Quantitative und qualitative Analyse von fossilen Kohlenwasserstoffen und ihren Umwandlungsprodukten in Böden aus Posidonienschiefer (Ith-Hils-Mulde)

Abstract

Durch die geologische Situation bedingt, streicht der Posidonienschiefer im Ith-Hils-Gebiet (NW-Deutschland) an die Oberfläche aus und ist bodenbildendenProzessen unterworfen. In der Nähe dieser Ausbiße standen dem ICH-5 unverwitterte Proben des Posidonienschiefers aus Flachbohrungen zur Verfügung. lm Rahmen dieser Arbeit wurden Proben des unverwitterten Posidonienschiefers der Flachbohrungen mit denen des verwitterten Posidonienschiefers der Böden verglichen, um die Umsetzung des organischen Materials durch die Verwitterung und die Belastung von Böden durch geogene Kohlenwasserstoffe aus kohlenstoffreichen Gesteinen zu untersuchen. Der Einfluß der Maturität des organischen Materials auf das "Schicksal fossiler Kohlenwasserstoffe" wurde ebenfalls untersucht. Die Gleichheit der bodenkundlichen und mikrobiologischen Parameter der Böden der Lokationen Dielmissen, Dohnsen und Harderode gewährleisten einegute Vergleichbarkeit der Böden untereinander. Die organischen Kohlenstoffgehalte der Böden erreichen in einer Teufe von ca. 1 m annähernd die Werte des unverwitterten Posidonienschiefers. Bis an die Oberfläche ist eine Abnahme der TOC-Werte um 1/2 bis 2/3 des ursprünglichen Wertes auf 3-4% zu verzeichnen. Die Karbonat-Gehalte folgen diesem Trend. Die Wasserstoffindex-Werte (H$_{I}$) des organischen Materials der Böden zeigen eine Abreicherung um ca. 50% in 1 m Teufe im Vergleich zum unverwittertem Material der Bohrungen Dielmissen und Dohnsen (ca. 30-50 m). In Harderode beträgt die Abreicherung nahezu 2/3 des H$_{I}$-Wertes; zudem ist hier innerhalb des Bodenprofils nur ein schwacher Trend zur Oberfläche hin zu erkennen. Die größten Unterschiede in Veränderungen des organischen Materials sind zwischen Dohnsen und Harderode zu beobachten. Hierfür wird vor allem der thermische Einfluß des Massivs von Vlotho erantwortlich gemacht. Proben aus Boden der Lokationen Dohnsen und Harderode und jeweils eine repräsentative unverwitterte Posidonienschieferprobe wurden extrahiert und einer flüssigkeitschromnatographischen Auftrennung in Aliphaten, Aromaten, hochpolare Verbindungen, Säuren, Basen, Alkohole, Ketone, gebundene Säuren (Estersäuren) und gebundene Alkohole (Esteralkohole) unterzogen. Die höchsten Abreicherungen der Fraktionen der Aliphaten und Aromaten konnten dabei zwischen dem Posidonienschiefer und dem C-Horizont des Bodens festgestellt werden. Die Verteilung der n-Alkane blieb dabei jedoch fast identisch. Die dominierenden Verwitterungsprozesse sind vom Posidonienschiefer bis in den B-Horizont der Böden die chemische Oxidation. Im A- und teilweise im B-Horizont der Böden sind vor allem Wasserlösungsprozesse und Biodegradation für den Abbau des organischen Materials verantwortlich. Die mit Dichlormethan extrahierten Proben zeigten in den Fraktionen der Säuren, Alkohole, Ketone, gebundenen Säuren und gebundenen Alkohole weitgehend rezentes Material. Dies deutet auf einen vollständigen Abbau der Kohlenwasserstoffe oder auf eine starke Adsorption der durch die Metabolisierung entstandenen Heterokomponenten an die Oberfläche des Sediments (Tonmineraloberflächen) hin. Mit Hilfe einer nachgeschalteten sauren und basischen Extraktion konnten Oxidationsprodukte derKohlenwasserstoffe nachgewiesen werden. Die saure Extraktion setzte dabei weitgehend adsorbierte Oxidationsprodukte frei, während die basische Extraktion durch ihre hydrolytische Wirkung hauptsächlich über Esterbindungen kovalent gebundene Komponenten freisetzte. Die Hauptmenge an Oxidationsprodukten konnte in der Fraktion der Säuren nachgewiesen werden. Den größten Anteil stellten n-Carbonsäuren. Diese zeigen ein den Alkanen vergleichbares Verteilungsmuster. Desweiteren konnten aromatische Carbonsäuren identifiziert werden. Untergeordnet wurden Ketone als Oxidationsprodukte von Alkanennachgewiesen. Die Fraktion der Alkohole und Ester sind hauptsächlich rezentes Herkunft. Sie sind demanch als Zwischenprodukte der Oxidation zu instabil bzw. werden als Oxidationsprodukte von Kohlenwasserstoffen nicht gebildet. Die Hauptmenge an Oxidationsprodukten der Kohlenwasserstoffe wurde mit der basischen Hydrolyse gewonnen. Es wird daher die Bildung von Makromolekülen postuliert.