Schwefelspeziation und assoziierte Metalle in rezenten Sedimenten:
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Braunschweig
Inst. für Umweltgeologie
2004
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Titel: Schwefelspeziation und assoziierte Metalle in rezenten Sedimenten
Autor: Veen, Andrea van der
Jahr: 2004
Inhaltsverzeichnis
Vorwort Hi
Abkiirzungen v
Zusammenfassung xvii
Summary xix
Einleitung xxi
I Schwefelgeochemie 1
1 Schwefel in verschiedenen Bindungsformen und Mineralisationen 3
1.1 Schwefelwasserstoff . 4
1.2 Eisensulfide. 5
1.2.1 Amorphe Eisenmonosulfide. 5
1.2.2 Mackinawit. 6
1.2.3 Pyrrhotin. 6
1.2.4 Greigit . 6
1.2.5 Pyrit und Markasit. 7
1.3 Sulfide anderer Metalle. 8
1.3.1 Mangan. 10
1.3.2 Zink, Cadmium und Bid. 10
1.3.3 Kupfer . 11
1.4 Elementarer Schwefel. 11
1.5 Polysulfide . 12
1.6 Organischer Schwefel. 12
1.7 Sulfate. 13
2 Schwefelkreislauf und -diagenese 15
2.1 Schwefelquellen im lakustrinen Bereich. 15
2.2 Sulfatreduktion. 16
2.3 Pyritbildung in SiiBwassersedimenten . 18
2.3.1 KontrollgroBen fur die Pyritbildung. 19
2.3.1.1 Organische Substanz. 19
2.3.1.2 Aciditat . 19
INHALTSVERZEICHNIS
viu_.----------------------—--------------------------
2.3.1.3 Schwefelzufuhr und -quellen. 19
2.3.1.4 Sedimentationsrate . 19
2.3.1.5 Zeit. 20
3 Einschatzung des Redoxmilieus
3.1 Oxisches Milieu.
11
3.2 Post-oxisches Milieu.
3.3 Sulfidisches Milieu. 22
3.4 Methanisches Milieu. ZJ
II Methodik der Schwefelextraktion und weiterer Verfahren 25
4 Vergleich ausgewahlter Verfahren zur Schwefelspeziation 27
4.1 Probennahme, -lagerang und -behandlung. 27
4.2 Extraktionsverfahren. 30
4.2.1 AVS-Extraktion. 31
4.2.1.1 Saurestarke . 32
4.2.1.2 Zusatzstoffe. 32
4.2.1.3 Temperatur. 33
4.2.2 Sulfat. 34
4.2.3 Pyritschwefel. 34
4.2.4 Elementarer Schwefel. 35
4.2.5 Organische Polysulfide. 35
4.2.6 Organischer Schwefel . 36
5 Angewendete Verfahren zur Schwefelextraktion 37
5.1 Gerate und Reagenzien. 38
5.1.1 Reagenzien. 38
5.1.2 Destillationsapparatur . 38
5.1.3 Herstellung der Chrom(II)-L6sung. 39
5.1.4 Die Jones-Reduktionssaule. 40
5.1.4.1 Funktionsweise und Aufbau der Reduktionssaule . 40
5.1.4.2 Benutzung der Reduktionssaule. 41
5.2 Durchfiihrung der sequentiellen Schwefelextraktion. 41
5.3 Probleme und Fehler bei der Schwefelextraktion. 45
5.3.1 Systematische Fehler. 45
5.3.2 Zufallige Fehler. 46
5.4 Separate AVS-Destillation . 46
5.4.1 Durchfuhrung. 47
6 Bindungsformanalyse 49
6.1 Durchfuhrung. 5^
6.2 FehlerqueUen. 54
INHALTSVERZEICHNIS ix
III Anwendung der sequentiellen Schwefelextraktion 57
7 Der Arendsee 59
7.1 Beschreibung und Entwicklung des Arendsees. 59
7.2 Probennahme. 62
7.3 Allgemeine Eigenschaften der Sedimente. 63
7.3.1 Alter und Sedimentationsrate. 63
7.3.2 KorngroBenverteilung und Feuchtigkeitsgehalt . 64
7.3.3 Aciditat. 65
7.3.4 Karbonatgehalt. 65
7.3.5 Organischer Kohlenstoffgehalt. 66
7.3.6 Phosphorgehalt. 67
7.3.7 Redoxbedingungen. 69
7.4 Schwefelgesamtgehalt . 71
7.4.1 C/S-Verhaltnis als MaB zur Beurteilung der Schwefelanreicherung . 72
7.5 Schwefelspeziation des Arendsees. 73
7.5.1 Schwefelspeziation von Bohrung ARS 5IV. 73
7.5.2 Schwefelspeziation von Bohrung ARS 5II. 74
7.5.3 Schwefelspeziation von Bohrung ARS 3. 74
7.5.4 Einzelne Schwefelspezies . 75
7.5.4.1 Disulfidschwefel. 75
7.5.4.2 Monosulfidschwefel. 78
7.5.4.3 Saurelbslicher Schwefel. 82
7.5.4.4 Organischer Schwefel. 83
7.6 Assoziation von Schwefel und Metallen. 84
7.6.1 Simultan extrahierte Metalle und reduzierter Schwefel. 84
7.6.2 Metallbindungsformverteilung und Schwefel. 86
7.6.3 Eisen. 91
7.6.4 Mangan. 92
7.6.5 Blei. 94
7.6.6 Zink. 95
7.6.7 Kupfer . 96
7.6.8 Cadmium. 97
7.7 Zusammenfassung und Diskussion: Arendsee. 99
8 Die Elbaue bei Wittenberge 103
8.1 Beschreibung und Entstehung der Aue. 103
8.2 Probennahme. 105
8.3 Allgemeine Eigenschaften der Sedimente . 106
8.3.1 Korngro'Benverteilung . 106
8.3.2 Organischer Kohlenstoffgehalt. 106
8.3.3 Aciditat. 107
8.3.4 Redoxbedingungen. 108
8.3.5 Schwefelgesamtgehalt. 109
8.4 Schwefelspeziation. Ill
8.4.1 Lokation Haken A und B. 112
8.4.2 Lokation Haken E . 115
INHALTSVERZEICHNIS
8.5 Assoziation von Schwefel und Metallen. 116
8.5.1 Eisen. 117
8.5.2 Mangan. 118
8.5.3 Bid. 120
8.5.4 Zink. 121
8.6 Zusammenfassung und Diskussion: Elbaue (Lok. Haken). 123
Resultate und Ausblick 127
9.1 Untersuchungsgebiete. 127
9.2 Methodik. I28
IV An hang 143
A Analytik und Methodik 145
A.I KorngroBenfraktionierung . 145
A. 1.1 Feinkornanteil in Sedimenten des Haken . 145
A.2 Bestimmung von Kohlenstoff: Ctot, Corg und Ccarb. 145
A.3 AufschluBverfahren. 146
A.3.1 KonigswasseraufschluB (DIN 38414 S7). 146
A.3.2 TotalaufschluB/FluBsaureaufschluB . 146
A.4 Korrektur der Elementgehalte. 146
A.4.1 Karbonatkorrektur. 146
A.4.2 Korrektur fiir organische Substanz. 147
A.5 Schwefelextraktionsverfahren . 149
A.6 Bindungsformanalyse nach Jakob etal. (1990). 154
B Arendsee: Probenbeschreibung, MeBdaten, Korrelationskoeffizienten 155
B.I Arendsee: Probenbeschreibung. 156
B.2 Arendsee: MeBdaten . 160
B.3 Arendsee: Korrigierte MeBdaten. 176
B.4 Arendsee: Korrelationskoeffzienten . 187
C Elbaue: Probenbeschreibung, MeBdaten, Korrelationskoeffizienten 193
C.I Elbaue (Lokation Haken): Probenbeschreibung . 194
C.2 Elbaue (Lokation Haken): MeBdaten. 195
C.3 Elbaue (Lokation Haken): Korrelationskoeffzienten. 205 |
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