Seltenerdelement-, Yttrium-Gehalte und Bleiisotope in Thermal- und Mineralwässern des Schwarzwaldes

Kurzfassung

Seltenerdelement(SEE)- und Yttrium(Y)-Gehalte sowie Bleiisotopen-Verhältnisse wurden in den potentiellen Aquifergesteinen, deren experimentellen Laugungslösungen und den Mineralwässern ermittelt. Für diese Studie wurden Mineralwässer aus fünf Bohrungen im kristallinen Grundgebirge (Granit und Gneis) des Schwarzwaldes ausgewählt. Die Verteilung der Lanthaniden, des Yttriums und der Bleiisotope sind geeignete Mittel, um das Gestein zu erkennen, das den Kationengehalt der Mineralwässern dominant prägt. Gneise und Granite führen zu Lanthanidenmustern mit unterschiedlichen Europium-Anomalien; Wässer aus Gneisen sind eher durch positive, aus Graniten häufig durch negative Europium-Anomalien charakterisiert. Der Vergleich der SEE- und Y-Gehalte in den Laugungslösungen mit denen der Wässer zeigt auf, wie sich in den Wasserleitern die Einbindung dieser Elemente in den Mineralen und Akzessorien, ihren Oberflächenzonen und Adsorbatfilmen gegenüber den weniger alterierten Gesteinen der Umgebung verändert hat. SSE und Y sind in den Wasserleitern gut laugbar, teilweise sind diese bereits an den leichten SEE verarmt, während die SEE- und Y-Gehalte in den Gesteinsproben von Oberflächenaufschlüssen insgesamt höher und insbesondere an leichten SEE nicht verarmt sind. ²⁰⁶ Pb wird zu einem erheblichen Teil aus anderen Festphasen als ²⁰⁷ Pb und ²⁰⁸ Pb gelaugt.

Abstract

In the Black Forest, mineral waters from five wells in crystalline basement (granite and gneisses), their probable source rocks and the experimental leachates were evaluated for rare earth elements (REE), yttrium contents, and lead isotope ratios. The distribution of REE and Y, and the Pb-isotope ratios are powerful tools to identify the most likely type of rock that controls cation contents of the mineral water. Granites and gneisses lead to REE patterns with varying negative europium anomalies in waters; i. e., gneisses have a tendency for positive or only slightly negative europium anomalies in fluids, whereas granites exhibit negative anomalies. The comparison of REE and Y in the leachates and waters shows that these elements are characteristically redistributed during water-rock inter-action between rock-forming and accessory minerals, surface layers and adsorption films. REE and Y are leachable in the aquifer rocks, in which light REE are partially impoverished. REE and Y in samples from surface outcrops show enhanced leachable fractions. In alterated rocks, large fractions of ²⁰⁶ Pb are definitely leached from other solid phases than ²⁰⁷ Pb and ²⁰⁸ Pb.