Schwefelkreislauf

Question 1

Eigenschaften von Schwefel

Answer 1

• wichtiger Bestandteil der Proteine, auch wenn die
lebende Biosphäre relativ wenig Schwefel enthält
(~ 1% der Trockenmasse)
• wie Stickstoff kann Schwefel in verschiedenen
Oxidationszuständen vorkommen: -2 in Sulfiden bis +6 in Sulfaten
• ursprünglich fast alles Schwefel als Pyrit (FeS2) in
den Primärgesteinen gebunden; Ausgasen der
Erdkruste und spätere Verwitterung unter aeroben
Bedingungen
-> Transport großer Mengen als SO4^2- in den Ozean
• Schwefel ist auch Bestandteil von Kohle und Erdöl
-> SO2^-Emissionen bei der Verbrennung fossiler
Brennstoffe
-> ~ 95 % des in der Atmosphäre vorkommenden
SO2 stammt aus der Kohle- und Erdölverbrennung

Question 2

natürliche Schwefelflüsse

Answer 2

• kurze Aufenthaltszeit in Atmosphäre, da meisten Schwefelverbindungen schnell oxidieren zu
SO4^2-
• S-Deposition an Land:
– SO4^2- aus Seesalzaerosol
– erhöhte SO4^2- -Konzentrationen durch Windverfrachtung aus Wüsten (Gips)
• Vulkanausbrüche
• Biogene Emissionen an Land sehr schwer abzuschätzen
• Natürlicher S-Kreislauf: Nettotransport vom Meer zum
Land
• Heute: Nettotransport vom Land zum Meer
(Atmosphäre + Flüsse)

Question 3

Anthropogene Schwefelemissionen

Answer 3

• ~ 80 Millionen Tonnen jährlich -> dominierende
Größe des Kreislaufs -> S-Kreislauf ist der vom
Menschen am stärksten beeinflusste Kreislauf
• Mensch nutzt vor allem Sulfide (Erze), Sulfate (Gips)
und Anhydrid (SO3) -> SO2 entsteht -> kehrt zurück als
saurer Regen
• Reduktion von Schwefelemissionen:
Moderne Entschwefelungsanlagen entfernen heute das
bei der Verbrennung schwefelhaltiger Materialien
(Kohle, Erdöl, Erdgas) entstehende SO2 direkt aus
dem Rauchgas der Verbrennungsanlage

Question 4

Deinition und Formel der Versauerung

Answer 4

• Acidität einer wässrigen Lösung ist der
  Überschuss an starken Säuren
• ergibt sich aus dem Gesamtgehalt der starken Säuren und starken Basen einer Lösung:
  Aci = Σ {starke Säuren} - Σ {starke Basen}

Question 5

Berechnen des Säureüberschusses

Answer 5

Aci =

[Cl^-] + 2[SO4^2-] + [NO3^-] + [F^-] - [Na^+] - [K^+] - 2[Ca^2+] - 2[Mg^2+] - [NH4^+]

Question 6

Arten von Versauerung

Answer 6

Saure Emission (Depostitionsbedingt)

• können anschließend zu sauren Niederschlägen werden
• können den pH-Wert bis auf 4.0 absenken

Pyrit-Verwitterung (Bergbau-bedingt)
- kann den pH-Wert bis auf < 2.0 absenken

(bis pH 4: chemische Verwitterung, darunter konsortiale
Leistung durch Mikroorganismen + Protozoen)

Question 7

Versauerung durch Pyrit-Verwitterung

Answer 7

• tritt in Begleitung von
  Kohlen- und Erzabbau
• ## führt zur Verockerung (Uferbereiche und Pflanzen sind überzogen mit Ockerschlamm)

Question 8

Verockerung der Spree

Answer 8

Trinkwassergewinnung in Berlin zu 70% als Uferfiltrat aus Havel + Spree (einzige autarke Trinkwasserversorgung einer 3,5 Mio. Metropole europaweit)
• technische Sulfat-Reduzierung bei der Trinkwasseraufbereitung sollte der Grenzwert von 250 mg/l Sulfat erreicht werden -> steigender Wasserpreis
• Gebäude-und Wasserleitungsschäden durch Betonfraß wegen des Sulfats im
Oberflächenwasser  steigender Unterhaltungsaufwand
• Verstoß gegen das Verschlechterungsverbot der EG-Wasserrahmenrichtlinie

Question 9

Versauerung durch Pyrit-Verwitterung

CHEMISCH

Answer 9

• mit molekularem Sauerstoff:
- Säurebildung über Oxidation des Schwefels

• mit anderen Elektronenakzeptoren:
- SO4^2- entsteht

• Ausfällung von Eisenhydroxid:
- Bildung weiterer Säure

Question 10

allgemein Nahrungsnetz in stark versauerten Seen

Answer 10

• nicht tot, sondern nur gering biodivers
• bieten Lebensraum für tolerante Organismen
• kurze Nahrungsketten, ausgezeichnet durch Extremophilie

Question 11

Nahrungsnetz in stark versauerten Seen, spezifischer

Answer 11

• Primärproduzenten
- Chlamydomona (Grünalgen), Eunotia und Pinnularia-Arten (Kieselalgen)
Säure- und Schwermetalltolerant

• Prädatoren
- Heliozoen (Sonnentierchen)

• Topprädatoren
- Corixa Punctata (Ruderwanzen), Notonecta glauca (Rückenschwimmer)

Question 12

Was kann getan werden gegen die Pyrit-Versauerung?

IM AKTIVEN BERGBAU

Answer 12

• FeS2

• Inertisierende Stoffe
• Schutzgas
• Materialselektive Gewinnung und Verkippung

• 7/2 O2

• Verringerung der Exposition
• Minimierung der Grundwasserabsenkung
• Zehrstoffe
• Beregnung/Einstau
• Bodenabdeckung
• Bodenverdichtung
• Bepflanzung

Question 13

Was kann getan werden gegen die Pyrit-Versauerung?

IM SANIERUNGSBERGBAU

Answer 13

• 2SO4^2-
- Heterotrophe Sulfatreduktion

• Fe^2+

• Sulfidische Fällung
• Karbonatische Fällung

• 2H^+
- Neutralisation mit alkalischen Stoffen