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| Hauptseite > Publikationsdatenbank > Die Veränderung des organischen Materials in der Verwitterungszone über einem Erdölmuttergestein |
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| Book/Report | FZJ-2018-06749 |
1994
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag
Jülich
Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/20184
Report No.: Juel-2923
Abstract: Ein 8 m langer Bohrkern aus dem Verwitterungsprofil (Boden, Saprolit, Ausgangsgestein) eines Erdölmnuttergesteins (Posidonienschiefer, NW-Deutschland) wurde auf die molekularen Veränderungen des organischen Materials (aromatische Kohlenwasserstoffe, schwefelaromatische Kohlenwasserstoffe, n-Alkane, Hopane, Sterane, Carbonsäuren, Alkohole) untersucht. Aufbauend auf den Ergebnissen vorhergehender Untersuchungen war die Arbeit auf die Beantwortung folgender Fragen ausgerichtet: (1) In welcher Teufe beginnt die Veränderung des fossilen organischen Materials?, (2) Bis zu welcher Teufe ist das fossile organische Material nachweisbar?, (3) Wie groß sind die Anteile der Erdölkomponenten, die im Baden erhalten bleiben und geogene Hintergrundkonzentrationen von Erdölkohlenwasserstoffen darstellen?, (4) Welchen Einfluß haben lithologische Inhornogenitäten auf die Alteration des organischen Materials?, (5) Welche der Prozesse sind in den verschiedenen Abschnitten des Profils fir die Veränderung des organischen Materials verantwortlich? Erste Hinweise auf eine Veränderung des organischen Materials durch Wasserlösung aromatischer Verbindungen sind in einer Teufe von 500 cm nachweisbar, während die mineralische und organische Phase des Gesteins in 800 cm keine Veränderung zeigt. Mit Hilfe der Verteilungen wenig wasserlöslicher und biodegradationsresistenter Triterpenoide und Steroide läßt sich das organische Material des Posidonienschiefers durchgängig bis in den A-Horizont nachweisen und weist dieses Gestein damit eindeutig als Ausgangsmaterial der Bodenbildung aus. Die Konzentration der fossilen Kohlenwasserstoffe im unverwitterten Posidonienschiefer wäre in Böden aus umwelthygienischen Gründen nicht tragbar. Durch die Verwitterungsprozesse jedoch wird beispielsweise der Gehalt der überwiegend geogenen C$_{15}$-C$_{24}$ n-Alkane von 1200 $_{\mu g/g}$ C$_{org}$ um 97% auf 41 $_{\mu g/g}$ C$_{org}$ in den obersten Bodenhorizonten reduziert. Die gut wasserlöslichen und daher potentiell grundwassergefährdenden aromatischen Verbindungen, wie Methylphenanthrene und Methy]naphthaline, sind in den obersten Bodenhorizonten nur noch mit Konzentration <1% der Ausgangsgehalte nachweisbar. In einer Matrix von mergeligen Tonsteinen enthält das Verwitterungsprofil verschiedene Carbonatbänke, deren unverwitterte Teile organisches Material mit unveränderter Zusammensetzung enthalten. Aufgrund ihrer geringen Permeabilität stauen die Carbonatbänkeperkolierende Wässer und fuhren so zu starken Wasserlösungserscheinungen an den Carbonatmineralen und organischen Bestandteilen der Gesteine in ihrem direkten Hangenden. Ein Teil der im Boden und saprolitischen Verwitterungsbereich gelösten Carbonate wird durch die veränderlichen chemisch/physikalischen Randbedingungen wieder ausgefällt und schließt dabei organische Komponenten (n-Alkane, aromatische Kohlenwasserstoffe) ein. Insgesamt ließ sich zeigen, daß die untersuchten lipidischen Fraktionen und die Qualität und Quantität des gesamten organischen Materials durch Wasserlösung, Biodegradation, chemische Oxidation und den Eintrag rezenter biogener und anthropogener Komponenten verändert werden. lm tiefsten verwitterten Teil des Profils weisen die Proben Wasserlösurigserscheinungen und eine Oxidation von fossilen n-Alkanen zu n-Carbonsäuren auf, ohne daß Hinweise auf biologische Aktivität nachweisbar sind. lm Bereich direkt unterhalb des Bodens, der durch zwei wasserstauende Carbonatbänke gegliedert ist, sind die hohen Gehalte von n-Carbonsäuren (aus der chemischen oder biochemischen Oxidation von fossilen n-Alkanen) deutlich mit der starken Verwitterung der mineralischen Gesteinsanteile korreliert. Biologische Aktivität ist hier und in allen flacheren Abschnitten des Profils durch charakteristische triterpenoide Komponenten nachweisbar, die aus den Zellwandstrukturenvon prokaryontischen Organismen (meist Bakterien) stammen. Im A- und B-Horizont des Bodens wird die Zusammensetzung der untersuchten Anteile des organischen Materials, abgesehen von den bereits erwähnten Prozessen, vom Eintrag rezenten Pflanzenmaterials (n-Alkane, oxidierte Lignin-Monomere, erschiedene Carbonsäuren, Alkohole) und von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) anthropogener Herkunft bestimmt. Die PAK werden partikel-adsorbiert auf der Bodenoberfläche deponiert und mit den Partikeln durch perkolierendes Wasser über das Bodenporennetz und Schrumpfungsrisse in den Unterboden transportiert. Dieser Transportprozeß und die Anreicherung der PAK im Unterboden wird durch die quantitativen Verteilungsprofile der Einzelkomponenten dokumentiert.
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