Original paper

Geochemische und mineralogische Auswirkung beim mikrobiellen Abbau organischer Substanz in einem anoxischen Porengrundwasserleiter

[Geochemical and Mineralogical Effect linked to the Biodegradation of Organic Matter in an Anoxic Aquifer]

Leuchs, Wolfgang

Kurzfassung

Am Beispiel eines oberflächennahen, pleistozänen Porengrundwasserleiters bei Bocholt/Westfalen wird gezeigt, daß die chemische Genese des Grundwassers entlang des Fließweges vor allem durch mikrobiell katalysierte Redoxreaktionen angetrieben wird. Mit abnehmendem Energiegewinn pro Mol oxidiertem organischen Kohlenstoff reduzieren die Mikroorganismen nacheinander, d.h. mit zunehmender Tiefe, O2, NO3- und Mn(+ 4)-Oxid sowie Fe(+ 3)-Hydroxid. Als authigene Mineralphase konnte in der Eisenreduktionszone Ca-Mn-Siderit identifiziert werden. Die bei strikt anaeroben und stark reduzierten Verhältnissen mögliche mikrobielle Sulfatreduktion kommt hier ausschließlich innerhalb von Holz- und Torfeinlagerungen (Mikromilieu) vor, wie daran gebundene und mit Mikroorganismen assoziierte Neubildungen von Eisenmonosulfid und Pyrit anzeigen. Im tieferen Profilteil verdrängt dieser Pyrit gelegentlich Eisenkarbonat, welches sich zuvor in einem Methanbildungsmilieu neugebildet hat, als das Grundwasser dieser Tiefe noch sulfatfrei war.

Abstract

Variations in groundwater and mineralogical composition of aquifer sediments due to biodegradation of organic matter below an agricultural recharge area (Bocholt/North Rhine Westfalia) are investigated. Along the flow path oxidation of organic carbon proceeds in the order of thermodynamic possibility with the sequential consumption of the electron acceptors oxygen, nitrate and Mn(+ 4)-oxides, and Fe(+ 3)-hydroxide respectively. Under conditions of iron reduction siderite (rich in Ca and Mn) is precipitated. Authigenic iron sulfide (FeS and pyrite) is always associated with detritial wood or peat indicating microbial sulphate reduction within these organic microenvironments. In microenvironments of deeper levels of the aquifer former siderite is replaced by pyrite. It is assumed that siderite precipitated under methanic conditions when the deep and old groundwater (older than 100 years) was sulphate-free.

Keywords

Anoxic aquiferbiodegradationorganic matterbacteriareduction of O2NO3Mn4-OxidesFe3-Hydroxidesauthigenic mineralsCa-Mn-sideritepyriteiron monooxides Lower Rhine region (Bocholt)North Rhine-Westphalia TK 25: Nr. 4105