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Wie wirkt sich die Stilllegung der Steinkohlebergwerke auf die Geochemie der Grubenwässer im Ruhrgebiet und Saarland aus?
Zeit:
Dienstag, 03.09.2024:
14:30 - 14:45
Chair der Sitzung: Thomas R. Rüde
Ort:Raum 110
Präsentationen
Wie wirkt sich die Stilllegung der Steinkohlebergwerke auf die Geochemie der Grubenwässer im Ruhrgebiet und Saarland aus?
Barbara Teichert1, Henning Jasnowski-Peters1, Harald Strauss2, Stefan Schlömer3, Lisa Rose1, Till Genth1, Christian Melchers1, Sebastian Westermann1
1Technische Hochschule Georg Agricola, Bochum; 2Universität Münster, Münster; 3Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover
Im Ruhrgebiet endete der aktive Steinkohlenbergbau 2018. Im Saarland wurde der Steinkohlenbergbau bereits im Jahr 2012 eingestellt. Die Einstellung der Abbautätigkeiten und die damit verbundene Anpassung der Grubenwasserhaltung führen langfristig zu einem Anstieg des Grubenwassers. Infolge der nicht mehr erforderlichen Bewetterung des Grubengebäudes nimmt zudem die Sauerstoffkonzentration ab. Es ist daher eine wichtige Frage, welche geochemischen Prozesse die Zusammensetzung der Grubenwässer maßgeblich beeinflussen und wie sich diese Prozesse über die Zeit verändern.
Für den Schwefelumsatz sind die Prozesse der Eisensulfidoxidation und die bakterielle Sulfatreduktion grundlegend. Die in der Steinkohle enthaltenen Eisensulfide werden durch Sauerstoff und/oder 3-wertiges Eisen oxidiert. Das gebildete Sulfat kann dann wieder von Sulfat-reduzierenden Bakterien zu Schwefelwasserstoff reduziert werden. Gekoppelt an die bakterielle Sulfatreduktion wird Organik oder Methan oxidiert. All diese Prozesse werden zum einen über die geochemische Zusammensetzung des Grubenwassers und zum anderen durch den Eintrag von Sickerwasser durch das Deckgebirge gesteuert.
Das Forschungsvorhaben untersucht die Grubenwässer an den aktiven Wasserhaltungen und Einleitstellen im Ruhrgebiet und Saarland. Charakteristisch für die Grubenwässer sind erhöhte Sulfat- und Eisenkonzentrationen, die das Ergebnis der Eisensulfidoxidation in den untertägigen Grubenbauen sind. Mit Hilfe der Schwefelisotopie des Sulfats und Sulfids sowie der Kohlenstoffisotopie des Methans und des gelösten anorganischen Kohlenstoffs lassen sich Prozesse wie die bakterielle Sulfatreduktion und die anaerobe Methanoxidation identifizieren.
Erste Ergebnisse zeigen deutlich den kinetischen Isotopeneffekt, der mit der mikrobiellen Sulfatreduktion verbunden ist. Sulfatreduzierende Bakterien nutzen bevorzugt das 32SO4, welches dann zu typischerweise 34S-angereichterem Sulfat sowie leichten δ34S Werten des Sulfids im Grubenwasser führt. An einzelnen Standorten zeigt sich allerdings auch eine über die Zeit zunehmende Eisensulfidoxidation gepaart mit einer Zunahme der Sulfatkonzentration.
Ziel des Projektes ist es, die Zusammenhänge des Schwefel- und Kohlenstoffkreislaufes zu erfassen und darüber wichtige Informationen über die Prozesse, die in den nicht mehr zugänglichen Grubenbauen ablaufen, zu erhalten.
