1 Physikalische und chemische Grundlagen 1
1.1 Physikalische Eigenschaften des Wassers 1
1.1.1 Das Wassermolekül 1
1.1.2 Isotopische Zusammensetzung des Wassers 2
1.1.3 Physikalische Eigenschaften des reinen Wassers 11
Aggregatzustände und kalorische Werte des Wassers 11 - Dichte 14-
Kompressibilität 14 - Kubische Ausdehnung (Dilatation) 14 -
Viskosität 14 - Oberflächenspannung 15
1.1.4 Elektrolytische Dissoziation, Ionenprodukt, pH-Wert,
Eigenleitfähigkeit 15
1.2 Lösung 16
1.2.1 Löslichkeit von Gasen 16
1.2.2 Löslichkeit fester und flüssiger Stoffe 18
1.2.2.1 Löslichkeit in wäßrigen Lösungen 21
Grundkonzepte und Begriffe der chemischen Thermodynamik 21 -
Phasengesetz 25 - Chemisches Potential, Fugazität und
Aktivität 26 - Aktivität und Löslichkeit 38 - Komplexbildung 40 -
Chemisches Gleichgewicht und Freie Enthalpie 42 - Temperatur-
Abhängigkeit der chemischen Gleichgewichte 49 - Druck-
Abhängigkeit chemischer Gleichgewichte 51 - Reaktionskinetik 51
1.2.2.1 .1 Karbonat-Kohlendioxid-Wasser-Gleichgewichte 61
Calciumkarbonat-Kohlendioxid-Wasser-Gleichgewicht 61 -
Einfluß des Druckes auf Karbonat-Gleichgewichte 69 - Löslichkeit
anderer Karbonate 69 - Kinetik der Karbonatlösung und Fällung 70 -
Niederschlag von CaCO3 72
1.2.2.2 Bedeutung des pH für die Löslichkeit 73
1.2.2.3 Bedeutung des Redox-Potentials für die Löslichkeit 74
1.2.2.4 Darstellung des Zusammenhanges von pH und EH bzw. pEpsilon bei der
Löslichkeit in Stabilitätsfeld-Diagrammen 81
1.2.3 Löslichkeit organischer Stoffe 86
1.2.4 Kolloide Lösungen 88
1.2.5 Elektrische Leitfähigkeit von wäßrigen Lösungen 93
2 Geochemische Prozesse unter Beteiligung des Wassers 95
2.1 Auflösung, Hydrolyse und Ausfällung 95
Rolle der Kontaktfläche und der Kontaktzeit Wasser-Gestein und der
Temperatur 96 - Lösung von Salzen 102 - Hydrolyse 103 - Hydrolytischer
Abbau organischer Substanzen 110 - Änderung der Wasserbeschaffenheit durch
Auflösung und Ausfällung 111 - Auflösung und Ausfällung in Abhängigkeit
vom Klima 113 - Konzentrationszunahme und Ausfällung 116 - Auflösung und
Ausfällung bei Mischungsvorgängen 117 - Mitfällung 117 - Komplexierung 118
2.2 Sorption und Ionenaustausch 119
Ionenaustausch 120 - Einnuß der Temperatur 123 - Sorptions-Isothermen
123 - Selektive Sorption 125 - Sorptionsmechanismen 128 - Sorption
organischer Stoffe 132 - Sorptions-Desorptions-Kinetik 137 - Einfluß der
Sorption auf das Transportverhalten von Stoffen im Untergrund 139 -
Sorption von Bakterien und Viren 146 - Sorptionsvorgänge in den
Deckschichten 147 - Austauschvorgänge im Grundwasserbereich 149 - Sorption
und Filterwirkung 150 - Ionenfiltration durch Membraneffekte 153
2.3 Oxidation und Reduktion 155
2.4 Gasaustausch Grundwasser-Atmosphäre 163
2.5 Biologische Vorgänge 169
Mikrobielle Stoffumsetzungen 169- Stickstoff-Verbindungen 175 -
Schwefel und Schwefel-Verbindungen 177 - Eisen und Mangan 178 -
Organische Substanz 179 - Abbauraten 183 - Hemmung mikrobieller
Tätigkeit durch Giftstoffe 190 - Grundwasser- bewohnende Tiere 193 -
EinfluB der höheren Pflanzen auf die Grundwasserbeschaffenheit 194
2.6 Anthropogene Veränderungen 196
Anthropogene Veränderungen und Grundwasser-Verunreinigungen 196-
Verunreinigungen durch Aerosole und Gase 199 - Verunreinigungen durch
flüssige Stoffe 207 - Verunreinigungen durch feste Stoffe 209 -
Auswirkungen der Beseitigung von Abwässern 209 - Einleitung in oberirdische
Gewässer 210 - Versickerung über Senkgruben 210 - Abwasserverregnung
und -verrieselung 211 - Versenkung in den tieferen Untergrund 212 - Trocknung
und Verbrennung der Abwässer 212 - Beseitigung radioaktiver Abwässer 212 -
Auswirkungen fester Abfallstoffe auf die Grundwasserbeschaffenheit
214- Einflüsse der Düngung 223 - Einflüsse von Pestiziden
(Pflanzenschutz- und Schädlingsbekämpfungsmittel) 226 - Veränderungen durch
Auftausalze und Straßenverkehr 228 - Räumliche Ausbreitung von
Grundwasserbeeinflussungen 229 - Transportvorgänge 230 - Simultanes Fließen
von nicht mischbaren Fluiden 238 - Schutzgebiete für Grundwasser 241 -
Heilquellenschntzgebiete 243 - Sanierung von Grundwasser-
Verunreinigungen 244 - Transportmodelle 244
3 Grundwasser 249
3.1 Herkunft des Grundwassers 249
3.1.1 Niederschlagswasser 249
Gelöste und suspendierte Feststoffe 250 - Aerosole aus Gasreaktionen 254
3.1.2 Sickerwasser 256
Verweildauer des Sickerwassers in der Wasser-ungesättigten Zone 256 -
Lösung von Gasen aus der Grundluft 257 - Lösung von festen Substanzen
aus dem Boden 258 - Bodenlösungen 266 - Lysimeterabläufe 270 - Zeitliche
Änderungen der Zusammensetzung der Bodenlösungen 270 - Vergleiche
zwischen der Sicker- und Grundwasserbeschaffenheit 271
3.1.3 Oberirdische Binnengewässer 276
3.1.4 Meerwasser 282
3.2 Grundwassereigenschaften und -bestandteile 283
3.2.1 Grundwassertemperaturen 283
Quellwassertemperatur 291
3.2.2 Inhaltsstoffe des Grundwassers 293
3.2.2.1 Gelöste Bestandteile 303
3.2.2.1.1 Hauptbestandteile 303
3.2.2.1.2 Nebenbestandteile und Spurenelemente 326
3.2.2.1.3 Organische Substanzen 350
3.2.2.2 Ungelöste Bestandteile 353
3.2.2.2.1 Suspendierte Substanzen 353
3.2.2.2.2 Organismen im Grundwasser 353
3.3 Einfluß des Grundwasserleiters auf die Beschaffenheit des
Grundwassers 355 Magmatite und Metamorphite 356 - Grundwässer in
Granit, Rhyolith, Gneis und ähnlichen Gesteinen 357 - Grundwässer in
Gabbro, Basalt und vergleichbaren Kristallingesteinen 357 -
Grundwässer in Sedimentgesteinen 358
4 Klassifizierung und Beurteilung von Grundwässern 364
4.1 Gewinnung, Wiedergabe und Bearbeitung physikalischer und chemischer
Meßdaten- Methoden der Analysendarstellung 364
4.1.1 Numerische Wiedergabe 364
4.1.2 Graphische Darstellung von Analysen 374
4.1.2.1 Einzeldiagramme 374
Säulendiagramme 374- Kreisdiagramme 377 -
Strahlendiagramme 378
4.1.2.2 Sammeldiagramme 381
Dreiecksdiagramme 381 - Quadratdiagramme 383 -
Rechtecksdiagramme 385 - Paralleldiagramme 385 -
Horizontale Diagramme 385 - Vertikale Diagramme 386
4.1.2.3 Darstellung auf Karten 388
4.1.3 Datenspeicherung und -verarbeitung 390
4.1.3.1 Hydrogeochemische Modelle 392
4.2 Klassifizierung von Grundwässern 397
4.2.1 Einteilung nach der Herkunft 397
4.2.2 Einteilung nach dem Lösungsinhalt 401
4.2.3 Einteilung nach der Nutzungsmöglichkeit 411
4.2.3.1 Trinkwasser 411
4.2.3.2 Landwirtschaftliche Zwecke 418
4.2.3.3 Betriebswasser 423
4.2.3.4 Erholungszwecke 424
Literatur 425
Register 484