87Sr/ 86Sr Ratios as a Tracer for Geochemical Processes in an Unconsolidated Sediment Aquifer (Liebenau, NW-Germany)

Bettina Wiegand, Martin Dietzel, Ulrich Bielert, Peter Groth, Bent T. Hansen

Research output: Contribution to journalArticleResearchpeer-review

Abstract

Groundwater of the Quaternary unconsolidated sediments in the catchment area of the waterworks of Liebenau II (NW-Germany) is characterized by heterogeneous distributions of dissolved constituents. In order to determine sources of solutes and to estimate flowpaths, Sr isotope analyses were carried out on groundwater, precipitation, and soil samples. 87Sr/86Sr ratios of the groundwater samples vary between 0.708 and 0.719 and allow to discriminate four groundwater levels. The near-surface groundwater level is characterized by low 87Sr/86Sr ratios in the range of 0.7099 and 0.7130. At greater depths 87Sr/86Sr ratios increase up to a value of 0.7187 in the intermediate groundwater level. Deep groundwaters which can be divided into two levels exhibit a remarkable decrease of 87Sr/86Sr ratios. Groundwater of deep level I shows Sr isotope ratios between 0.7118 and 0.7128, whereas deep level II shows 87Sr/86Sr ratios of 0.7082 to 0.7087.

Differences in the 87Sr/86Sr ratios are the result of varying sources of dissolved strontium in the groundwater. These encompass mineral weathering, precipitation, and anthropogenic inputs. Low 87Sr/86Sr ratios of 0.710 to 0.713 indicate the influence of precipitation and probably fertilizers on the near-surface groundwaters. At greater depths, groundwater chemistry is dominated by weathering processes. Due to significant differences in the 87Sr/86Sr ratios the dissolution of silicate minerals can be distinguished from the dissolution of carbonate minerals. For the intermediate groundwater level a dominant influence of silicate weathering is confirmed by radiogenic 87Sr/86Sr ratios between 0.713 and 0.719 and saturation indices < –3.5 for calcite. In contrast, low 87Sr/86Sr ratios of 0.708 to 0.709 indicate dissolution of carbonate minerals in the deep groundwater, where saturation for calcite is observed.

Translated title of the contribution87Sr/ 86Sr Ratios as a Tracer for Geochemical Processes in an Unconsolidated Sediment Aquifer (Liebenau, NW-Germany)
Original languageGerman
Pages (from-to)139-152
JournalActa hydrochimica et hydrobiologica
Volume29
Issue number2-3
DOIs
Publication statusPublished - 2001
Externally publishedYes

Fingerprint

Aquifers
aquifers
tracer techniques
Groundwater
Sediments
groundwater
Germany
tracer
aquifer
sediments
sediment
water table
weathering
carbonate minerals
Weathering
calcite
Carbonate minerals
Dissolution
isotopes
Calcium Carbonate

Treatment code (Nähere Zuordnung)

  • Basic - Fundamental (Grundlagenforschung)
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87Sr/86Sr-Verhältnisse als Tracer für geochemische Prozesse in einem Lockergesteinsaquifer (Liebenau, NW-Deutschland). / Wiegand, Bettina; Dietzel, Martin; Bielert, Ulrich; Groth, Peter; Hansen, Bent T.

In: Acta hydrochimica et hydrobiologica, Vol. 29, No. 2-3, 2001, p. 139-152.

Research output: Contribution to journalArticleResearchpeer-review

Wiegand, Bettina ; Dietzel, Martin ; Bielert, Ulrich ; Groth, Peter ; Hansen, Bent T. / 87Sr/86Sr-Verhältnisse als Tracer für geochemische Prozesse in einem Lockergesteinsaquifer (Liebenau, NW-Deutschland). In: Acta hydrochimica et hydrobiologica. 2001 ; Vol. 29, No. 2-3. pp. 139-152.
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author = "Bettina Wiegand and Martin Dietzel and Ulrich Bielert and Peter Groth and Hansen, {Bent T.}",
year = "2001",
doi = "10.1002/1521-401X(200109)29:2/3<139::AID-AHEH139>3.0.CO;2-Z",
language = "deutsch",
volume = "29",
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journal = "Acta hydrochimica et hydrobiologica",
issn = "0323-4320",
publisher = "John Wiley and Sons Ltd",
number = "2-3",

}

TY - JOUR

T1 - 87Sr/86Sr-Verhältnisse als Tracer für geochemische Prozesse in einem Lockergesteinsaquifer (Liebenau, NW-Deutschland)

AU - Wiegand, Bettina

AU - Dietzel, Martin

AU - Bielert, Ulrich

AU - Groth, Peter

AU - Hansen, Bent T.

PY - 2001

Y1 - 2001

N2 - Grundwässer aus den quartären Lockersedimenten im Einzugsgebiet des Wasserwerkes Liebenau II (NW-Deutschland) sind durch heterogene Verteilungen der gelösten Inhaltsstoffe charakterisiert. Zur Bestimmung der Herkunft der Lösungskomponenten und zur Ermittlung von Grundwasserfließwegen wurden Sr-Isotopenuntersuchungen an Grundwässern, Niederschlagswässern und Sedimentproben durchgeführt. Die 87Sr/86Sr-Verhältnisse der Grundwässer liegen im Bereich von 0.708 bis 0.719 und ermöglichen eine Unterscheidung von vier Grundwasserhorizonten. Unterschiede in den 87Sr/86Sr-Verhältnissen resultieren aus verschiedenen Quellen des gelösten Strontiums im Grundwasser. Diese sind geprägt durch die Mineralverwitterung, die Niederschläge und anthropogene Einträge. Für den oberflächennahen Grundwasserbereich sind Einflüsse aus den Niederschlägen und vermutlich aus der landwirtschaftlichen Düngung durch niedrige 87Sr/86Sr-Verhältnisse zwischen 0.710 und 0.713 indiziert. Mit zunehmender Tiefe dominieren Verwitterungsprozesse die Grundwasserchemie. Über das 87Sr/86Sr-Verhältnis kann zwischen Silikat- und Karbonatauflösung unterschieden werden. Im mittleren Grundwasserhorizont bestätigen hohe 87Sr/86Sr-Verhältnisse zwischen 0.713 und 0.719 und Sättigungsindices < –3.5 für Calcit den Einfluss verwitternder Silikate. Niedrige 87Sr/86Sr-Verhältnisse von 0.708 bis 0.709 bei gleichzeitig hohem Sättigungsgrad für Calcit sind auf die Auflösung von Karbonatmineralen in den tiefen Grundwässern zurückzuführen.

AB - Grundwässer aus den quartären Lockersedimenten im Einzugsgebiet des Wasserwerkes Liebenau II (NW-Deutschland) sind durch heterogene Verteilungen der gelösten Inhaltsstoffe charakterisiert. Zur Bestimmung der Herkunft der Lösungskomponenten und zur Ermittlung von Grundwasserfließwegen wurden Sr-Isotopenuntersuchungen an Grundwässern, Niederschlagswässern und Sedimentproben durchgeführt. Die 87Sr/86Sr-Verhältnisse der Grundwässer liegen im Bereich von 0.708 bis 0.719 und ermöglichen eine Unterscheidung von vier Grundwasserhorizonten. Unterschiede in den 87Sr/86Sr-Verhältnissen resultieren aus verschiedenen Quellen des gelösten Strontiums im Grundwasser. Diese sind geprägt durch die Mineralverwitterung, die Niederschläge und anthropogene Einträge. Für den oberflächennahen Grundwasserbereich sind Einflüsse aus den Niederschlägen und vermutlich aus der landwirtschaftlichen Düngung durch niedrige 87Sr/86Sr-Verhältnisse zwischen 0.710 und 0.713 indiziert. Mit zunehmender Tiefe dominieren Verwitterungsprozesse die Grundwasserchemie. Über das 87Sr/86Sr-Verhältnis kann zwischen Silikat- und Karbonatauflösung unterschieden werden. Im mittleren Grundwasserhorizont bestätigen hohe 87Sr/86Sr-Verhältnisse zwischen 0.713 und 0.719 und Sättigungsindices < –3.5 für Calcit den Einfluss verwitternder Silikate. Niedrige 87Sr/86Sr-Verhältnisse von 0.708 bis 0.709 bei gleichzeitig hohem Sättigungsgrad für Calcit sind auf die Auflösung von Karbonatmineralen in den tiefen Grundwässern zurückzuführen.

U2 - 10.1002/1521-401X(200109)29:2/3<139::AID-AHEH139>3.0.CO;2-Z

DO - 10.1002/1521-401X(200109)29:2/3<139::AID-AHEH139>3.0.CO;2-Z

M3 - Artikel

VL - 29

SP - 139

EP - 152

JO - Acta hydrochimica et hydrobiologica

JF - Acta hydrochimica et hydrobiologica

SN - 0323-4320

IS - 2-3

ER -