Original paper

Säure-Einträge und Stoffumsätze im Buntsandstein-Schwarzwald (Seebachgebiet, 8 Meßjahre)

[Acid deposition and input-output balances, 8 years, in a sandstone catchment, Seebach, Bunter sandstone, Black Forest]

Einsele, Gerhard; Hinderer, Matthias

Kurzfassung

In dem karbonatfreien, basenarmen Buntsandstein-Einzugsgebiet des Seebachs (4,5 km2, bewaldet) wurden von 1985 bis 1992 die in verschiedenen Kompartimenten des Zirkulationssystems ablaufenden Prozesse studiert. Von durchschnittlich 1935 mm/a Niederschlag kamen 1344 mm/a zum Abfluß. 46% des Gesamtabflusses flossen über die periglazialen Deckschichten und 54 % über die Klufträume des Buntsandsteins ab. Die hydrochemische Entwicklung vom Niederschlag bis zum Grundwasser ist besonders durch Stoffanreicherungen im Kronenraum, die Aufnahme organischer Säuren im durchwurzelten Boden und eine deutliche Anreicherung des Wassers an basischen Kationen und Hydrogenkarbonat, verbunden mit einem pH-Anstieg, im Kluftaquifer geprägt. Im Vorfluter Seebach mischen sich die verschiedenen Abflußkomponenten in zeitlich variabler Weise. Wegen starker saisonaler Schwankungen und Stoffspeicherung und -freisetzung lassen sich langjährige hydrochemische Trends innerhalb der Meßzeit kaum erkennen. Die für einzelne Kompartimente durchgeführten Stoffbilanzen zeigen kontinuierliche Auswaschungen an basischen Kationen, HCO3, und SiO2, sowie Aufspeicherungen bei Stickstoff, SO4 und Protonen. Stickstoff wird dem System derzeit noch von der Biomasse, aber auch durch Denitrifikation entzogen. Bei SO4 kam es innerhalb des Meßzeitraums in den Oberen Deckschichten zu einem Umschlag von Speicherung durch Sorption oder Fällung zu einer Freisetzung. Gleichzeitig gingen (in den Jahren 1991 bis 1992) die SO4-Einträge zurück. Dadurch wird eine Erholung der Gewässerversauerung verzögert. Als langfristiger Puffer zur Neutralisierung atmogener Säureeinträge steht dem System nur der Silikatpuffer zur Verfügung (siehe auch Beitrag HINDERER 1995, dieser Band).

Abstract

From 1985 to 1992 ground water and soil acidification processes were studied within the different compartments of the Seebach-catchment (4,5 km2, forested, Bunter sandstone devoid of carbonate and poor in basic cations. Mean precipitation was 1935 mm/a and total runoff 1344 mm/a. 46% of the total runoff stem from the periglacial soil cover and 54% from the fractured sandstone aquifer. The hydrochemical evolution from rainwater to groundwater is characterized by an uptake of dissolved species from the canopy and uptake of organic acids from the soil zone. Deeper circulating water of the sandstone aquifer is enriched in basic cations and hydrogen carbonate (in conjunction with increasing pH). The different runoff components mix in the Seebach creek in a variable way. Because of saisonal fluctuations and sorption processes, no clear trend in the longterm evolution of water chemistry could be identified (also see HINDERER 1995, this vol.). Input-output balances for different compartments display continuous losses of basic cations, hydrogen carbonate, and silica, but storage of nitrate, sulfate, and protons. At present, nitrogen is taken up by the biomass and lost due to denitrification. Part of the high sulfate input was stored up to the year 1989, but since 1990/91 sulfate is partially released from the high sulfate input was stored up to the year 1989, but since 1990/91 sulfate is partially released from the uppermost periglacial layers. Sulfate input markedly decreased at that time. This is one of the reasons why the remediation of the aquifer system is significantly slowed down. In the long-term, silicate weathering is the only significant process capable of buffering acid rain.

Keywords

Buntersandstonedrainage basinwater budgetrunoff separationacid depositioninput-out balanceslong-term trends Black ForestBaden-Württemberg (Seebach) TK 25: 7315