Original paper

Stoffbilanz und Auswirkungen saurer Depositionen auf das Grundwasser im Buntsandstein Nordhessens

[Turnover of Anorganic Components and Effects of acid Deposition on Groundwater in the Bunter Sandstone of North Hesse]

Bodem, Martina; Ebhardt, Götz

Kurzfassung

In zwei benachbarten, nahezu vollständig bewaldeten Buntsandsteingebieten in Nordhessen/Südniedersachsen (Endschlagbach, Wengebach, östl. Kassel) wurde der Stoffumsatz bilanziert. Hierbei interessierte die aktuelle Versauerung des Grundwassers und der Deckschichten. Weiterhin wurde das Puffer- und Speicherverhalten einzelner Kompartimente (Deckschichten, Grundwasserleiter) untersucht. Aufgrund der Bestockungsverteilung erhält das Einzugsgebiet-Endschlagbach höhere Einträge saurer Depositionen als das Einzugsgebiet Wengebach. Dennoch zeigt ersteres einen um 25 % niedrigeren Gesamtlösungsaustrag und ein stärkeres Versauerungsausmaß. Verantwortlich dafür ist der höhere Anteil reiner Sandsteine (Hardegsen-Folge, Wilhelmshausen-Schichten) und der geringe Anteil von Schichtfolgen mit vergleichsweise höheren Ton- und Schluffsteinhalten (Volpriehausen-Wechselfolge). Eine Kompartimentbilanzierung auf der Grundlage von Frachtberechnungen und halbquantitativen Abflußseparierungen ergab, daß die Protonen praktisch vollständig in den Deckschichten abgepuffert werden, im Einzugsgebiet Wengebach unter Freisetzung basischer Kationen und im Einzugsgebiet Endschlagbach zusätzlich unter Aluminiumfreisetzung. Eine Mobilisierung von Sulfat zusammen mit Aluminium im Endschlagbachgebiet deutet bereits auf die Wiederauflösung von AlOHSO4 und damit auf eine sehr weit fortgeschrittene Bodenversauerung hin. Im Aquifer ändert sich die chemische Zusammensetzung des Wassers wesentlich weniger als in den Deckschichten.

Abstract

In two neighbouring, wooded catchment areas in the Bunter Sandstone of North Hesse/Southern Lower Saxony (Endschlagbach, Wengebach east of Kassel) the turnover of anorganic components was balanced. The extent of acidification of the groundwater and the overlying layers was of specific interest. Furthermore, the buffer and storage ability of various compartments (overlying layers, sandstone aquifer) was analysed. Due to the different types of forest (spruce, beech) the catchment area Endschlagbach has higher depositions of protons in comparison with the catchment area Wengebach. All the same, Endschlagbach has a total output of solved anorganic components that is 25 % lower and a higher degree of acidification. This is caused by a higher percentage of pure sandstones (Hardegsen-Folge, Wilhelmshausen Schichten) as well as by fewer layers with a high clay- and siltstone percentage. According to the balance calculation most of the proton consumption take place in the overlying layers. In the catchment area Wengebach basic cations are emitted, as the protons are consumed. In the catchment area Endschlagbach aluminium is additionaly emitted. The fact that sulphate and aluminium are mobilised in the Endschlagbach area indicates that the recent storage form AlOHSO is decomposed. This in turn suggests a very high degree of soil acidification. The chemical structure of the water in the aquifer has changed a lot less than in the overlying layers.

Keywords

Drainage basinsBuntersandstonesiltstoneacid depositionacidificationgroundwatersedimentary coverbalanceproton budgetbuffer effect Hesse Basin (Kaufunger Wald)HessenLower Saxony TK 25: Nr. 46244714