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Säulenlabor: Prof. Dr. Stefan Wohnlich demonstriert einen
Langzeit-Säulenversuch
Versuchsrinne: In der Schräglage kann das Wasser nach unten
abfließen
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In Rinne Mülldeponieabdichtung simulieren
Die zentrale Anlage der neuen Labore ist die Großversuchsrinne. In
diesem länglichen Kasten (Länge: zehn Meter) mit Plexiglasscheiben
testen die Wissenschaftler die Dichtigkeit von Kapillarsperren. Dabei
handelt es sich um eine relativ neue Methode, um Mülldeponien gegen
Regen abzudichten. "Eigentlich ist es ja gar nicht so schlimm, wenn
Wasser in die Deponie eintritt - nur leider würde dieses Wasser dann
auch irgendwo wieder herauslaufen und Schadstoffe ins Grundwasser
spülen", erklärt Prof. Dr. Stefan Wohnlich. Eine Kapillarsperre
besteht aus zwei verschiedenen Schichten. Die untere ist der
Kapillarblock. Sie besteht aus grobem Material, wie zum Beispiel Kies.
Die obere Schicht (Kapillarschicht) besteht aus einem feineren
Material, zum Beispiel Sand. Diese Abdichtung funktioniert allerdings
nur auf abschüssigem Untergrund, der Regen muss zur Seite abfließen
können. Das Wasser wird in der oberen Schicht den Hang hinab geleitet,
unten sammelt es sich dann etwa in einem Auffangbecken.
Prinzip der Kapillarsperre
Das Prinzip dieser Abdichtung ist die Kapillarkraft, die durch die
molekularen Eigenschaften des Wassers und der Bodenkörner entsteht.
Wasser hat eine geringe Oberflächenspannung, es ist eine benetzende
Flüssigkeit. Benetzend heißt, dass das Wasser mit möglichst viel
Oberfläche des Bodens in Kontakt kommen möchte. Die obere, feinere
Schicht hat viel mehr Oberfläche als der Kies, also sammelt sich das
Wasser dort, um dann der Schwerkraft folgend den Hang hinab zu
fließen. In die Versuchsrinne bauen die Wissenschaftler die zwei
Schichten ein, kippen das Gerät um einen bestimmten Winkel und lassen
künstlichen Regen darauf fallen. Momentan haben sie Kies aus einer nah
gelegenen Kiesgrube eingefüllt, in Zukunft wollen sie Material testen,
das bei Mülldeponien verwendet werden soll.
Bodenproben mit Wasser durchspülen
Das Säulenlabor ist ein komplett neu eingerichteter Raum, in dem die
(oft wochenlang dauernden) Säulenversuche ablaufen sollen. Die Säulen
sind Rohre aus Plexiglas. Sie haben einen Durchmesser von ca. zehn
Zentimetern und sind zwischen 20 Zentimeter und einen Meter hoch. In
ihnen wird getestet, wie sich Schadstoffe wie Sulfat, Chlorid und
Nitrat oder auch Schwermetalle wie Cadmium, Blei oder Zink in
verschiedenen Bodenproben verhalten. Dafür werden die Säulen mit
Bodenproben aus gefährdeten Regionen befüllt, zum Beispiel mit
Material unter Mülldeponien oder aus dem Umfeld von Wasserwerken oder
Bergbaugebieten. Anschließend werden die Säulen mit
schadstoffbelastetem Wasser durchspült. In bestimmten Abständen
entnehmen die Wissenschaftler dann austretendes Wasser und untersuchen
seine chemische Zusammensetzung. So können sie feststellen, ob und wie
schnell die Schadstoffe abgebaut werden, ob sie von Mikroorganismen
aufgenommen oder im Gestein hängen geblieben sind ("Sorption"). Wurden
sie teilweise abgebaut, finden die Wissenschaftler vermehrt schwerere
Atome als vorher (die isotopische Zusammensetzung ändert sich).
Außerdem befindet sich im Wasser dann mehr Kohlendioxid. Die
Säulenversuche laufen bei zehn Grad Celsius und ohne Sauerstoff ab,
denn das sind auch die Umweltbedingungen im natürlichen Grundwasser.
Durch Durchlaufsäulen wird das Wasser nur einmal geleitet, durch
Kreislaufsäulen immer wieder. Letztere werden bei Schadstoffen
benutzt, die extrem langsam abgebaut werden.
Technisches Großgerät
Eine weitere Anschaffung des Lehrstuhls Angewandte Geologie ist die
GC/MS Varian 1200 L (Quadrupol), ein technisches Großgerät, das einen
Gaschromatographen und ein Massenspektrometer kombiniert. Der
Chromatograph ist ein Gerät, das Substanzen voneinander trennt, im
Massenspektrometer werden diese dann identifiziert. Das läuft voll
automatisch und hilft den Wissenschaftlern bei der Analyse der
Wasserproben aus den Säulenversuchen. Das teure Gerät wurde mit
HBFG-Mitteln finanziert (Hochschulbauförderungsgesetz).
Seltenheit in Deutschland
Bisher ist es nur an wenigen Stellen in Deutschland möglich,
übertragbare Werte für das Verhalten von Schadstoffen in Großversuchen
zu ermitteln. Die einzigen drei weiteren Standorte dafür sind
Stuttgart (VEGAS), München (GSF) und Halle (UFZ). Dass solche
Untersuchungen dringend benötigt werden, verdeutlichen die drei
BMBF-Verbundforschungsprojekte (Bundesministerium für Bildung und
Forschung) zum Thema Grundwasser: "Sickerwasserprognose", "Natural
Attenuation" und "Reaktive Wände". An den ersten beiden ist auch der
Lehrstuhl Angewandte Geologie beteiligt.
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