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Untersuchungen über die Fe-Konzentration im Wasser der Deutschen Bucht im Zusammenhang mit dem Einbringen 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 mit Spezial-Tankschiffen täglich etwa 1800 t Abwässer aus der Titandioxid-Produktion 20 bis 30 km nordwestlich von Helgoland in die Nordsee eingebracht. Mit den Abwässern gelangen neben großen Mengen H2SO4 täglich etwa 93 t Fe, 8t Ti, 500 kg Mn, 250 kg V, 70 kg Cr usw. in die Deutsche Bucht. Durch Reaktion mit dem Meerwasser fallen Fe, Ti, Mn, Cr und Al gemeinsam als Oxidhydrate aus. Diese können noch weitere Begleitsubstanzen, wie z. B. das Vanadin, in sich festhalten. Es ist demnach möglich, das Verhalten und den Verbleib des eingebrachten Fe, Ti, Mn, Cr, Al und wahrscheinlich auch des Vanadins durch Messung eines dieser Metalle zu erfassen. Für unsere Untersuchungen haben wir das Fe als „Tracer” ausgewählt, weil es in besonders großen Mengen eingebracht wird und leicht zu analysieren ist.In den Jahren 1967 bis 1972 wurde sowohl die horizontale als auch die vertikale Verteilung des Fe im Wasser der Deutschen Bucht mehrfach untersucht. Die Messung der horizontalen Verteilung erfolgte in 5 m Tiefe, weil die oberflächennahe Schicht für die Primärproduktion besonders wichtig ist. Die höchsten Gesamt-Fe-Konzentrationen traten stets in der Nähe der Küsten sowie im Einbringungsgebiet der Titan-Abwässer auf. Die Erhöhung der Fe-Konzentration vor den Küsten ist vor allem auf den Einstrom von Fe-reichem Flußwasser aus Elbe und Weser, aber auch auf die geringe Wassertiefe und die Beschaffenheit der Sedimente zurückzuführen. In den Vertikal-Serien ist häufig eine starke Zunahme der Gesamt-Fe-Konzentration von oben nach unten zu beobachten. Diese Zunahme wird durch aufgewirbelte Fe-haltige Sedimentpartikelchen bzw. Oxidhydrate bewirkt. — Die zeitliche Variabilität der Gesamt-Fe-Konzentration in der Deutschen Bucht ist extrem groß: Bei ruhiger See sinkt das partikuläre Fe innerhalb von einigen Stunden bis etwa einem Tag auf den Meeresboden hinunter. Da der weitaus größte Teil des Fe in partikulärer Form vorliegt, bleibt im Wasser nur eine geringe Fe-Menge zurück. Die kleinste Gesamt-Fe-Konzentration betrug etwa 5 μg Fe/l. Unter turbulenten Bedingungen, z. B. bei starkem Wind und Seegang, wird das partikuläre Fe vom Boden aufgewirbelt und auf die gesamte Wassersäule verteilt. Die größte Gesamt-Fe-Konzentration außerhalb der sichtbaren Abwasser-Spur lag bei etwa 500 μg Fe/l. Außer dieser, vor allem durch die Windverhältnisse bedingten Variabilität gibt es noch eine kurzfristige in Zeiträumen von Minuten. Die Ursache dafür ist die ungleichmäßige Verteilung des partikulären Fe im Wasser in Form von kleinen und kleinsten Wolken. — Die höchsten Fe-Konzentrationen wurden im frischen Schraubenwasser der Abwassertanker gefunden. Eine Stunde nach dem Einbringen lag die Gesamt-Fe-Konzentration bei etwa 7000 μg Fe/l, nach zwei Stunden bei etwa 2500 /gmg Fe/l.Im Einbringungsgebiet der Titan-Abwässer und in dessen Umgebung wurde stets eine Wolke von Fe-Oxidhydrat gefunden. Die in dieser Wolke enthaltene Fe-Menge entspricht etwa derjenigen, die innerhalb von einigen Wochen mit den Titan-Abwässern eingebracht werden. Eine ständige Zunahme der Fe-Menge in der Deutschen Bucht konnte während des Untersuchungszeitraumes von 1969 bis 1972 weder im Wasser noch im Sediment festgestellt werden. Offensichtlich wird das eingebrachte Fe von den Restströmungen ständig aus der Deutschen Bucht in die offene Nordsee hinaustransportiert. Im Laufe der Zeit hat sich wahrscheinlich ein quasi-stationärer Zustand eingestellt, bei dem der Abtransport des Fe aus der Deutschen Bucht im Mittel ebenso groß ist wie der Eintrag. Der endgültige Verbleib des Fe-Oxidhydrats konnte bisher nicht geklärt werden. Es erscheint möglich, daß das Fe-Oxidhydrat bis in das Europäische Nordmeer oder in den Atlantischen Ozean transportiert wird, bis es in großen Wassertiefen an einer besonders ruhigen Stelle auf dem Meeresboden liegen bleibt und dort ein Bestandteil der neu entstehenden Sedimente wird.