DACH-Arsen-AdvectAs

Retardation and mobilization of As at redox fronts under advective flow conditions – A concerted multidisciplinary approach

01.11.2016 bis 01.11.2019

Weltweit gefährden erhöhte Arsenkonzentrationen im Grundwasser die Gesundheit von mehr als 100 Millionen Menschen insbesondere in den dicht besiedelten Deltaregionen Süd- und Südostasiens. Aquifere mit hohem und niedrigem As-Gehalt sind durch unterschiedliche Redoxbedingungen gekennzeichnet und durch schmale Übergangszonen voneinander getrennt. Diese Fe dominierten Redoxfronten spielen hinsichtlich der Advektion und Retention von As eine entscheidende Rolle und schützen derzeit unbelastete Aquifere vor As Eintrag. Diese Schutzfunktion wird in Zukunft immer bedeutender, da die Grundwasserentnahme aufgrund des global zunehmenden Wasserbedarfs steigt und somit, durch erhöhte Advektionsraten, eine Gefährdung bisher nicht mit As belasteter Grundwässer besteht.
Trotz langjähriger Forschung ist bis jetzt nicht geklärt, inwieweit und in welchem Ausmaß Fe dominierte Redoxfronten, insbesondere bei erhöhter Advektion, der Kontamination von Grundwasser mit As durch adsorptive Prozesse entgegenwirken bzw. diese verlangsamen können.
Im Mittelpunkt unseres Projektes steht die Hypothese, dass die Langzeitstabilität und somit die Kontrollfunktion Fe dominierter Redoxfronten durch ein Zusammenspiel von (a) Transportprozessen, (b) mikrobieller Aktivität und (c) der Stabilität der Arsenträgerphasen (meist Fe Phasen) bestimmt wird. Wir nehmen an, dass sich sowohl Art und Menge an Fe Mineralen als auch die As Speziation entlang des Redoxgradienten verändern und zwar in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit von Elektronendonatoren und -akzeptoren, der Aktivität spezifischer Mikroorganismen sowie dem vorherrschenden Wasser- und Lösungstransport. Des Weiteren gehen wir davon aus, dass gelöster organischer Kohlenstoff zusätzlich aus benachbarten Aquitarden durch vertikale Austauschprozesse dem Aquifer zugeführt wird und somit die Arsenmobilisierung weiter verstärkt.
Übergeordnetes Ziel unseres Forschungsprojekts ist es daher, die vorhandenen Wissenslücken hinsichtlich der Arsenmobilität an Fe dominierten Redoxgrenzen durch einen integrativen und interdisziplinären Ansatz zu minimieren und somit die Basis für eine fundierte Gefährdungsabschätzung für bisher As freie Aquifere zu legen.
Die fachübergreifenden Arbeiten sollen an einem Testfeld in Vietnam durchgeführt werden, welches durch viele gemeinsame Vorarbeiten sehr gut charakterisiert ist und sich als Modellstandort für unsere Fragestellungen bestens eignet. Alle erhaltenen Daten und Informationen werden in einem reaktiven Transportmodell zusammengeführt. Durch diesen numerischen Ansatz werden die grundlegenden biogeochemischen Prozesse mit den relevanten Transportmechanismen gekoppelt, so dass auch quantitative Vorhersagen über die zeitliche und räumliche Entwicklung der Redoxfronten bzw. der Arsenmobilität getroffen werden können. Ein vergleichbarer Ansatz unter Einbezug aller für die Arsenmobilität entscheidenden Fachrichtungen, der gesicherte Prognosen also erst ermöglicht, wurde bisher noch nicht durchgeführt.