Chemische Gewässeranalyse des Meerfelder Maares
Peter-Daniel Muench
Angewandte Methoden bei der Messung des Tiefenprofils des Meerfelder Maares
Das Profil wird an der tiefsten Stelle des Sees (17m) von einem Paddelboot aus genommen. Alle Werte werden im Abstand von einem Meter gemessen, wobei die Kabel aller Messgeräte mit Markierungen im Abstand von einem Meter versehen sind. Eine Person lässt die jeweiligen Meßgeräte in Meterintervallen hinab, während die andere die Meßergebnisse auf den elektronischen Geräten abliest und notiert.
Zur Messung des pH-Werts wird eine pH-Elektrode, eine sogenannte Glaselektrode als Meßelektrode mit einer Silber/Silberchloridelektrode als pH-unabhängige Bezugselektrode, verwandt, wobei jeweils die pH-abhängige Potentialdifferenz zwischen beiden Elektronen gemessen wird.
Der Bestimmung des Sauerstoffgehalts dient ein Oximeter, das eine Gold- und Silberelektrode enthält, um die Potentialdifferenz zwischen Gold-Elektrode (Kathode) und Silber-Elektrode (Anode) zu messen, wobei an der Gold-Elektrode der Sauerstoff reduziert wird. Der Reaktionsraum ist durch eine semipermeable Membran vor dem Außenmedium geschützt, die nur gelösten Sauerstoff, aber keine Ionen durchlässt.
Mit diesem Gerät wurde auch die Sauerstoffsättigung gemessen. Deshalb enthielt es auch einen Temperaturfühler, da die Sättigung neben dem Sauerstoffgehalt auch von der Temperatur abhängt.
Logischerweise kann man deshalb auch die Temperatur damit messen.
Sauerstoffgehalt, -sättigung und Temperatur werden in getrennten Messreihen aufgenommen, da dies für die Elektronik der Geräte besser ist.
Eine weiterer Elektrodenstab, mit Anode und Kathode, dient der Leitfähigkeitsmessung.
Außerdem konnten wir mit einem Luxmeter die Lichtstärke messen.
Mit einem gelben ca. 20cm breiten Stahlring, einer sog. Sichttiefenscheibe, der wir auch an einem Seil mit 50cm-Markierungen herabgelassen wird, wurde die Sichttiefe gemessen, wobei die Tiefe vor und nach der Unsichtbarkeit des Ringes notiert wurde.
Weiterhin nimmt man anschließend für die Wasseranalyse mit einem sog. Wasserschöpfer nach Ruttner Oberflächenwasser, Wasser aus der Sprungschicht (die sich in einer Tiefe mit sprunghafter Änderung des Sauerstoffgehalts und der anderen gemessenen Werte ergibt) und Bodenwasser.
Außerdem wird noch Schlamm mit einem Bodengreifer entnommen.
Das entnommene Wasser wird auf den Gehalt an Ammonium-, Nitrat-, Phosphat- und Eisenionen, sowie Kohlenstoffgehalt hin photometrisch untersucht. Ammoniumionen werden dazu mit speziellen Reagenzien zu einem blauem Farbstoff umgesetzt. Aus Nitrationen wird nach Reduktion zu Nitritionen mit Reagenzien ein roter Azofarbstoff hergestellt. Phosphationen werden zu sogenanntem Molybdänblau umgesetzt. Eisenionen werden als Eisen(II)-ionen bestimmt, einmal direkt und einmal nach Reduktion der Eisen(III)-ionen, so dass man den Gesamteisengehalt bestimmt und den Gehalt an Eisen(III)-ionen berechnen kann. Zur Bestimmung stellt man mit Phenanthrolin einen orangeroten Komplex her.
Beim Kohlenstoffgehalt wird der Gesamtkohlenstoffgehalt und der Gehalt
an anorganischem Kohlenstoff nach Verbrennung des organischen bestimmt
und daraus der Gehalt an organischem Kohlenstoff berechnet.
Messergebnisse
Station Mosenberg Zum Horngraben 254533 Bettenfeld Tel.: 06572/4288 |
Koblenz•Landau |
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Feldprotokoll vom: | 18.10.‘99 | ||||
Untersuchtes Gewässer: | Meerfelder Maar | ||||
Bearbeiter: | Brunner, Muench | ||||
Uhrzeit (von - bis): | 15:30-17:45 | ||||
Bewölkung (0 bis 8 Achtel): | 0/8 | ||||
Beleuchtungsstärke Freiland: | 4klux | in Sonnenrichtung: | 76 klux | ||
Lufttemperatur: | 9,9°C | ||||
Geruch Oberflächenwasser: | leicht faulig, salzig | ||||
Geruch Tiefenwasser: | nach Schwefelwasserstoff; faulig | ||||
Sichttiefe (in m): | Mü:1,5;1,6 Br: 1,3;1,4 |
[m] |
[°C] |
[mg/l] |
[pH] |
[%] |
[S/cm] |
[kLux] |
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Versuchsauswertung Tiefenprofil:
Die Lichtstärke nimmt bis auf 5m Tiefe in einer e-Funktion auf
annähernd 0 exponentiell ab. Das Tiefenprofil zeigt eine abrupte Änderung
aller Werte, außer der Beleuchtungstärke, in der Seetiefe zwischen
8 und 9 Metern. Sauerstoffgehalt und -sättigung sinken stark, als
auch pH-Wert, weniger die Temperatur. Die Schicht, in der diese Veränderungen
stattfinden nennt man Sprungschicht. Sie trennt die darüberliegende
Schicht des sog. Epilimnions vom darunterliegenden sogenannten Hypolimnion.
Offensichtlich findet seit einiger Zeit nur sehr geringer Wasser- und Stoffaustausch
zwischen beiden Schichten statt, da wir uns immer noch in der Sommerstagnation
befinden. Im Epilimnion wird Sauerstoff durch Wind an der Oberfläche
gelöst und vornehmlich durch Plankton gebildet, das bis in 5m Tiefe
durch Fotosynthese unter Lichteinfluß Sauerstoff herstellt. Durch
Wasserströmungen durch Umwälzungsprozesse gelangt dieser bis
an die Sprungschicht. Aufgrund fehlendem Wasseraustausch mit dem Epilimnion
und fehlender Sauerstoffbildung, fehlt dem Hypolimnion jeglicher Sauerstoff.
Der bei der Herbstumwälzung aufgrund von Temperaturabnahme und Wind
an der Wasseroberfläche stattfindende den ganzen See umfassende Wasseraustausch
hat auch offensichtlich im diesem Jahr noch nicht stattgefunden; der damit
verbundene eingetragene Sauerstoff im Jahr zuvor wurde schon durch aerobe
Abbauprozesse von organischem Material verbraucht. Im Hypolimnion herrschen
aufgrund des mangelnden Wasseraustausches im wesentlichen noch die Wintertemperaturen
vor. Der niedrigere pH-Wert im Hypolimnion liegt wahrscheinlich am höherem
Gehalt an anorganischem Kohlenstoff in Form von HCO3-
-Ionen.
Der Anstieg der Leitfähigkeit zum Boden hin deutet auf eine hohe
Konzentration an Nährsalzionen hin, die durch anaerobe Zersetzungsprozesse
gebildet werden, die verstärkt am Boden stattfinden.
Analyse der Schichten des Meerfelder Maares:
Wasserart | Kohlenstoffgehalt | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gesamt-C | anorganischer C | organischer C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
[mg/l] | [mg/l] | [mg/l] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oberflächenw. |
42,23
|
28,52
|
13,71
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sprungschicht |
51,84
|
35,42
|
16,42
|
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Tiefenwasser |
80,32
|
38,94
|
41,38
|
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Eisenionen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fe 2+ | Gesamt-Fe | Fe 3+ | Phosphat-Ion. | Nitrat-Ion. | Amm.-Ion. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
[mg/l] | [mg/l] | [mg/l] | [mg/l] | [mg/l] | [mg/l] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oberflächenw. |
0,05
|
0,05
|
|
0,09 | 0,09 | 0,18 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sprungschicht |
0,26
|
0,26
|
|
0,73 | 0,35 | 0,55 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tiefenwasser |
2
|
2
|
|
1,68 | 0,55 | 0,95 |
Auswertung der Analyseergebnisse | ||||||
Wie die Wasseranalyse zeigt, nimmt der Nährsalz- und Kohlenstoffgehalt vom Oberflächenwasser bis zur Sprungschicht zu. Einzige Ausnahme: Fe3+-Ionen. Selbst die oxidierenden Verhältnisse im Oberflächenwasser halten die Fe3+ -Ionen-Konzentration unterhalb der Nachweisgrenze, da sie wohl in FePO4 bzw. in Organismen gebunden sind. Im Laufe der Jahre sinkt organisches Material immer weiter nach unten und reichert sich im Tiefenwasser an. Direkt unterhalb der Pflanzenwachstumsgrenze (= Lichtgrenze) setzen Abbauprozesse ein, die die Nährsalzgehalte erhöhen. Die toten Organismen sinken auch mit der Zeit zu Boden und reichern sich dort an. Die anaeroben Zersetzungsprozesse sind am Boden durch den besonders hohen Gehalt an organischem Material am stärksten ausgeprägt, so dass der Sauerstoff total aufgezehrt wird, also anaerobe Bedingungen entstehen. Dies ist auch am schwefelwasserstoffartigen Geruch des Bodenwassers zu erkennen ist, Die Abbauprozesse führen neben der Zunahme an anorganischem Kohlenstoff (Hydrogencarbonationen) zu einer weiteren Zunahme des Nährsalzgehaltes. Es werden allerdings die toxischen Stoffe Ammoniak (bzw. NH4+) und Schwefelwasserstoff gebildet. |