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Severine Dietz

• Vor dem Hintergrund der zunehmenden Anzahl an Tagebauseen sowie den Folgen der anthropogen veränderten Klimaentwicklung und infolgedessen der Möglichkeit des Entstehens oder/und des Zusammenbrechens von Meromixis in Seen besteht die Notwendigkeit, Kenntnisse über die Dichteschichtung verursachenden chemischen Prozesse sowie die in der Wassersäule auftretenden Dichtegradienten und die Dichtebeiträge gelöster Stoffe zu gewinnen. Aus diesem Grund wurden zwei meromiktische, in der Lausitz gelegene Seen (Waldsee, Moritzteich) untersucht. Ziel war es, neben den Ursachen der Dichteschichtung die (bio)geochemischen Prozesse in der Wassersäule sowie an der Sediment-Wasser-Grenze zu untersuchen sowie Dichtegradienten und die Dichtebeiträge gelöster Stoffe im Gewässer zu quantifizieren. Hierzu wurden die Seewasser-, Sediment-, Sinkstoff- und Porenwasserbeschaffenheit chemisch analysiert sowie tiefenorientierte Messungen der Vor-Ort-Parameter in der Wassersäule durchgeführt. Die Daten waren Basis geochemischer Berechnungen, der BestimmungVor dem Hintergrund der zunehmenden Anzahl an Tagebauseen sowie den Folgen der anthropogen veränderten Klimaentwicklung und infolgedessen der Möglichkeit des Entstehens oder/und des Zusammenbrechens von Meromixis in Seen besteht die Notwendigkeit, Kenntnisse über die Dichteschichtung verursachenden chemischen Prozesse sowie die in der Wassersäule auftretenden Dichtegradienten und die Dichtebeiträge gelöster Stoffe zu gewinnen. Aus diesem Grund wurden zwei meromiktische, in der Lausitz gelegene Seen (Waldsee, Moritzteich) untersucht. Ziel war es, neben den Ursachen der Dichteschichtung die (bio)geochemischen Prozesse in der Wassersäule sowie an der Sediment-Wasser-Grenze zu untersuchen sowie Dichtegradienten und die Dichtebeiträge gelöster Stoffe im Gewässer zu quantifizieren. Hierzu wurden die Seewasser-, Sediment-, Sinkstoff- und Porenwasserbeschaffenheit chemisch analysiert sowie tiefenorientierte Messungen der Vor-Ort-Parameter in der Wassersäule durchgeführt. Die Daten waren Basis geochemischer Berechnungen, der Bestimmung dichterelevanter chemischer Prozesse und Parameter sowie der Berechnung der Dichtegradienten in der Wassersäule und der Dichtebeiträge gelöster Stoffe. Die Ergebnisse zeigten, dass in den untersuchten Braunkohletagebauseen die Meromixis auf der biogeochemischen Umsetzung des Eisens mit der Bildung eisenhydroxidischer und -hydroxosulfatischer Minerale im Mixolimnion und deren Auflösung sowie der Reduktion des Eisens(III) zu Eisen(II) im Monimolimnion beruht. Dabei war die Beschaffenheit der im Mixolimnion gebildeten Eisenverbindungen pH-abhängig. Bei pH-Werten ≤3 wurden Eisenhydroxosulfate (vermutlich Schwertmannit) und bei pH-Werten von 6 bis 7 Ferrihydrit ausgefällt. Die in den Monimolimnionsedimenten ablaufende Sulfatreduktion führte zu einem in das Sediment gerichteten Sulfat- und Eisenfluss, wobei bei einem möglichen Eisenüberschuss dieses auch ins Wasser freigesetzt und somit zu einer Erhöhung der Dichte im Monimolimnion beitragen konnte. Die im Mixolimnionsediment ablaufenden chemischen Prozesse waren vor allem vom vorliegenden geochemischen Milieu abhängig. Dabei können in Organikreichen Sedimenten sulfatreduzierende Prozesse stattfinden, wohingegen in den sauren, geringer organischen Sedimenten möglicherweise eine diagenetische Umwandlung metastabilen Schwertmannits zu stabileren Goethit vorliegt. Der chemische Dichtegradient beruhte im Wesentlichen auf Eisen(II) und dem Karbonatsystem (HCO3-+CO2), zu geringeren Anteilen auf DOC und Calcium sowie, ausschließlich im Moritzteich, auf Sulfat. Insgesamt war der in beiden Seen durch die chemischen Stoffe verursachte Dichtegradient zwischen Mixo- und Monimolimnion mit maximal rd. 1,0 g/l gering. Saisonale Veränderungen des chemischen Dichtegradienten in beiden Seen waren marginal. Somit basierten Schwankungen des Gesamtdichtegradienten in der Wassersäule vor allem auf den Änderungen der Temperatur und weniger auf den Änderungen der Konzentrationen gelöster Stoffe.…
• The potential formation and/or collapse of meromixis in lakes due to climate change demands a better understanding of the influence of chemical processes and dissolved solutes on water density changes with depth. This need is amplified by the ever-increasing number of mining lakes with their potential for meromixis. The aim of this thesis is to investigate causes of density stratification and bio-/ geochemical processes in lakes as well as at the sediment water interface. Additionally, density gradients of solutes dissolved in lake water are quantified. Two meromictic mining lakes in the Lusatian mining district have been investigated, Waldsee and Moritzteich. The composition of the lake water, sinking particles, sediments, and pore water have been analysed chemically. Measurements of in-situ parameter changes with depth within the lake water have been performed. The collected data form the basis for geochemical analyses of the determination of (depth-relevant) chemical processes and parameters as well as for the analyses of waterThe potential formation and/or collapse of meromixis in lakes due to climate change demands a better understanding of the influence of chemical processes and dissolved solutes on water density changes with depth. This need is amplified by the ever-increasing number of mining lakes with their potential for meromixis. The aim of this thesis is to investigate causes of density stratification and bio-/ geochemical processes in lakes as well as at the sediment water interface. Additionally, density gradients of solutes dissolved in lake water are quantified. Two meromictic mining lakes in the Lusatian mining district have been investigated, Waldsee and Moritzteich. The composition of the lake water, sinking particles, sediments, and pore water have been analysed chemically. Measurements of in-situ parameter changes with depth within the lake water have been performed. The collected data form the basis for geochemical analyses of the determination of (depth-relevant) chemical processes and parameters as well as for the analyses of water density gradients and the density contribution of dissolved solutes. Results show that meromixis depends in the studied mining lakes on the biogeochemical transformation of iron, on the development and dissolution of ironhydroxides and -hydroxysulfates within the mixolimnion and on the reduction of ferric iron into ferrous iron within the monimolimnion. The sulfate reduction taking place within the monimolimnion sediments leads to a sediment-oriented migration of sulfate and iron. Here, a possible iron surplus might render a dissolution of iron into the lake water, leading to an increase of the density within the monimolimnion. The chemical processes taking place within the mixolimnion sediment of the lakes mainly depend on the geochemical environment. Within sediments rich in organic components, such as those of Waldsee, sulfate reducing processes might occur. In contrast, in acidic sediments with less organic matter, such as those of Moritzteich, measurements indicate a diagenetic transformation of metastabile Schwertmannite into more stable Goethite. The chemical density gradient largely depends on iron(II) and on the carbonate system (HCO3- + CO2), to a lower degree on DOC and calcium and, in case of Moritzteich, on sulfate. In Waldsee, sulfate was not relevant for maintaining the chemical density stratification due to its nearly uniform density contribution at all depths. In conclusion, the density gradient between mixo- and monimolimnion caused by chemical solutes is rather small. For Waldsee, values lie around 0.5 g/l and for Moritzteich around 1.0 g/l. Seasonal changes of the chemical density gradient are rather small in both lakes. Thus, variations of the overall density gradient of the lake water in both lakes mainly depend on the temperature change rather than the concentration of solutes.…