Isotopenverhältnisse der Schwefel- und Kohlenstoffspezies aus Sedimenten und tiefen Grundwässern der Niederrheinischen Bucht

Kurzfassung

Durch den kombinierten Einsatz von isotopengeochemischen und hydrochemischen Untersuchungsmethoden an Sedimenten und Grundwässern der Niederrheinischen Bucht können die in den Aquiferen vorhandenen festen und gelösten Schwefel- und Kohlenstoff-Verbindungen zwei zeitlich getrennten Stoffkreisläufen zugeordnet werden. Während die sedimentären Pyrite, die dominierende Schwefelverbindung innerhalb der marinen Sande, durchschnittlich stark an ³⁴ S verarmt sind und bereits im Tertiär gebildet wurden, läßt sich aus den gelösten Wasserinhaltsstoffen der jungen Grundwässer auf den rezenten Schwefel- und Kohlenstoff-Kreislauf schließen. In den unteren anaeroben Grundwasserstockwerken der durch Braunkohleeinschaltungen gegliederten Sande kann die Aktivität sulfatreduzierter Bakterien durch die Abnahme der Sulfatkonzentration bei gleichzeitigem Anstieg der zugehörigen δ ¹⁴ S- und δ ¹⁸ O-Werte im Sinne einer Rayleigh-Fraktionierung sowie durch erhöhte Schwefelwasserstoffkonzentration belegt werden. Gelöster organischer Kohlenstoff, der als Elektronendonator für die bakterielle Sulfatreduktion dient, ist mit durchschnittlich 1,6 mg/l vermutlich der limitierende Faktor dieses Prozesses. Gelöster anorganischer Kohlenstoff tritt in den tieferen Grundwasserstockwerken in leicht erhöhten Konzentrationen auf und kann aufgrund seiner deutlich negativ Kohlenstoff-Isotopensignatur als Produkt der Oxidation organischer Substanz identifiziert werden.

Abstract

Combined hydrochemical, geochemical and isotopic investigations of solid and dissolved sulphur- and carbon-species from different aquifer levels allow to distinguish two geochemical cycles: The first one is represented by the sedimentary pyrites which have been formed during the Tertiary by bacterial sulplate reduction.

These pyrites are characterized by strongly depleted δ ¹⁴ S-signatures. In accordance with a recent origin, the groundwater composition reflects the current sulphur- and carbon-cycling representing the second one. The activity of sulphate reducing bacterian can be deduced from a decrease of the sulphate concentration with depth and a simultaneous increase in δ ¹⁴ S- and δ ¹⁸ O-values as well as increasing hydrogen sulphide concentrations. Dissolved organic carbon, the substrate and electron-donor for the bacterial sulphate reduction, appears to be the limiting factor as its average concentration reaches only 1.6 mg/l. The concentration of dissolved inorganic carbon is slightly higher in the deeper groundwater levels. Due to its clearly negative carbon-isotope signature it can be identified as a product of biogenic oxidation of organic material.