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Hydrogeochemie und Hydrogeologie

Geothermometrie und Hydrogeochemie von Thermal-Wässern aus Poços de Caldas im Bundestaat Minas Gerais in Brasilien.

Thermalwasserquellen treten an verschiedensten Stellen der Erde mit unterschiedlichen geologischen Hintergründen auf. Die Stadt Poços de Caldas liegt im Norden eines alkalin-vulkanischen Komplexes der vermutlich eine tief erodierte Caldera darstellt. Die magmatischen Gesteine sind ca. 70 Millionen Jahre alt. Das Auftreten von hydrothermalen Quellen spiegelt den erhöhten Wärmefluss dieser Region wider (ca. 38 °C/km). Die Ursache dieses erhöhten Wärmeflusses hängt vermutlich mit der Wärmeproduktion durch radioaktiven Zerfall zusammen, da die Gesteine sehr viel Uran und Thorium enthalten, die  lokal auch in abbauwürdigen Konzentrationen vorliegen.

In der  Stadt Poços de Caldas (portugiesisch für „heiße Quellen“) werden mehrere artesische warme und kalte Quellen im Stadtgebiet zu Heil und Badezwecken genutzt. Die Beschaffenheit dieser Wässer ist sehr unterschiedlich. Die Quell-Wässer können aufgrund ihrer hydrogeochemischen Eigenschaften zum einen in eine Gruppe von oberflächennahen Grundwässern und zum anderen einer Gruppe von tiefen aufsteigenden Thermalwässern zugeordnet werden.

Mithilfe von chemischen Geothermometern können Temperaturen und Tiefe abgeschätzt werden, in denen die Thermal-Wässer gebildet werden. Diese Geothermometer (z.B.Quarz-, Na/K, K-Mg-Geothermometer etc.) beruhen auf temperaturabhängigen Lösungs- oder Austauschreaktionen von Gestein und Wasser. Die hydrogeochemische Genese der thermalen Wässer ist dabei entscheidend für die Auswahl der Geothermometer.

 

Beispiel:

Na/Ka-Geothermometer beruhen auf der temperaturabhängigen Austauschreaktion von Kali-Feldspat und Albit (Natronfeldspat):

K+  +  Na-Feldspar   =   Na+  +  K-Feldspar

Mit der Gleichgewichtskonstanten dieser Austauschreaktion kann die Gleichgewichtstemperatur der Reaktion bei einem bestimmten Natrium-Kalium-Verhältnis berechnet werden:

Formel_MinasGerais
 

Um die Genese dieser Wässer zu verstehen, werden die in den Wässern gelösten Seltenen Erde Elemente (REE) untersucht. Diese bieten durch ihre in aquatischen Systemen spezifischen Eigenschaften die Möglichkeit einen „Fingerabdruck“ des Aquifergesteins abzubilden und somit weitere Hinweise auf die Genese der Thermalwässer zu bekommen.

Eventuelle Einflüsse des oberen Erdmantels als Wärmequelle des Systems können über den Gehalt an gelösten Edelgasen identifiziert werden. Speziell das Verhältnis der Helium Isotope 3He (sog. Mantelhelium) zu 4He (radiogenes Helium) kann Hinweise auf Masse- und/oder Wärme-Fluss durch tiefe offene Störungen vom Mantel zur Kruste geben.

 

 

Poster Geothermometry on spring waters from Poços de Caldas, Minas Gerais, Brazil

 

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Letzte Änderung: 23.01.2013
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