Mobilisierung und Retention von Arsen an Redoxfronten bei advektivem Transport - Ein integrativer, multidisziplinärer Ansatz (AdvectAs)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Olaf A. Cirpka; Professor Dr. Andreas Kappler; Professor Dr. Thomas Neumann
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 320059499

Weltweit gefährden erhöhte Arsenkonzentrationen im Grundwasser die Gesundheit von mehr als 100 Millionen Menschen insbesondere in den dicht besiedelten Deltaregionen Süd- und Südostasiens. Aquifere mit hohem und niedrigem As-Gehalt sind durch unterschiedliche Redoxbedingungen gekennzeichnet und durch schmale Übergangszonen voneinander getrennt. Diese Fe dominierten Redoxfronten spielen hinsichtlich der Advektion und Retention von As eine entscheidende Rolle und schützen unbelastete Aquifere vor As Eintrag. Diese Schutzfunktion wird in Zukunft immer bedeutender, da die Grundwasserentnahme aufgrund des global zunehmenden Wasserbedarfs steigt und somit, durch erhöhte Advektionsraten, bisher nicht mit As belastete Grundwässer zusehends gefährdet.Trotz langjähriger Forschung bleibt ungeklärt, inwieweit und in welchem Ausmaß Fe dominierte Redoxfronten, insbesondere bei erhöhtem Grundwassertransport, der Kontamination von Grundwasser mit As entgegenwirken und verlangsamen können.Im Mittelpunkt unseres Projektes steht die Hypothese, dass die Langzeitstabilität und somit die Kontrollfunktion Fe dominierter Redoxfronten durch ein Zusammenspiel von (a) Transportprozessen, (b) mikrobieller Aktivität und (c) der Stabilität der Arsenträgerphasen (meist Fe Phasen) bestimmt wird. Wir nehmen an, dass sich sowohl Art und Menge an Fe Mineralen als auch die As Speziierung entlang des Redoxgradienten verändern und zwar in Abhängigkeit der verfügbaren Elektronendonatoren und -akzeptoren, der mikrobiellen Aktivität, der hydrogeochemischen Gradienten, sowie dem vorherrschenden Wassertransport. Weiter gehen wir davon aus, dass vertikale Austauschprozesse gelösten organischen Kohlenstoff aus den begrenzenden Aquitarden dem Aquifer zuführen, welches die Arsenmobilisierung weiter verstärkt.Übergeordnetes Ziel unseres Forschungsprojekts ist es, die Wissenslücken hinsichtlich der Arsenmobilität an Fe dominierten Redoxgrenzen durch einen bewusst integrativen und interdisziplinären Ansatz zu schließen, um die Gefährdung bisher nicht kontaminierter Grundwässer sachlich fundiert abschätzen zu können.Die fachübergreifenden Arbeiten sollen an einem Testfeld in Vietnam durchgeführt werden, welches durch viele gemeinsame Vorarbeiten sehr gut charakterisiert ist und sich als Modellstandort für unsere Fragestellungen bestens eignet. Alle erhaltenen Daten und Informationen werden in einem reaktiven Transportmodell zusammengeführt und so einheitlich interpretiert. Dieses Modell koppelt die grundlegenden biogeochemischen Prozesse mit den relevanten Transport- und Austauschmechanismen, so dass auch quantitative Vorhersagen über die zeitliche und räumliche Entwicklung der Redoxfronten bzw. der Arsenmobilität getroffen werden können. Ein vergleichbarer integrativer Ansatz, der von Beginn an und bewusst alle wesentlichen Fachrichtungen zur Beurteilung der As Dynamik einbezieht und gesicherte Prognosen erst ermöglicht wurde in dieser Form noch nicht unternommen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Australien, Schweiz, USA
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Mitverantwortliche: Dr. Elisabeth Eiche; Professorin Dr. Sara Kleindienst, Ph.D.; Privatdozentin Dr. Agnes Kontny
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Sebastian Felix Behrens; Dr. Michael Berg; Professor Dr. Benjamin Bostick; Professor Dr. Alexander van Geen; Professor Dr. Rolf Kipfer; Professor Dr. Henning Prommer, Ph.D.; Dr. Ilka Wallis; Professorin Dr. Lenny H.E. Winkel