Spree Langzeitmonitoring mit Zuflüßen

Hintergrund

Jahrzehntelang wurden die Grundwasserstände in der Lausitz für den Braunkohletagebau abgesenkt. Da das gehobene und anschließend in die Spree geleitete Grundwasser sehr hohe Konzentrationen an gelöstem zweiwertigen Eisen aufweist, wurde es damals wie heute in sogenannten Grubenwasserkläranlagen durch entsprechende Fällungsmittel vom Eisen befreit und zusätzlich neutralisiert.

In den Abraumhalden und im gesamten Grundwasserabsenkungstrichter kam es zu einer Belüftung der vormals wassergesättigten und sauerstofffreien Bodenbereiche – zum Teil bis zu einer Tiefe von mehr als 100 Metern. Das in diesen Schichten vorhandene Mineral Pyrit (ein Eisensulfid) wird dadurch oxidiert, was in der folgenden chemischen Gleichung beschrieben ist:

Da die meisten Altmoränengebiete der Lausitz sehr kalkarm sind und damit der sonst in vielen jungeiszeitlichen Regionen vorhandene Carbonatpuffer fehlt, kann die gebildete Schwefelsäure nicht gebunden werden. Dadurch führte der Grundwasseranstieg im Umfeld von aufgelassenen Tagebauen – verstärkt seit 1990 – zur massiven Versauerung der entstehenden Seen. Das Problem der Versauerung wurde auch in verschiedenen Nebenflüssen der Spree beobachtet. Zusätzlich stiegen die Sulfat- und Eisenkonzentrationen: In den neuen, zum Teil großen Bergbauseen, die zur Spree entwässern, liegen die Sulfat-Konzentrationen bei bis zu 3000 mg/L, die von Eisen bei bis zu 500 mg/L. Sobald in Fließgewässern oder Seen der pH-Wert durch natürliche Prozesse oder durch technische Maßnahmen wieder ansteigt, werden gut sichtbare Eisen(III)-Hydroxide ausgefällt („Verockerung“). Das unsichtbare Sulfat bleibt aber im Gewässer und wird flussabwärts transportiert, wodurch es zu einer Entkopplung des Schwefel- und Eisenkreislaufes kommt. Näheres wurde bereits beschrieben im

Dossier: "Sulfatbelastung der Spree - Ursachen, Wirkungen und aktuelle Erkenntnisse “

Wie sich das auf die Langzeitentwicklung der Sulfatkonzentrationen an ausgewählten Messtellen der Spree sowie im Müggelsee auswirkt, soll im Folgenden anhand eigener Untersuchungen gezeigt werden.

background

For decades, groundwater levels in Lusatia were lowered for mining. The uplifted and then led into the Spree groundwater has very high concentrations of dissolved divalent iron, it was then as today in mine water treatment plants by appropriate precipitant iron-free and additionally neutralized.

In the waste dumps and in the entire groundwater lowering funnel, the formerly water-saturated and oxygen-free soil areas were ventilated - sometimes to a depth of more than 100 meters. The mineral pyrite present in these layers (an iron sulfide) is thereby oxidized, which is described in the following chemical equation:

Since most of the old moraine areas of Lusatia are very low in lime and thus lacks the carbonate buffer otherwise present in many regions of the late pleistocene, the sulfuric acid formed can not be bound. As a result, the increase in groundwater in the vicinity of abandoned opencast mines - intensified since 1990 - led to massive acidification of the lakes. The problem of acidification was also observed in various tributaries of the Spree. In addition, the sulfate and iron concentrations increased: In the new, partly large mountain reservoirs that dewater to the Spree, the sulfate concentrations are up to 3000 mg / L, that of iron at up to 500 mg / L. As soon as the pH rises again in rivers or lakes through natural processes or technical measures, readily visible iron (III) hydroxides are precipitated ("browning"). The invisible sulphate, however, remains in the water and is transported downstream, which leads to a decoupling of the sulfur and iron cycle. Details have already been described in

How this affects the long-term development of sulphate concentrations at selected measuring points of the River Spree and in the Lake Müggelsee will be shown in the following investigations.