KarbonatlöslichkeitKarbonatfällung

CO2 – Partialdruck Temperatur

Das Karbonatsystem

H2CO3 oder HCO3- oder CO3

2-

pH-Wert

H2CO3 HCO3- CO3

2-

H2CO3 ist eine schwache Säure,

die bei neutralem pH Teilweise in das Hydrogenkarbonat-Ion dissoziiert.

Bei alkalinem pH dissoziiert sie in das Hydrogenkarbonat- und Karbonat- Ion.

HCO3- H+ + CO3

2-

H2CO3 H+ + HCO3-

Einfluß des pH-Wertes

bildet mit Kalzium gelöstes Kalzium-Bikarbonat Ca(HCO3)2

fällt mit Kalzium Kalzit / Aragonit

Das Karbonatsystem

Wasser reagiert mit CO2 und bildet Kohlensäure

H2O + CO2 H2CO3

Kohlensäure reagiert mit Ca2+ bei CO2 Überschuß

zu Kalziumhydrogenkarbonat (bleibt in Lösung).

2H2CO3 + Ca2+ Ca(HCO3)2 + 2H+

Wird dem Wasser CO2 entzogen bildet sich das Karbonat-Ion und Kalzium-Karbonat (Aragonit, Kalzit) aus.

H2CO3 + Ca2+ CaCO3 + H2

Einfluß des CO2 – Partialdruck

Das Karbonatsystem

Atmosphärisches CO2

Diffusion über Sediment-Wassergrenze, Auswaschung mit Niederschlag

Biogenes CO2

CO2 – Produktion durch Mineralisation organischen MaterialsCO2 – Produktion durch FaunenatmungCO2 – Zehrung durch Pflanzen

Variable CO2 Quellen

(Subaerische und) subaquatische vulkanische Exhalation

CO2 Gehalte in 60cm Bodentiefe

Sandboden 0,11 - 0,57% CO2

Lehmboden 0,2 - 1,13 % CO2

Moorboden 1,01 - 3,77 % CO2

(z. Vgl. Atmosphäre 0,03% CO2)

(Zahlen nach Schwoerbel 1987, Einführung indie Limnologie)

Auswaschung

Variable CO2 QuellenDas Karbonatsystem

Einfluss von Druck und TemperaturDas Karbonatsystem

Kalzitlöslichkeit in reinem Wasser bei 25°C (Engelhardt, 1973):

pCO2 3 x 10-4 atm (0,03 %) 50 mg Kalzit / l H20 30 x 10-4 atm (0,3 %) 107 mg Kalzit / l H2O

Kalzitlöslichkeit bei pCO2 = 3,2 x 10-4 atm (Rudert & Müller, 1982):

bei 0°C 81 mg Kalzit / l H20 25°C 56 mg Kalzit / l H2O 100°C 18 mg Kalzit / l H2O

Das Karbonatsystem

z.B.

(heiße) Quellen / Höhlen Tropfsteine, Travertine

Lithologiewechsel

Primärproduktionszone in Gewässern

Konsumenten-/Destruentenzone in Gewässern

Orte starker Änderung von Druck / Temperatur/ pH

hoch CO2 – Partialdruck niedrig

niedrig (Süßwasser) Salinität hoch (Salzwasser)

kalt Temperatur warm

hoch Karbonatlöslichkeit niedrigwenn ...

hoch Druck niedrig

niedrig pH-Wert hoch

Das Karbonatsystem

Tafelbild entwickeln lassen – Transfer des zuvor gelernten

Flachwasser-KarbonatsystemTiefwasser- karbonatsystem Profile Temperatur, CO2, ACD, CCD

Tiefenprofil / Meridionalprofil Verteilung mariner Karbonatbildung

Wo bilden sich im globalen Maßstab Verstärkt karbonatische Sedimente ?

1000

3000

40005000

6000

2000

0

Was

serti

efe

wärmerkälter

Druck höher

Druck niedrigerCO2-P.Druck niedriger

CO2-P.Druck höher

kälter CCDACD

Calcite Compensation Depth

Die KarbonatbestimmungZerstörung der Karbonate durch eine Säure oder thermische Zerstörung der Karbonate

Messung der Menge des entstehenden CO2

+ volumetrisch+ Gewichtsdifferenz+ spektroskopisch

Rückrechnung auf Karbonatgehalt

Problem unterschiedliche Karbonate

Karbonatbestimmung

CaCO3 + 2HCl H2O + Ca2+ + 2Cl- + CO2

(40+12+3x16)+2X(1+36) (2x1+16) (40)+(2X36) (12+2x16)100 / 44 = 2,27

CaCO3 = 2,27 x CO2