Original paper

Auswirkungen atmogener Stoffeinträge auf flache und tiefere Grundwässer im Buntsandstein-Schwarzwald

[Effects of Atmogenic Pollutant Deposition on Shallow and Deeper Groundwater in the Bunter Sandstone (Black Forest)]

Einsele, Gerhard; Ehmann, Michael; Irouschek, Thomas; Seeger, Thomas

Kurzfassung

Die chemische Beschaffenheit von oberflächennahem Abfluß und Deckschichtenabfluß im Buntsandstein-Schwarzwald unterscheidet sich nur geringfügig von der des Bestandesniederschlages. Stärkere Veränderungen der Wässer zeigen sich erst nach der Passage durch den tieferen Untergrund. In den nahezu karbonatfreien Gebieten des Mittleren Buntsandsteins deuten erhöhte Gehalte an Erdalkalien bei geringer Hydrogenkarbonatkonzentration im Wasser auf Kationenaustauschvorgänge im Boden und erhöhte Silikatverwitterung im tieferen Untergrund hin. Die Nitrat- und Sulfatgehalte aller Abflußkomponenten zeigen erhebliche regionale Unterschiede, welche die Schadstoffkonzentrationen in den Niederschlagen widerspiegeln. Flach zirkulierende Wässer reagieren auf Niederschlags-Abflußereignisse mit erhöhten Nitrat- und Sulfatkonzentrationen und erniedrigtem pH-Wert; die Nitratgehalte schwanken z. T. jahreszeitlich. Die witterungsbedingte und kleinregionale, z. T. auch durch Huminsäuren beeinflußte Variabilität der pH-Werte läßt Aussagen aufgrund weniger Stichtagsmessungen als problematisch erscheinen. Der Vergleich zwischen Stoffein- und Stoffausträgern, in den auch die regional stark unterschiedlichen Niederschlagshöhen eingehen, bestätigt die Bedeutung des erhöhten Kationenverlustes und einer vermutlich verstärkten Silikatverwitterung für die Abpufferung der eingetragenen Protonen. Nur Sulfat wird z. Zt. im Untergrund gespeichert.

Abstract

In the Bunter Sandstone area of the Black Forest, surface runoff and interflow have a composition similar to canopy throughfall water (mainly spruce). Significant chemical alterations do not become evident until the water has passed the sandstone aquifer. In catchments free of carbonate, higher levels of calcium and magnesium in groundwater and lower concentrations of hydrogen carbonate can show the effects of cation exchange and increased weathering of silicates. Nitrate and sulfate concentrations of all runoff components indicate a distinct regional pattern, which coincides with that, found for the constituents of acid rain. During storm events, shallow circulating waters show increased concentrations of nitrate and sulfate as well as low pH values; nitrate may also fluctuate seasonally. The pH values distinctly vary regionally and with time; they may also be controlled by humic acids. Due to great differences in precipitation, balance calculations of input and output show a regional pattern which does not coincide with that mentioned above. In catchments free of carbonates, they show the significance of cation exchange and silicate weathering for the buffering of protones imported by acid rain. At present only sulfate is stored in the soils or deeper aquifers.

Keywords

Shallow groundwaterdeep groundwatersurface runoffatmospheric precipitationpollutionpollutantsulfatesnitratespHhumic acidscation exchangealkali earth metalssilicate weatheringseasonal variationswater quality Black ForestBaden-