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Alt 04.01.2008, 13:31   #1   Druckbare Version zeigen
ricinus Männlich
Moderator
Themenersteller
Beiträge: 23.863
Interpretation von Wasseranalysen

Hallo

ich habe eine Reihe von Analysen (Hauptelemente) von Grundwasser, über denen ich seit einer Weile brüte. Bestimmt wurden viele Parameter, darunter die Konzentrationen von Mg, Ca und Sulfat, sowie die Gesamtalkalinität. Zwischen diesen vier glaube ich einen Zusammenhang zu erkennen, bin mir aber nicht sicher, ob mein Gedankengang bzw meine Annahmen zulässig sind.

Alle untersuchten Proben (von der gleichen Entnahmestelle) sind leicht basisch (pH zwischen 7.22 und 8.36).

In allen Proben war mehr Mg als Ca, und relativ viel Sulfat (ca 120 ppm im Mittel).

Nun meine 3 Annahmen :

1.) Mg und Ca sind die Verwitterungsprodukte von Dolomit (ein häufiges Gangmineral in der Umgebung), gemäss

CaMg(CO3)2 + 2 H2O + 2 CO2 = Mg2+ + Ca2+ + 4 HCO3-
N.B. dieser Schritt erhöht die Alkalinität

2.) Sulfat stammt aus der Oxidation von Pyrit (ebenfalls ein häufiges Mineral in der Umgebung), gemäss
FeS2 + 7/2 H2O + 15/4 O2 --> Fe(OH)3 + 2 SO42- + 4 H+
N.B. dieser Schritt senkt die Alkalinität

3.) Calcium fällt als schwerlösliches Sulfat aus in einem Wasser, welches sehr viel Sulfat enthält : Ca2+ + SO42- = CaSO4

Die Mg Konzentration in dem Wasser ist höher als die Calciumkonzentration. Dies könnte auf einen inkongruenten Lösungsvorgang des Dolomit zurückzuführen sein. Ich nehme hingegen an, dass der Dolomit kongruent in Lösung geht, und erst danach Calcium als Sulfat ausfällt. Dies erklärt die im Vergleich zur Mg Konzentration "zu kleine" Calciumkonzentration. Aus der gemessenen Mg Konzentration kann ich nun schliessen :
- wieviel Dolomit in Lösung gegangen ist,
- wieviel Calcium als Sulfat ausfällt,
- und welchen Beitrag der Dolomit zur Alkalinität des Wassers leistet.

Aus der gemessenen Sulfatkonzentration und der errechneten Menge an gefälltem Sulfat kann ich schliessen,
- wieviel Pyrit insgesamt in Lösung gegangen ist,
- und welcher Beitrag zur Azidität dieser geleistet hat.

Aus der Differenz zwischen der Alkalinität (Dolomit) und der Azidität (Pyrit)
kann ich nun die Restalkalinität im Wasser berechnen. Und nun das Erstaunliche bei der Sache :
Diese Rechnung geht ziemlich genau auf, d.h. meine gemessene Alkalinität deckt sich sehr gut mit der berechneten, und das bei allen untersuchten Proben, so dass das imho kein Zufall sein kann. Nun frage ich mich natürlich, ob meine Berechnung und die diesbezüglichen Annahmen zulässig sind...

lg
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"Old geochemists never die, they merely reach equilibrium." (Antonio C. Lasaga ?)
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Alt 04.01.2008, 14:55   #2   Druckbare Version zeigen
Tino71 Männlich
Moderator
Beiträge: 6.935
Blog-Einträge: 41
AW: Interpretation von Wasseranalysen

Scheint mir auf den ersten Blick soweit sinnvoll. Nur zwei Faktoren fallen mir noch ein:
1.) Was ist mit Luftzutritt/-austausch? Der CO2-Gehalt aus der Atmosphäre könnte evtl. eine nicht zu vernachlässigende Rolle spielen, und zwar sowohl für due Alkalinität/Azidität als auch für die Mengen bzw. das Mengenverhältnis von Mg und Ca. Und wenn der Pyrit schon oxidiert ist (Verwitterungszone), sollte von ausreichend Luftzutritt ausgegangen werden können - oder nicht?
2.) Sind keine silicatischen Minerale in der Umgebung? Keine Tone o. ä.? Die würden alles über den Haufen werfen (--> Ionentauschereingenschaften und so).
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Vor dem Gesetz sind alle Katzen grau
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Alt 04.01.2008, 16:43   #3   Druckbare Version zeigen
ricinus Männlich
Moderator
Themenersteller
Beiträge: 23.863
AW: Interpretation von Wasseranalysen

Danke für die Stellungnahme.
Zitat:
Zitat von Tino71 Beitrag anzeigen
1.) Was ist mit Luftzutritt/-austausch? Der CO2-Gehalt aus der Atmosphäre könnte evtl. eine nicht zu vernachlässigende Rolle spielen, und zwar sowohl für due Alkalinität/Azidität als auch für die Mengen bzw. das Mengenverhältnis von Mg und Ca.
Kannst du das mal erläutern ? Ich gehe davon aus, dass es sich um Regenwasser handelt, dessen CO2 Gehalt mit dem der Atmosphäre im Gleichgewicht steht, welches mit dem Dolomit in Berührung kommt und diesen alteriert.
Inwiefern kann der Grad der CO2 Sättigung einen Einfluss auf das Mg/Ca Verhältnis nehmen ?
Zitat:
Und wenn der Pyrit schon oxidiert ist (Verwitterungszone), sollte von ausreichend Luftzutritt ausgegangen werden können - oder nicht?
Ja. So stelle ich mir das zumindest mal vor.
Das Wasser, welches an der Atmosphäre O2 und CO2 aufnehmen konnte, fliesst relativ schnell durch Klüfte (in denen sich die genannten Minerale befinden) innerhalb eines Schiefergesteins, welches ansonsten völlig undurchlässig für Wasser ist.
Zitat:
2.) Sind keine silicatischen Minerale in der Umgebung? Keine Tone o. ä.? Die würden alles über den Haufen werfen (--> Ionentauschereingenschaften und so).
Doch, Phyllosilikate aus alteriertem Schiefer hat es auch in diesen Klüften, aber mengenmässig viel weniger als die Carbonate. Kann man die Tatsache, dass meine Rechnung "aufgeht", nicht als Beweis dafür werten, dass die Interaktion zwischen dem Wasser und den Tonen vernachlässigbar ist ?

lg
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Alt 04.01.2008, 17:03   #4   Druckbare Version zeigen
Tino71 Männlich
Moderator
Beiträge: 6.935
Blog-Einträge: 41
AW: Interpretation von Wasseranalysen

Wenn man CO2 im Wasser hat, kann bei hoher Konzentration Calcium als Hydrogencarbonat in Lösung gehen, das ohne das Luft-CO2 als CaCO3 als Feststoff ungelöst bliebe - ganz banal. Magnesium macht dieses Spielchen nicht in demselben Maße mit, da die betreffenden Löslichkeitsprodukte von Mg-Carbonat und Mg-Hydrogencarbonat nu eben andere als die der betreffenden Ca-Verbindungen sind. Da im Dolomit im Idealfall c(Mg)=c(Ca) ist, muß, wenn Du einen signifikanten Unterschied zwischen den beiden Konzentrationen mißt, ja ein Grund dafür gefunden werden. Einer wäre m.E. das Luft-CO2, ein anderer das Vorhandensein von Tonmineralien, die Ca und Mg in unterschiedlichem Maße zurückhalten. Zwei Effekte können sich natürlich auch gegenseitig aufheben und so weiter, sodaß die Rechnung so, wie Du sie aufstellst, trotzdem aufgeht. Ein Beweis ist das allerdings in meinen Augen nicht. Deine Schlußfolgerungen sind schon richtig - aber nur innerhalb eines engen Rahmens von Prämissen, deren Richtigkeit nicht so ohne Weiteres überprüfbar sind. Oder denk ich zu kompliziert?
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Alt 04.01.2008, 18:00   #5   Druckbare Version zeigen
ricinus Männlich
Moderator
Themenersteller
Beiträge: 23.863
AW: Interpretation von Wasseranalysen

Nein, du denkst nicht zu kompliziert, nur folgerichtig.
Zitat:
Zitat von Tino71 Beitrag anzeigen
Wenn man CO2 im Wasser hat, kann bei hoher Konzentration Calcium als Hydrogencarbonat in Lösung gehen, das ohne das Luft-CO2 als CaCO3 als Feststoff ungelöst bliebe - ganz banal. Magnesium macht dieses Spielchen nicht in demselben Maße mit, da die betreffenden Löslichkeitsprodukte von Mg-Carbonat und Mg-Hydrogencarbonat nu eben andere als die der betreffenden Ca-Verbindungen sind. Da im Dolomit im Idealfall c(Mg)=c(Ca) ist, muß, wenn Du einen signifikanten Unterschied zwischen den beiden Konzentrationen mißt, ja ein Grund dafür gefunden werden. Einer wäre m.E. das Luft-CO2, ein anderer das Vorhandensein von Tonmineralien, die Ca und Mg in unterschiedlichem Maße zurückhalten.
Dass Dolomit kongruent in Lösung geht, ist eine meiner Annahmen, und ich weiss nicht in welchem Umfang die haltbar ist, weil man ja gemeinhin von einem inkongruenten Löseverhalten bei Dolomit ausgeht - aus den von dir genannten Gründen.
Zitat:
Zwei Effekte können sich natürlich auch gegenseitig aufheben und so weiter, sodaß die Rechnung so, wie Du sie aufstellst, trotzdem aufgeht.
Ja, so seh' ich das auch. Allerdings scheint mir das ein bisschen viel Zufall, oder ? Zudem die Übereinstimmung ja nicht bloss bei einer, sondern bei allen gemessenen Proben zu sehen ist...

Mal was anderes : gibt es keine direkteren Wege, meine Hypothesen zu überprüfen ? Dass z.B. Calciumsulfat ausfällt, ist bereits bewiesen (du hast übrigens selbst einen der Kristalle vermessen). Dass Pyrit oxidiert wird, scheint auch klar, angesichts der Riesenmenge an Sulfat, die im Wasser drin ist. Das Wasser enthält allerdings nur Spuren von Eisen, was wiederum dafür spricht, dass das Eisen auch ausfällt (und meine Hypothese 2 besagt ja, dass eine dreiwertige Eisenhydroxid-artige Spezies sich bildet).
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ricinus ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.01.2008, 23:25   #6   Druckbare Version zeigen
Kanalratte Männlich
Mitglied
Beiträge: 18
AW: Interpretation von Wasseranalysen

Hallo


Vielleicht ist im Regen ja noch was anderes drin als O2 und CO2?
Und dann der Zeitfaktor .Wann könnte der Regen gefallen sein den du jetzt aus deiner Grundwassermeßstelle entnimmst.
Vor 2 Wochen, 2 Monaten, 2 Jahren, 20 Jahren? Da war der Regen noch sauer.
Damals glaub ich lags am Schwefel.
Heute blasen die Autos / Kraftwerke doch in erster Linie Stickoxide in die Luft.
Grundwassersysteme sind in der Regel etwas träge, drum trinken wir jetzt auch noch das Pflanzenschutzmittel das vor 30 Jahren grade in war. Vielleicht ist das aus deiner Wasseranalyse ja ersichtlich.
LG
Kanalratte ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 05.01.2008, 00:05   #7   Druckbare Version zeigen
Rosentod Männlich
Moderator
Beiträge: 9.244
AW: Interpretation von Wasseranalysen

Zitat:
Zitat von ricinus Beitrag anzeigen
Ja. So stelle ich mir das zumindest mal vor.
Das Wasser, welches an der Atmosphäre O2 und CO2 aufnehmen konnte, fliesst relativ schnell durch Klüfte (in denen sich die genannten Minerale befinden) innerhalb eines Schiefergesteins, welches ansonsten völlig undurchlässig für Wasser ist.
Es passiert keinen Oberboden, in dem erhebliche mikrobielle Aktivität auftreten könnte?
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Lohnende Lektüre: die Kunst des Fragens (engl. Original: smart questions)
Rosentod ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 05.01.2008, 10:36   #8   Druckbare Version zeigen
ricinus Männlich
Moderator
Themenersteller
Beiträge: 23.863
AW: Interpretation von Wasseranalysen

Zitat:
Zitat von Rosentod Beitrag anzeigen
Es passiert keinen Oberboden, in dem erhebliche mikrobielle Aktivität auftreten könnte?
Es ist natürlich eine Bodenschicht da, die aber nicht sehr dick ist (weniger als 1 m) und recht karg; der bei uns anstehende Schiefer liefert keinen fruchtbaren Boden. Bewachsen mit Wald. Über die mikrobielle Aktivität kann ich praktisch nichts aussagen. Zum Alter des Wassers : es fliesst wie gesagt relativ schnell durch. Maximal 1 Tag alt.

lg
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ricinus ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 05.01.2008, 12:19   #9   Druckbare Version zeigen
Kanalratte Männlich
Mitglied
Beiträge: 18
AW: Interpretation von Wasseranalysen

Mir fällt noch einiges ein. Genauer betrachtet ist das ein ziemlich komplexes Gebilde welches du da betrachtest.
Folgen wir erstmal dem Weg des Wassers.
Regen nimmt bis er auf den Boden fällt Stoffe aus der Athmosphäre auf. Jetzt ist er auf der Oberfläche. Fällt er auf eine Strasse oder Dach so nimmt er Verbrennungsrückstände, Reifenabrieb oder falls Metalldach, Metallionen mit.
Ein Teil des Regens fließt vielleicht direkt oberirdich ab, ein Teil macht erst mal eine Oberbodenpassage durch die sog. belebte Bodenzone. Je dach Oberboden und Regenwasserbeschaffenheit finden hier sicher chemische Lösungsproßesse bzw.Ausfällungen und natürlich eine Reihe von mikobiellen biolgischen Prozessen statt.
So jetzt sieht die Wasserchemie vielleicht schon ganz anders aus als die des Regens. Das Wasser sickerert jetzt durch Gestein 1 dann durch Gestein 2 usw.. Jedoch geht es nicht immer senkrecht sonder folgt den Klüften. Also entlang geologischen Störungen. Sollte z.B. zwischen dem Dolomit eine durchgehende Tonschicht geben, so wie es in meiner Gegend der Fall ist, geht es erst mal waagrecht weiter und es würden bei einem Hang, der vielleicht durch einen Fluss entstanden ist, eine Quelle austreten. Statt der Quelle kannst du jetzt auch deine Grundwasserentnahmestelle nehmen. In irgendeiner Tiefe unterhalb der Entnahnmestelle muß ein Grundwasserstauer sein und das Gestein wassergesättigt, sonst würdest du da kein Wasser rausnehmen können.

Und jetzt gehst du den umgekehrten Weg und bestimmst erst mal das Einzugsgebiet deiner Entnahmestelle.

Ist dies wirklich ein scharf eingrenzbares Gebiet? Oder da du ja von starker Klüftigkeit sprichst könnte da auch noch ein Teil Wasser von einem viel weiter enfernten Gebiet kommen? Und ist dein Einzugsgebiet tatsächlich bzw. in seinen Teilen Dolomit / Pyrit /Oberboden homogen. M. E. eine nicht oder nur sehr schwer zu beantwortende Frage.
Den Faktor Zeit haben wir bisher noch gar nicht berücksichtigt. Also Fliesgeschwindigkeiten und Verweildauern in den in den einzelnen Boden-/Gesteinsschichten evtl.in Abhängigkeit der Niederschlagsereignisse und der Oberbodenbeschaffenheit zum Zeitpunkt des Niederschlags, also der Grundwasserneubildungsrate.
Ich hab mich halt auch mal mit Trinkwassergewinnung beschäftigt und hab da auch hydrogeologische Gutachten lesen dürfen/ müssen. Die Gutachten reichen von ein paar Aktenordnern bis zu mehreren Umzugskartons voll und die herangezogenen Beobachtungszeiträume sind auch schnell mal zig Jahre da es hierbei natürlich auch um die schadlos zu entnehmenden Mengen geht.
LG
PS mir fällt da gerade ein Witz ein, den stell ich unter der dafür vorgesehenhen Rubrik ein
Kanalratte ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 05.01.2008, 13:24   #10   Druckbare Version zeigen
Kanalratte Männlich
Mitglied
Beiträge: 18
AW: Interpretation von Wasseranalysen

Sorry, ricinus habe deinen Beitrag erst gelesen nachdem ich meinen abgesandt hatte.
Wie kommst du drauf, daß daß das Wasser nur max. einen Tag alt ist?
Hast du es mittels Tracer gemessen?
LG
Kanalratte ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 05.01.2008, 15:18   #11   Druckbare Version zeigen
Rosentod Männlich
Moderator
Beiträge: 9.244
AW: Interpretation von Wasseranalysen

Zitat:
Zitat von ricinus Beitrag anzeigen
Es ist natürlich eine Bodenschicht da, die aber nicht sehr dick ist (weniger als 1 m) und recht karg; der bei uns anstehende Schiefer liefert keinen fruchtbaren Boden. Bewachsen mit Wald. Über die mikrobielle Aktivität kann ich praktisch nichts aussagen. Zum Alter des Wassers : es fliesst wie gesagt relativ schnell durch. Maximal 1 Tag alt.

lg
Ich würde dennoch nicht annehmen, dass das Sickerwasser, das unten ankommt, im Gleichgewicht mit Luft-CO2/Sauerstoff ist.
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Rosentod ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 05.01.2008, 21:31   #12   Druckbare Version zeigen
ricinus Männlich
Moderator
Themenersteller
Beiträge: 23.863
AW: Interpretation von Wasseranalysen

Zitat:
Zitat von Kanalratte Beitrag anzeigen
Wie kommst du drauf, daß daß das Wasser nur max. einen Tag alt ist?
Hast du es mittels Tracer gemessen?
LG
Da hab ich mich schlecht ausgedrückt. Eine genaue Angabe zum Alter des Wassers kann ich nicht machen. Tracer wäre schön, davon träum ich.
Bei plötzlich einsetzendem und danach anhaltendem Niederschlag macht die Leitfähigkeit des austretenden Wassers erstmal einen Sprung nach oben; das interpretiere ich als das "Ausspülen" meiner Klüfte (wie in einem Syphon), in denen Wasser also eine ganze Weile lang stehen und sich mit Mineralen anreichern konnte. Die Leitfähigkeit bleibt dann während einiger Stunden auf hohem Niveau und fällt dann im Laufe ca 1 Tages wieder ab. Ich sehe das also so, dass es rund einen Tag dauert, bis sich das in den Klüften stehende Wasser komplett erneuert worden ist.

Zitat:
Zitat von Rosentod
Ich würde dennoch nicht annehmen, dass das Sickerwasser, das unten ankommt, im Gleichgewicht mit Luft-CO2/Sauerstoff ist.
Diese Annahme ist doch auch nicht nötig, wenn ich "mein" Erklärungsschema beibehalten will, oder übersehe ich da was ? Das Wasser, das unten rauskommt, hat eine Sauerstoffsättigung zwischen 78 und 96% (im Mittel 87%).

lg
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ricinus ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 18.01.2008, 12:09   #13   Druckbare Version zeigen
ricinus Männlich
Moderator
Themenersteller
Beiträge: 23.863
AW: Interpretation von Wasseranalysen

Wenn man übrigens in meinem "Mechanismus" aus dem Beitrag #1 annimmt, dass der Dolomit inkongruent in Lösung geht :

CaMg(CO3)2 + CO2 + H2O --> Mg2+ + 2 HCO3- + CaCO3

dann erklärt die ganze Rechnung nur noch 85% der gemessenen Gesamtalkalinität, statt 100% wenn man die kongruente Lösung annimmt. Kann ich daher nun behaupten, dass mein Dolomit vorwiegend kongruent sich auflöst ?

lg
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