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Untersuchungen über den pH-Wert im Wasser der Deutschen Bucht im Zusammenhang mit dem Einbrigen von Abwässern aus der Titandioxid-Produktion

Research paper by Günter Weichart

Indexed on: 30 Dec '13Published on: 30 Dec '13Published in: Ocean Dynamics



Abstract

Seit Mai 1969 werden 20 bis 30 km nordwestlich von Helgoland täglich etwa 1800 t Abwässer aus der Titandioxid-Produktion mit Spezialtankern in die Nordsee eingebracht. Die in den Abwässern enthaltene Schwefelsäure (10% H2SO4) bewirkt im Meerwasser starke Erhöhungen der H+-Ionen-Konzentration (Abnahme des pH-Wertes) und des CO2-Partialdruckes. Diese Veränderungen sind nur vorübergehend, weil sich die Abwässer im Meer relativ schnell verdünnen und weil CO2 an die Atmosphäre abgegeben wird.In den Jahren 1967 bis 1974 wurde sowohl die horizontale als auch die vertikale Verteilung des pH-Wertes in der Deutschen Bucht systematisch untersucht. Die Messung der horizontalen Verteilung erfolgte in 5 m Tiefe, weil in der oberflächennahen Wasserschicht die stärksten pH-Änderungen auftreten, und zwar sowohl durch die Abwässer als auch infolge von Photosynthese und Atmung.In den verschiedenen Jahreszeiten waren die pH-Werte in der Deutschen Bucht recht unterschiedlich:Im Herbst (einschließlich des Spätsommers) und im frühen Frühjahr wurden relativ niedrige pH-Werte gefunden, weil zu diesen Jahreszeiten die während des Frühjahres und Sommers durch Primärproduktion (=Photosynthese) gebildeten organischen Verbindungen unter Freisetzung von CO2 weitgehend wieder abgebaut sind. Die niedrigsten pH-Werte wurden, abgesehen vom Einbringungs-Gebiet der Titan-Abwässer, in der Nähe der Küsten von Schleswig-Holstein gefunden, weil dort die organischen Stoffe abgebaut werden, die vor allem durch Elbe und Weser in die Deutsche Bucht gelangen. Die vertikalen pH-Unterschiede waren gering.Im Frühjahr und Sommer traten innerhalb der euphotischen Schicht (bis etwa 15 m Tiefe) höhere pH-Werte auf als im Herbst, weil durch die kräftige Primärproduktion des Phytoplanktons viel CO2 aus dem Meerwasser aufgenommen und in organische Verbindungen überführt wird. Die höchsten pH-Werte wurden im Mai und Juni gefunden. Sie lagen bei 8,50. Derart hohe pH-Werte können nur in Gebieten mit reichlicher Zufuhr von Nährstoffen (Phosphat, Nitrat usw.) nach einer Periode mit relativ ruhiger, sonniger Wetterlage auftreten. Da das Phytoplankton wolkenartig verteilt ist, wies auch die pH-Verteilung in der euphotischen Schicht eine entsprechende Feinstruktur auf. Unterhalb der euphotischen Schicht war der pH-Wert gegenüber der kalten Jahreszeit nur wenig angehoben.Das frische Schraubenwasser der Abwassertanker zeigte gegenüber der Umgebung einen merklich niedrigeren pH-Wert. Im Kern des Schraubenwassers lag der pH-Wert 1 h nach dem Einbringen (5 bis 10 m Tiefe) bei 7,77. Etwa 2,3 h nach dem Einbringen war der pH-Wert wieder auf 8,04, etwa 4,7 h nach dem Einbringen auf 8,15 angestiegen. Der pH-Wert des unveränderten Seewassers lag dabei zwischen 8,22 und 8,32. Bei geringerer Turbulenz des Seewassers, d.h. bei ruhigerer See, dürfte die Verdünnung langsamer ablaufen, bei stärkerer Turbulenz schneller.Im Einbringungsgebiet der Titan-Abwässer sowie in dessen unmittelbarer Umgebung wurden wiederholt Flecken mit deutlich erniedrigten pH-Werten gefunden. Diese rühren sehr wahrscheinlich von der Abfall-Säure aus der Titandioxid-Produktion her. Allerdings entsprechen die in den “Säure-Flecken” beobachteten pH-Werte, abgesehen vom frischen (sichtbaren) Schraubenwasser der Titan-Tanker, den im Südosten der Deutschen Bucht «natürlich» vorkommenden. In manchen Fällen waren die natürlich auftretenden pH-Unterschiede so groß, daß ein Einfluß der Abfall-Säure nicht zu erkennen war.Eine ständige Zunahme der Säure-Konzentration (Abnahme des pH-Wertes) im Verlaufe der Jahre 1969 bis 1974 konnte nicht beobachtet werden. Offensichtlich wird die Säure durch die Restströmung aus der Deutschen Bucht in die offene Nordsee hinaustransportiert. Außerdem wird die zugeführte Abfallsäure durch das CO2-System des Meerwassers unter Abgabe von CO2 an die Atmosphäre allmählich neutralisiert.