Uranmobilisierung im Helgoländer Buntsandstein – Auswirkungen auf die Brack- und Trinkwasserqualität

Zusammenfassung

Das Brackwasser auf Helgoland, welches durch das Prinzip der Umkehrosmose zu Trinkwasser aufbereitet wird, weist zum Teil relativ hohe Urankonzentrationen auf. Aus mehreren Studien ist bekannt, dass die hier anstehenden Gesteine des Buntsandsteins uranführend sind. Die Uranmobilisierung aus dem Gestein in das Brackwasser ist jedoch nicht erforscht und gab Anlass zu dieser Arbeit. Für die geochemischen Analysen (INAA, XRD, SEP) wurden 19 Gesteinsproben verwendet. Zur Bestimmung der Wasserchemie (IC, ICP-MS & -OES) wurden Analysen von 16 Wasserproben durchgeführt. Diese zeigen Urankonzentrationen von bis zu 5,4 µg/l im Brackwasser, während Meerwasser durchschnittlich 3,3 µg/l Uran enthält. Die geochemischen Analysen ergeben Urangehalte von 2,1 µg/g im Buntsandstein und bis 65 µg/g in darin vorkommenden Vererzungen. Sequenzielle Extraktionsversuche lassen eine deutliche Mobilisierbarkeit des Urans gebunden an Karbonate erkennen. Die Ergebnisse der hydrogeochemischen Modellierung zeigen, dass das gelöste Uran überwiegend in Uranyl-Karbonatkomplexen vorliegt. Es wird auf eine Teilmobilisierung des karbonatisch gebundenen Uranpools im Buntsandstein durch zur Anreicherung der Brackwasserlinse verrieselten Wassers geschlossen.

Abstract

On Heligoland, brackish water is treated via reverse osmosis for use as drinking water. This brackish water often contains relatively high concentrations of uranium, assumed to originate from the uranium-bearing Bunter Sandstone that forms the island. However, mobilization processes are unknown which has given rise to this study. Nineteen rock samples were used for geochemical analysis (INAA, XRD, SEP) and 16 water samples for hydrochemical characterization (IC, ICP-MS & -OES). Results show U concentrations up to 5.4 µg/l in the brackish water whereas seawater shows an average concentration of 3.3 µg/l. Geochemical results reveal U contents of 2.1 µg/g in the Bunter Sandstone and up to 65 µg/g in geochemically reduced areas of the rock. Sequential extraction indicates a high mobilization of U bound to carbonates. Speciation modeling shows that U mostly occurs in the form of uranyl carbonate complexes. A partial mobilization of the U pool bound in carbonates by irrigated water used for recharge of the brackish water lens is deduced.