Hydrogeologische und karsttektonische Untersuchungen inklusive Kartierung im Gebiet zwischen Neuhaus/Pegnitz und Auerbach/Oberpfalz
- Art: Diplomarbeit
- Autor: Falk Thriemer
- Abgabedatum: April 2004
- Umfang: 226 Seiten
- Note: 2,3
- Institution / Hochschule: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Deutschland
- ISBN (CD) :978-3-8324-9770-5 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Thriemer, Falk April 2004: Hydrogeologische und karsttektonische Untersuchungen inklusive Kartierung im Gebiet zwischen Neuhaus/Pegnitz und Auerbach/Oberpfalz, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: Hydrochemische Untersuchung, Karst, Gelände, Höhlen, Gebiet
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Diplomarbeit von Falk Thriemer
Einleitung:
Diese Diplomarbeit behandelt einen Teil des Gebiets der Fränkischen Alb. Im Zuge dieser Arbeit sollen neue Erkenntnisse über die karsthydrogeologische Situation in diesem Gebiet gewonnen werden.
Das Arbeitsgebiet befindet sich zwischen Neuhaus an der Pegnitz und Auerbach in der Oberpfalz. Das Ziel der Diplomarbeit war es, mit Hilfe von Gefügemessungen an Trennflächen die Grundwasserführung im Karst herauszufinden. Es wurden Dolinen und Ponore mit Hilfe von GPS, Maßband und Geologenkompaß eingemessen, gezeichnet und in die topographische Karte eingetragen. Die Höhle A 214a, der Ponorzufluß der Ponordoline A 144a und der Ponorzufluß des Ponors im Prächtl-Grund wurden mittels GPS, Maßband und dem eigens von mir für enge Spalten entwickelten „Cave Explorer“ vermessen und mit dem Computer-Programm „Compass“ ausgewertet sowie dreidimensional dargestellt. Alle gewonnenen Gefügedaten wurden mit Hilfe des Computerprogramms „STEREONETT“ ausgewertet und in der geologischen Karte dargestellt.
Im Zeitraum von Juni 2003 bis April 2004 wurden in monatlichen Abständen hydrochemische Messreihen durchgeführt. Die Untersuchungs-Objekte waren 6 Quellen und 3 Oberflächengewässer. Die Quellen teilen sich in 4 Karstquellen (Quelle „Pegnitz 1“, Quelle „Pegnitz 2“, Quelle „Pegnitz 3“ und Seeweiherquelle) und 2 Kreidequellen (Quelle auf dem Gelände eines Bauernhofes bei Mosenberg und Quelle bei Rußhütte) auf. Die 3 Oberflächengewässer liegen alle innerhalb von Kreide- bzw. Quartärschichten (unterer Kammer-Weiher, Prächtlgrund-Weiher und eine kleine wassergefüllte Doline im Ohrental). Die in diesem Zeitraum gemessenen Parameter sind die Vor-Ort-Parameter Wassertemperatur, Sauerstoffgehalt und Sauerstoff-sättigung, elektrische Leitfähigkeit und pH-Wert sowie die Wasserinhaltsstoffe Ammonium, Carbonat, Chlorid, Eisen, Nitrat, Phosphat und Sulfat. Dabei worde die Messung der Vor-Ort-Parameter mittels elektronischer Meß-Sonden und die der Wasserinhaltsstoffe mittels kolorimetrischer und titrimetrischer Tests direkt im Gelände durchgeführt. Aufgrund der regelmäßigen Messungen sind Aussagen über die Wasserqualität im Arbeitsgebiet möglich.
Im Zuge der tektonischen Untersuchung wurde das Arbeitsgebiet, daß sich auf der TK. 25 Blatt 6335 Auerbach in der Oberpfalz befindet, neu kartiert und in Form eines Höhenmodells dreidimensional dargestellt. Die Ergebnisse sind auf der geologischen Karte des Arbeitsgebiets im Maßstab 1 : 10.000 dargestellt.
Die Arbeit enthält Diagramme, welche die beobachteten Wasserdaten enthalten. Die restlichen Bilder, Zeichnungen und Fotos sind als „Abbildung“ zusammengefaßt.
Die Diplomarbeit ist reichlich bebildert. Die Zeichnungen und Fotos sollen dem Leser das interessante Arbeitsgebiet zwischen Neuhaus an der Pegnitz und Auerbach/Opf. karsthydrogeologisch näherbringen.
Inhaltsverzeichnis:
| Danksagung | 1 | |
| Inhaltsverzeichnis | 2 | |
| Abbildungs- und Diagrammverzeichnis | 13 | |
| 1. | Einleitung und Zielsetzung | 20 |
| 2. | Geographie und Geologie des untersuchten Gebietes | 22 |
| 2.1 | geographische Lage | 22 |
| 2.2 | Erd- und Landschaftsgeschichte | 23 |
| 2.2.1 | Jura | 25 |
| 2.2.2 | Kreide | 27 |
| 2.2.3 | Tertiär | 28 |
| 2.2.4 | Quartär | 28 |
| 2.3 | Stratigraphie | 29 |
| 2.3.1 | Jura | 29 |
| 2.3.1.1 | Schwammkalk | 30 |
| 2.3.1.2 | Frankendolomit | 31 |
| 2.3.2 | Kreide | 32 |
| 2.3.2.1 | Unteres Cenoman krc1 | 33 |
| 2.3.2.2 | Oberes Turon krt1-3 | 34 |
| 2.3.2.3 | Quarzitblöcke aus den Michelfelfelder Schichten | 36 |
| 2.3.2.4 | Santon, Unterer AuerbacherKellersandstein krsa1 | 36 |
| 2.3.3 | Quartär | 38 |
| 2.3.3.1 | Pleistozän, Limonitsandstein-Hornsteinschotter | 38 |
| 2.3.3.2 | Holozän, Fluviatiler Talsand des Altholozän | 39 |
| 2.3.3.3 | Anmooriger Boden | 39 |
| 2.3.3.4 | Talfüllung | 40 |
| 2.3.3.5 | Künstliche Aufschüttungen | 40 |
| 2.4 | Tektonik | 40 |
| 2.5 | Karst | 41 |
| 2.5.1 | Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht | 43 |
| 2.5.2 | Exokarst | 45 |
| 2.5.2.1 | Doline | 45 |
| 2.5.2.1.1 | Lösungsdoline | 46 |
| 2.5.2.1.2 | Einsturzdoline | 46 |
| 2.5.2.1.3 | Karstwanne (Uvala) | 47 |
| 2.5.2.2 | Ponor | 47 |
| 2.5.2.3 | Ponordoline | 48 |
| 2.5.2.4 | Neu vermessene Dolinen und Ponordolinen | 48 |
| 2.5.2.4.01 | Ponordoline 1 am Slawackenberg | 49 |
| 2.5.2.4.02 | Ponordoline 2 am Slawackenberg | 49 |
| 2.5.2.4.03 | Ponordoline 3 am Slawackenberg | 50 |
| 2.5.2.4.04 | Ponordoline 4 am Slawackenberg | 51 |
| 2.5.2.4.05 | Ponordoline am Viehtrieb | 52 |
| 2.5.2.4.06 | Ponordoline im Fuchsbühl-Wald | 53 |
| 2.5.2.4.07 | Lohbühl-Ponordoline mit Höhle A 192 | 54 |
| 2.5.2.4.08 | Ponordoline 1 des Dolinenfeldes oberhalbA 192 | 55 |
| 2.5.2.4.09 | Doline 1 des Dolinenfeldes oberhalb von A 192 | 56 |
| 2.5.2.4.10 | Ponordoline 2 desDolinenfeldes oberhalbvon A 192 | 56 |
| 2.5.2.4.11 | Ponordoline 3 desDolinenfeldes oberhalb von A 192 | 57 |
| 2.5.2.4.12 | Doline 2 desDolinenfeldes oberhalbvon A 192 | 58 |
| 2.5.2.4.13 | Doline 3 des Dolinenfeldes oberhalb von A 192 | 58 |
| 2.5.2.4.14 | Doline 4 des Dolilinenfeldes oberhalb von A 192 | 58 |
| 2.5.2.4.15 | Doline 5 desDolinenfeldes oberhalb von A 192 | 58 |
| 2.5.2.4.16 | Doline 6 desDolinenfeldes oberhalb von A 192 | 59 |
| 2.5.2.5 | Trockental | 61 |
| 2.5.3 | Karsthöhlen und ihre Entstehung | 62 |
| 2.5.4 | Höhlen des Kartiergebiets | 64 |
| 2.5.4.01 | A 27:Maximiliansgrotte | 66 |
| 2.5.4.02 | A 28:Geisloch | 68 |
| 2.5.4.03 | A 86:Vogelherdgrotte | 70 |
| 2.5.4.04 | A 101:Hirschleckenhöhle | 71 |
| 2.5.4.05 | A 140:Otterloch | 72 |
| 2.5.4.06 | A 144a:Großer Kammerbergponor | 74 |
| 2.5.4.07 | A 144b:Kleiner Kammerbergponor | 75 |
| 2.5.4.08 | A 144c:Kammerbergabri | 76 |
| 2.5.4.09 | A 186:Höhle unter der St Magdalena-Kapelle | 76 |
| 2.5.4.10 | A 192:Lohbühlponor undLohbühlhöhle | 77 |
| 2.5.4.11 | A 205:Zinnbergschacht | 79 |
| 2.5.4.12 | A 213:Höhle im „Weißen Brunnen“ | 80 |
| 2.5.4.13 | A214a:Vogelberghöhle | 82 |
| 2.5.4.14 | A 214b:Vogelbergabri | 85 |
| 2.5.4.15 | A 215:Hirschlecken-Felsgrotte | 86 |
| 2.5.4.16 | A 217:Hirschlecken-Felskammer | 87 |
| 2.5.4.17 | A 221:Scheidersberghöhle | 88 |
| 2.5.4.18 | A 250:Lohgrabenhöhle | 90 |
| 2.5.4.19 | A 259:Holzmannskeller | 91 |
| 2.5.4.20 | D 68:Seeweiher-Quellgrotte | 92 |
| 2.6 | Hydrogeologischer Überblick | 95 |
| 2.6.1 | Trinkwasser-Versorgung | 95 |
| 2.6.1.1 | Trinkwasser-Schutzzone 3 | 97 |
| 2.6.1.2 | Trinkwasser-Schutzzone 2 | 97 |
| 2.6.1.3 | Trinkwasser-Schutzzone 1 | 98 |
| 2.6.2 | Quellen des Arbeitsgebiets | 98 |
| 2.6.2.1 | Quellen von Ranna | 99 |
| 2.6.2.2 | Karstquellen der Pegnitz | 100 |
| 2.6.2.2.1 | Quelle 1 | 100 |
| 2.6.2.2.2 | Quelle 2 | 101 |
| 2.6.2.2.3 | Quelle 3 | 102 |
| 2.6.2.3 | Seeweiherquelle | 103 |
| 2.6.2.4 | Quelle auf dem Gelände eines Bauernhofes bei Mosenberg | 103 |
| 2.6.2.5 | Quelle bei Rußhütte | 104 |
| 2.6.3 | Oberflächengewässer | 104 |
| 2.6.3.1 | unterer Kammer-Weiher | 105 |
| 2.6.3.2 | Prächtlgrund-Weiher | 106 |
| 2.6.3.3 | Doline im Ohrental | 106 |
| 3. | Hydrogeologische und hydrochemische Grundlagen | 108 |
| 3.1 | Überblick über die physikalisch-chemischen Parameter der analysierten Gewässer | 108 |
| 3.1.1 | Vor-Ort-Parameter | 108 |
| 3.1.1.1 | elektrische Leitfähigkeit | 108 |
| 3.1.1.2 | pH-Wert | 109 |
| 3.1.1.3 | Sauerstoffgehalt und Sauerstoffsättigung | 110 |
| 3.1.1.4 | Wassertemperatur | 112 |
| 3.1 | 2analytische Parameter | 112 |
| 3.1.2.1 | Ammonium-/Nitrit-/Nitrat-Gruppe | 113 |
| 3.1.2.1.1 | Ammonium | 113 |
| 3.1.2.1.2 | Nitrit | 114 |
| 3.1.2.1.3 | Nitrat | 115 |
| 3.1.2.2 | Carbonathärte | 116 |
| 3.1.2.3 | Chlorid | 117 |
| 3.1.2.4 | Eisen | 118 |
| 3.1.2.5 | Phosphat | 118 |
| 3.1.2.6 | Sulfat | 119 |
| 3.2 | Ausschlußkriterien der einzelnen Parameter | 121 |
| 3.2.1 | Ammonium | 121 |
| 3.2.2 | Nitrit | 121 |
| 3.2.3 | Nitrat | 121 |
| 3.2.4 | Carbonat | 122 |
| 3.2.5 | Chlorid | 122 |
| 3.2.6 | Eisen | 122 |
| 3.2.7 | Phosphat | 122 |
| 3.2.8 | Sulfat | 122 |
| 4. | Arbeitsmethoden | 123 |
| 4.1 | Kartiermethodik und Auswertemethoden | 123 |
| 4.1.1 | Geländeaufnahme | 123 |
| 4.1.1.1 | Tektonische Geländeaufnahme | 123 |
| 4.1.1.2 | Geologische Geländeaufnahme | 124 |
| 4.2 | Arbeitshinweise bei einer hydrogeologischen Probenahme an Grund- und Oberflächengewässern | 125 |
| 4.3 | Ablauf einer Probenahme | 126 |
| 4.4 | Wasseranalyse mittels elektronischer Messgeräte | 127 |
| 4.4.1 | Leitfähigkeitsmeßgerät | 127 |
| 4.4.2 | Sauerstoffmeßgerät | 129 |
| 4.4.3 | pH-Meßgerät | 130 |
| 4.5 | kolorimetrische Wasseranalyse | 133 |
| 4.6 | Ablauf der kolorimetrischen Analyse am Beispiel der im Gelände gemessenen hydrochemischen Parameter | 135 |
| 4.6.1 | kolorimetrischer Ammonium-Test | 135 |
| 4.6.2 | kolorimetrischer Nitrat-Test | 137 |
| 4.6.3 | titrimetrischer Chlorid-Test | 138 |
| 4.6.4 | kolorimetrischer Eisen-Test | 139 |
| 4.6.5 | kolorimetrischer Sulfat-Test | 140 |
| 5. | Auswertung und Ergebnisse | 141 |
| 5.1 | Ergebnisse der geologischen Geländeaufnahme | 141 |
| 5.1.1 | Zielsetzung der geologischen Neuaufnahme | 141 |
| 5.2 | Ergebnisse der tektonischen Geländeaufnahme | 145 |
| 5.2.1 | Allgemeines | 145 |
| 5.2.2 | Klüfte | 146 |
| 5.2.3 | Dolinenverteilung im Kartiergebiet | 148 |
| 5.3 | Entwässerungsrichtungen der oberirdisch abfließenden Wässer | 148 |
| 5.3.1 | Allgemeines | 148 |
| 5.3.2 | Hauptentwässerungsrichtung von oberflächlich abfließendem Wasser durch Trockentalsysteme | 149 |
| 5.4 | Auswertung der analysierten hydrochemischen Parameter | 151 |
| 5.4.1 | Allgemeines | 151 |
| 5.4.2 | Quellen | 151 |
| 5.4.2.1 | Karstquellen | 151 |
| 5.4.2.1.1 | Quellen Pegnitz 1-3 | 151 |
| 5.4.2.1.2 | Seeweiherquelle | 162 |
| 5.4.2.2 | Kreidequellen | 174 |
| 5.4.2.3 | Oberflächengewässer | 188 |
| 6. | Zusammenfassung | 205 |
| 7. | Literaturverzeichnis | 207 |
| 8. | Anhang | 210 |
| A. | Messergebnisse der Quellen | 219 |
| B. | Vermessungsdaten des Ponorzuflusses | 220 |
| C. | Vermessungsdaten des Ganges der Vogelberghöhle | 220 |
| D. | Vermessungsdaten des mäandernden Ponorzuflusses | 221 |
Nach dieser Gleichung liegt also nur dann ein Gleichgewicht im Wasser vor, wenn die Menge an CO2 auf der linken Seite die Menge an Calcium- und Hydrogencarbonat auf der anderen Seite in Lösung halten kann. Verändert sich der CO2-Gehalt auf der linken Seite, so führt dies entsprechend auf der rechten Seite zur Auflösung oder Fällung von Calciumcarbonat. Diese Reaktionsgleichung läßt sich recht gut im Karst verifizieren, da hier calcitund dolomithaltige Gesteine unter anderem durch CO2-haltiges Regenwasser aufgelöst und in das Grund- bzw. Oberflächenwasser eingebracht werden. Dieser Eintrag läßt sich schließlich mit Hilfe des Carbonathärte-Tests belegen. Der Trinkwassergrenzwert für die Carbonathärte liegt bei 400 mg/l Ca 3.1.2.3 Chlorid Chlorid gilt als nicht toxisch. Es dient als Zeigersubstanz von Deponien, kann als Streusalz oder bei der Chlorid-Düngung die Chloridkonzentration des Grundwassers in der Nähe von Straßen oder landwirtschaftlich genutzten Flächen eingetragen werden, oder es wird aus marin gebildeten Sedimentgesteinen herausgewaschen und in erhöhtem Maße in das Grundwasser eingebracht. Außerdem spielt Natriumchlorid im Stoffhaushalt von Mensch, Tier und Pflanze eine große Rolle, was Chlorid somit zu einem chemischen Verschmutzungsindikator werden läßt. Da sich die Chloridkonzentration im Wasser sehr gut mittels der elektrischen Leitfähigkeit nachweisen läßt, wird Chlorid sehr gern als Tracer (zum Beispiel im Karst) eingesetzt. [...]
Dies führt schließlich zu einer inneren Erstickung, wobei das betroffene Kind blau anläuft. Bei Erwachsenen kann die Aufnahme von Nitratwasser zur Ausbildung von Magenkrebs führen. Dabei bilden sich im Verdauungstrakt sogenannte Nitrosamine aus. Nitrosamine sind Carzinogene Verbindungen, die sowohl eine Amino-, als auch eine Nitrose-Gruppe enthalten. Nitrosamine bilden sich im Speichel bei der Aufnahme nitrathaltiger Nahrungsmittel oder (Grund-) Wasser. Aufgrund dieser Toxizität liegt der EU-Richtwert für Nitrat im Trinkwasser bei 25 mg/l. Deutschland stellt hier einen Ausnahme-Fall dar. Dies liegt daran, daß es in Deutschland noch viel Landwirtschaft gibt, in der mit Gülle gedüngt wird. Aus diesem Grund liegt der Trinkwassergrenzwert für Nitrat in Deutschland bei 50 mg/l. 3.1.2.2 Carbonathärte Die Carbonathärte umfaßt den gesamten Gehalt an Carbonaten und Hydrogencarbonaten, besonders die der Alkali- und Erdalkalimetalle, einer Wasserprobe. Die Carbonathärte berechnet sich aus der Säurekapazität bis zu einem pH von 4,3, auch als m-Wert bezeichnet. Dazu wird nach ADAM, GLÄßER & HÖLTING (2000) der Verbrauch an 0,1 N Salzsäure bei einer Titration von 100 ml einer Wasserprobe gegen den Indikator von Methylorange, der einen Farbumschlag von gelborange nach rot aufweist, bestimmt. Die Angaben erfolgen in [mmol(eq)/l]. Diese ergeben nach einer Multiplikation mit dem Faktor 2,8 die Carbonathärte in [° dH]. Dabei entspricht 1 ° der Konzentration von 10 mg/l CaO = 7,14 mg/l Ca = 0,179 dH mmol/l. Da die Carbonathärte, wie in Absatz 1 beschrieben, nur die Carbonat- und Hydrogencarbonat-Ionen des Wassers umfaßt, ist sie in der Regel niedriger als die Gesamthärte. Jedoch kann sie bei hohen CO2-Werten auch die Gesamthärte überschreiten. [...]
größeren Menge an Gülle zu einer Stau-Situation kommen, was zu einem erhöhten Gehalt an Ammonium führen könnte. Nitrite weisen auf Verrottungs- oder Verwesungs-Herde im Boden hin. NitritGehalte von 0,5 bis 1 mg/l kommen durch Abwässer im Boden. Bei NitritGehalten von 0,1 bis 2 mg/l spricht man von verschmutztem Wasser. In Moorwässern können 0,1 bis 1 mg/l Nitrit enthalten sein. Im Regenwasser ist ein Nitrit-Gehalt von 0,3 mg/l möglich. In Trinkwasser sollte kein Nitrit enthalten sein. Die Trinkwassergrenze liegt bei 0,1 mg/l. 3.1.2.1.3 Nitrat Der anthropogene Eintrag von Nitrat in das Grundwasser erfolgt über organische und anorganische Düngemittel, wie zum Beispiel Gülle und Ammoniumnitrat, dem Abstrom von Deponie-Sickerwässern oder der Abwasser-Versickerung. Eine weitere Anreicherung geschieht durch den pflanzlichen Abbau von Eiweißen im Boden. Der Gehalt von 10 mg/l gilt in Franken als geogen bedingt. Werte von 15 bis 50 mg/l deuten bereits auf eine anthropogene Beeinflussung hin. Allerdings können Schwankungen auftreten, die in Franken zwischen 20-40 mg/l (Verdünnung des Wassers durch Karst) und im Frankfurter Raum zwischen 100-120 mg/l liegen können. Nitrate sind so gut wie überall anzutreffen. Sie sind zwar nicht toxisch, haben aber einige Nachteile für den menschlichen Organismus. So können sie in Dosen > 500 mg/l zu einer Magenentzündung führen, da im menschlichen Magen reduzierende Bedingungen herrschen. Unter diesen Bedingungen wird das aufgenommene Nitrat zu toxischem Nitrit reduziert. Dieses Nitrit kann bei kleinen Kindern zur Methämoglobinämie (Blausucht) führen. Bei einem gesunden Organismus nehmen die roten Blutkörperchen Sauerstoff auf und geben CO2 wieder ab. Durch die Nitrit-Schädigung ist es den roten Blutkörperchen aber nicht mehr möglich, Sauerstoff aufzunehmen. [...]
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Link zur Arbeit:
http://www.diplom.de/ean/9783832497705
Arbeit zitieren:
Thriemer, Falk April 2004: Hydrogeologische und karsttektonische Untersuchungen inklusive Kartierung im Gebiet zwischen Neuhaus/Pegnitz und Auerbach/Oberpfalz, Hamburg: Diplomica Verlag
Schlagworte:
Hydrochemische Untersuchung, Karst, Gelände, Höhlen, Gebiet



