base accounting show neutralization of the free protons by the effective carbonate buffer in the sediment.

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Danksagung

Die Autoren danken der Bezirksregierung in Münster und der Emschergenossenschaft für Ihre umfangreiche Unterstützung. Ebenfalls gedankt wird der Arbeitsgruppe Bodenkunde an der Ruhr-Universität Bochum. Die Autoren bedanken sich des Weiteren bei den Reviewern und dem Editor für die gemachten Verbesserungsvorschläge.

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Authors and Affiliations

  1. Fakultät für Geowissenschaften, Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik, Lehrstuhl Angewandte Geologie Hydrogeologie, Ruhr-Universität Bochum, Universitätsstraße 150, 44801, Bochum, Deutschland

    Björn Droste M.Sc. &  Frank Wisotzky

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  1. Björn Droste M.Sc.
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Droste, B., Wisotzky, F. Pyritoxidationsprozesse im cretazischen Emschermergel infolge von aeroben Bedingungen durch den Emscherumbau. Grundwasser 20, 197–208 (2015). https://doi.org/10.1007/s00767-015-0293-9

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