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Sandra Thöny	Natalie Jägli	Sven von Ah

ABSTRACT

In this project we investigate the water of lake Joeri downstream to Rotterdam, i. e. the Rhine from its source to the North Sea. The objective is to describe the geochemical composition by means of measuring conductivity, total hardness concentrations and loads. In addition to these tasks we decided to measure conductivity during a tidal cycle in the Maas river. Table 1 sumarizes our results. As expected we found very low concentrations of ions in the lake Joeri area. Below lake Constance we found the typical conditions of rivers in carbonate area.

Wir erwarten, dass alle Parameter – Leitfähigkeit, Wasserhärte, Gesamthärte (Magnesium und Kalzium) und Frachten – mit dem Flusslauf stetig grösser werden. Diese Annahme beruht darauf, dass das Wasser unterwegs durch natürliche Auflösungsprozesse und Fremdeinflüsse mit Stoffen, in unserem Fall mit Ionen, angereichert wird.
Die vier Parameter sind eng miteinander verknüpft. Gelöste Ionen leiten elektrischen Strom, das bedeutet, bei steigender Ionenkonzentration steigt auch die Leitfähigkeit. Aus der Konzentration von Ca²⁺ - und Mg²⁺ -Ionen lässt sich mit der Abflussmenge direkt die Frachtmenge der dominanten Ionen errechnen. Die Wasserhärte entspricht der Summe der Kalzium- und Magnesiumkonzentration im Wasser. Diese stammt in unserem Fall aus kalkhaltigen Adern und Grundwasserträgern.
Da wir an der Maas einen Ebbe- / Flutzyklus erlebt hatten, entschieden wir uns spontan dazu, dort während eines solchen Zykluses die Leitfähigkeiten intensiv zu messen, um den Einfluss des Salzwassers im Mündungsgebiet aufzuzeigen.

Abb. 1: Jörisee X und I am 17.06.03

MATERIAL UND METHODEN

LEITFÄHIGKEIT

Die Leitfähigkeit wird mit einer Sonde mit platinierten Elektroden im Abstand von 1cm gemessen und trägt die Einheit µS/cm.

GESAMTHÄRTE

Die Titration erfolgt mit Titriplex-Lösung-B. Diese Lösung wird solange zugegeben bis sich ihre Chelat-Komplexbildner mit allen Kalzium- und Magnesiumionen des Wassers verbunden haben. Der Verbrauch von 1ml Lösung entspricht der Konzentration Erdalkali-Ionen von .18 mmol/l.

FRACHTMENGE

Mit einer Fracht werden die in einem Fluss transportierten Mengen eines Stoffes pro Zeit bezeichnet.

F = c x Q
F = Fracht (mol/y) oder (kg/y)
c = Ionenkonzentration (mmol/l)
Q = Abflussmenge (m³/s)

Abb. 2: Schematische Darstellung der Komplexreaktion bei der Titration; Titriplex-Lösung-B und
Kalzium (bzw. Mg) (links), Komplex (rechts)

Abb. 3: Natalie und Sven beim Ablesen der Bürette während der Wasserhärtebestimmung	Abb. 4: Bestimmung der Wasserhärte durch Titration mit Titriplex-Lösung-B im Labor des Erasmiaans Gymnasiums Rotterdam

Abb. 5: Titrations-Apparatur. Deutlich ist die Rotverfärbung des Indikators	Abb. 6: Sandra beim Messen der Leitfähigkeit des Rheinwassers bei Basel

ERGEBNISSE

FRACHTMENGEN

Jöriseen: Ca²⁺ = 993000 mol/y
Basel: Ca²⁺ = 5.42 x 10¹⁰ mol/y

Tab. 1: Überblick über die Messergebnisse


Abb. 7: Proportionalität zwischen Leitfähigkeit und Gesamthärte

DISKUSSION

Die sehr geringen Ionenkonzentrationen im Wasser der Jöriseen sind darauf zurückzuführen, dass das Einzugsgebiet der Jöriseen grösstenteils kristallin und im Wasser deshalb vorwiegend Kieselsäure vorhanden ist. Trotzdem müssen kalkhaltige Adern als Quellen für Ca²⁺ - und Mg²⁺ -Ionen vorhanden sein. Den Konzentrationsanstieg im Rhein unterhalb des Bodensees begründen wir mit den Zusammenflüssen mit Aare und Limmat, die aus kalkhaltigen Gebieten kommen. Bei der Trinkwasseraufbereitungsanlage Langen Erlen in Basel findet ein weiterer Konzentrationsanstieg statt. Dieser lässt sich wie folgt erklären: Abbaubare organische Verbindungen werden mineralisiert zu CO₂ und H₂O. Das CO₂ reagiert nun mit Kalk, das im Boden vorhanden ist. Diese Reaktion führt zu einer Zunahme der Gesamthärte von 2.5 dH.

Mineralisierung:    C₆H₁₂O₆ + O₂     →    6CO₂ + 6H₂O
                                5mg/l C₆H₁₂O₆   →   20mg CO₂

Auflösung:              CaCO3 + CO2 +H2O   →   Ca2+
                                44g CO2                        →   1 mol Ca2+
                                20mg CO2                     →   0.45 mmol Ca2+ oder +2.5 dH

Die Probe aus einem Nebenarm des Rheins in Rotterdam – der letzte Punkt im Diagramm – weist sowohl eine hohe Leitfähigkeit, als auch eine sehr hohe Gesamthärte auf. Das Wasser wird beeinflusst durch Meerwasser, das die Leitfähigkeit erhöht, Grundwasser und weitere Zusammenflüsse mit kalkhaltigen Gewässern, sowie auch durch allgemeine Wasserverschmutzung.
Wir erwartetenn beim Tidenminimum ein Leitfähigkeitsminimum, da Frischwasser der Maas nachfliesst und das salzhaltige Meerwasser abfliesst. Möglich ist eine zeitliche Verzögerung von 1-2 Stunden gegenüber dem offiziellen Messpunkt in Rotterdam. Die rund 5-stündige Verschiebung können wir uns allerdings nicht erklären.