Quartäre Sedimente als Geologische Barrieren

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1 Jörg Hammer Quartäre Sedimente als Geologische Barrieren Mit Beiträgen von Gerd Böttcher, Fritz Bremer, Peer-L. Gehlken, Jörg Hammer, Marc Heydecke, Joachim Iffland, Franz Jacobs, Frank von der Kammer, Jörn Kasbohm, Reinhard Kleeberg, Lothar Lippstreu, Klaus-Dieter Meyer, Ulrich Müller, Andrea Spaethe, Hans-Jürgen Stephan, Burkart Ullrich, Christine Wehebrmk und Reinhard Wienberg mit 158 Abbildungen und 74 Tabellen

2 1 Einleitung und Bearbeitungsziele 1 2 Quartärsedimente als Deponieuntergrund - Anforderungen und Eignungskriterien Gesetzliche Forderungen an den Untergrund von Deponien Geologische Barrieren als Bestandteil des Multibarrierenkonzeptes Schadstoffrückhaltevermögen quartärer Sedimente 13 3 Fazies, Stratigraphie, Lagerungsverhältnisse, Verbreitung und Genese der Quartärsedimente in Norddeutschland Genese und Verbreitung der quartären Sedimente - regionaler Überblick 3.2 Mecklenburg-Vorpommern 3.3 Schleswig-Holstein 3.4 Niedersachsen 3.5 Brandenburg Feldmethoden zur Untersuchung quartärer Deponie- und Altlastenuntergründe Geologische Erkundung und Probenahme Standortsuche und -erkundung mittels geologischer Kartierungsarbeiten Bohrarbeiten Ausbau von Grundwassermessstellen Einbau von Vertikalelektroden für geophysikalische Messungen Kerndokumentation, Probenahme und vor-ort- Messungen Beprobung und vor-ort-messungen an Grund- und Oberflächenwässern Methodenbewertung, Qualitätssicherung und Empfehlungen

3 4.2 Geophysikalische Erkundungsarbeiten Strukturerkundung mittels geoelektrischer Widerstandstomografie Geoelektrische Widerstandstomografie - Grundlagen Geoelektrische Oberflächenmessungen zur Vorerkundung von Bohrlokationen Tomografie mittels Oberflächenmessungen im Bereich von Bohrlokationen Tomografie unter Einsatz von Vertikalelektroden Systemen in Bohrungen Spektrale Induzierte Polarisation - SIP Messungen des spezifischen elektrischen Widerstandes mittels Soil Box Bohrlochgeophysikalische Untersuchungen Bohrlochgeophysik in quartären Sedimenten Korrelation mit geochemisch-mineralogischen Daten Ausbaukontrolle von Grundwassermessstellen Methodenbewertung, Qualitätssicherung und Empfehlungen Geohydraulische Untersuchungen Grundwasserstandsmessungen Messungen der Grundwasserfließrichtungen und Filtergeschwindigkeiten mittels Einbohrlochmethode Pumpversuche Slug/Bail-Tests Geophysikalisches Monitoring geohydraulischer Tests Methodenbewertung, Qualitätssicherung und Empfehlungen Laborative Ermittlung der hydraulischen Barriereeigenschaften Bestimmung von Kornverteilung, Porosität, Dichte und Wassergehalt der Sedimente Analyse der hydraulischen Leitfähigkeiten von Sedimenten im Laborversuch Berechnung von kf Werten auf der Basis von Kornverteilungen Methodenbewertung, Qualitätssicherung und Empfehlungen 148

4 6 Geochemische Untersuchungen Geochemische Analysen quartärer Sedimente ph-werte Redoxpotenziale Haupt- und Spurenelementchemismus von Quartärsedimenten Mikroanalytik mittels Rasterelektronenmikroskop Methodenbewertung, Qualitätssicherung und Empfehlungen Hydrochemische und isotopenhydrologische Untersuchungen Methodik, Umfang und Plausibilitätsprüfung der hydrochemischen Daten Deskriptive Messgrößenstatistik Chemische Zusammensetzung der Grund- und Oberflächenwässer Veränderungen des Grundwasserchemismus mit der Tiefe Typisierung der Grundwässer Isotopenhydrologische Untersuchungen Bestimmung der mineralogischen Zusammensetzung von Sedimenten Röntgenographische Phasenanalyse Infrarotspektroskopie Differenzthermoanalyse von Tonfraktionen Methodenbewertung, Qualitätssicherung und Empfehlungen Quantifizierung des Schadstoffrückhaltevermögens von Sedimenten mittels Kationenaustauschkapazitäten und Oberflächenladungen Notwendigkeit laborativer Bestimmungen des, Schadstoffrückhaltevermögens geologischer Barrieren Kationenaustauschkapazitäten quartärer Sedimente Oberflächenladungen von Tonfraktionen 275

5 8.4 Methodenbewertung, Qualitätssicherung und Empfehlungen Sorptions- und Diffusionsuntersuchungen für die Bestimmung des Schadstoffrückhaltepotenzials geologischer Barrieren Schadstoffiransport und transportbestimmende Parameter - Grundlagen Einflussfaktoren auf den Schadstofftransport Lösungen der Transportgleichung Grundlagen der Sorption Grundlagen der Diffusion von Schadstoffen in porösem Material 9.2 Methodik der Sorptions- und Diffusionsuntersuchungen Verwendete Materialien und Messung der Radioisotope Durchführung der Sorptions- und Desorptionsversuche Bestimmung der Sorptionskinetiken und Sorptionsisothermen Sorptionsversuche bei verschiedenen ph-werten Sorptionsversuche bei kontrollierten Redoxbedingungen Durchführung der Diffusionsversuche Einlagerungsversuche Diffusionsversuche in Anlehnung an die Halbzellen- Methode 9.3 Ergebnisse der Sorptions- und Desorptionsuntersuchungen Sorptionsuntersuchungen mit 14 C-y-HCH Sorptionsuntersuchungen mit 14 C-Tetrachlorethen Sorptionsuntersuchungen mit 63 Ni Abschließende Betrachtung der Sorptionsuntersuchungen Ergebnisse der Diffusionsversuche Einlagerungsversuche (in-diffusion) Diffusionsversuche nach der Halbzellen-Methode Abschließende Diskussion der Diffusionsversuche Gegenüberstellung der Diffusionsmethoden

6 10 Kolloidanalytik und physiko-chemische Effekte Grundlagen Probenahme und Verfahren zur Charakterisierung von Kolloiden Bedeutung der Kolloide für den Schadstofftransport im Untergrund von Deponien und Altlasten Fallstudie Deponie Ihlenberg (Mecklenburg- Vorpommern): Barriereeigenschaften des Deponieuntergrundes Geologisch-hydrogeologische Situation im Umfeld der Deponie Ihlenberg Geographische Position Geologischer Aufbau der Region Schönberg-Selmsdorf- Dassow Lagerungsverhältnisse der Sedimente im Bereich des Ihlenberges Messstellennetz und hydrogeologische Situation im Deponieumfeld Hydraulische Barriereeigenschaften der Ihlenberg- Sedimente Einflussfaktoren auf den wassergebundenen Stofftransport in Sedimenten Abschätzung der konvektiven Transportgeschwindigkeiten im Untergrund der Deponie Ihlenberg Tonminerale in den Sedimenten des Ihlenberges Rolle der Tonminerale bei der Schadstoffretardation Gehalte und Verteilung der Tonminerale in den Ihlenberger Sedimenttypen Chemische Barriereeigenschaften der Ihlenberg- Sedimente Einflüsse des chemischen Milieus auf die Fixierung und den Abbau von Schadstoffen Lokale Hintergrundwerte und anthropogene Belastung der Sedimente Geochemie der Korngrößenfraktionen 431

7 Bindungsformen und Mobilisierbarkeit von Elementen bzw. Schadstoffen S4-Methode Selektive chemische Extraktionsverfahren Elementumverteilungen durch Bodenbildungsprozesse Verockerungszonen als wirksame geochemische Barrieren 450 Literatur 459 Sachverzeichnis 489