dc.contributor.author
Siebert, Christian
dc.date.accessioned
2018-06-07T17:26:26Z
dc.date.available
2006-02-15T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/3822
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-8022
dc.description
Titelblatt, Zusammenfassung und Verzeichnisse
Einleitung
Methodik
Geographie
Geologie
Struktur des Kinneret Beckens
Hydrogeologie und Hydrogeochemie
Ergebnisse und Diskussion
Quantifizierung der unspezifizierten Zutritte von (salinaren) Grundwässern in
den See Genezareth
Schlussfolgerungen
Perspektiven
Literaturverzeichnis
Register
Anhang
dc.description.abstract
Ziel dieser Studie war es, Grundwasserzutritte in den See Genezareth zu
erkennen, chemisch zu charakterisieren und zu quantifizieren. Für die
Detektion solcher Zuströme war es notwendig die verschiedenen Grund- und
Oberflächenwässer, die in diesen Prozess involviert sind, chemisch durch
Haupt-, Neben- und Spurenelemente (REE+Y) sowie isotopenchemisch ( δ 18O, δ
2H, δ 13C, δ34S) zu erfassen. In sämtlichen Grundwässern verdeutlichen
saisonale hydrochemische Variationen die jeweilige hydraulische Anbindung an
(i) spezifische Aquifere, (ii) unterschiedliche thermo-salinare Grundwässer
sowie (iii) von den Infiltrationsgebieten abhängige Neubildungswässer. 5
Grundwassertypen sind im Beq at Kinarot anhand von Spider-Mustern und
Elementverhältnissen auszuhalten. Diese Gruppierung gibt Aufschluss über die
Lithologie der Entlastungsaquifere sowie den Anteil und die Art zutretender
thermo-salinarer Wässer. \- Typ B1 repräsentiert Wässer der Judea-Kalksteine,
die in geringen Mengen Halit und Gips aufgenommen haben. Mit Ausnahme von
Bohrung D 906 sind die Grundwässer dieses Typs unbeeinflusst von thermo-
salinaren Wässern. \- Typ B2 umfasst Wässer, die überwiegend aus Eozänen
Avedat- und nur geringfügig den Judea-Karbonaten entstammen und Beimengungen
von Gips und Halit enthalten. Anhand der Elementverhältnisse werden die
Subtypen Typ B2a (Tabgha Gruppe) und Typ B2b (Hammat Gader) unterschieden. Typ
B2a ist von aufsteigenden Na-Ca-Mg-Cl-Solen beeinflusst und Typ B2b durch die
Verwitterung der Vulkanite beeinflusst. \- Typ B3 repräsentiert thermo-
salinarer Wässer. Sie entstammen ausschließlich dem Unteren Aquifer der
westlichen Grabenflanke und weist molare Mg/Ca Verhältnis <1 auf. Cl/Brund
B/Cl Verhältnisse zeigen in Fuliya und Tabgha (KIN 8), dass Solen aus der
Ablation verdeckter Evaporite (Halit, Gips) den überwiegenden Anteil der
thermo-salinaren Endglieder bilden, während in den Tiberias Quellen die
Beimischung von Na-Ca-Mg-Cl-Solen dominiert. \- Typ C ist geprägt durch
oxidativen Basaltverwitterung. Hohe Nitratgehalte belegen die starke
antropogene Beeinflussung aus der Landwirtschaft. \- Typ D mit molaren Mg/Ca
Verhältnissen >1 und erhöhten bis hohen Salinitäten tritt landseitig nur
ufernah in der Ostflanke und südlich Tiberias auf. Die Elementverhältnisse
kennzeichnen Ha On 1 als Derivat einer primären Evaporationssole. Das
Glaukonit-reiche Einzugsgebiet der Gofra-Quellen wird anhand hoher B-Gehalte
im Quellwasser angezeigt. Im Beq at Kinarot zeigen alle Grundwässer mit
erhöhter Mineralisation 2Na/(Ca+Mg)>1 (molar). Das verweist auf die intensive
Laugung von Evaporitkörpern, wie dem in Zemah. In Tiberias entspricht das
salinare Endglied einer Mischung aus einer Ablationssole und einer chemisch
modifizierten, residualen Evaporationssole. Eine solche modifizierte Restsole,
als Teil des salinaren Endgliedes, ist nur in und nördlich von Tiberias zu
beobachten, wobei die Mischungsverhältnisse regional stark schwanken. Die
Modifikation der Primärsole ist das Resultat ihrer Migration durch
Alkaliolivin-Basalte und Gabbros sowie Kalksteine, wie sie im Graben sensu
stricto und der westlichen Flanke vorkommen. Durch die Chloritisierung und
Albitisierung der Magmatite und die Dolomitisierung der Kalksteine wurde das
ursprüngliche Mg/Ca Verhältnis von >1 zu Mg/Ca<1 verändert. Aufgrund der
starken Ähnlichkeiten (Cl/Br, Na/Cl) zwischen Tiberias und Ha On 1, kann ein
salinares Endglied wie in Ha On 1 der Primärsole entsprechen. In gut
entwickelten Fließsystemen tapezieren Seltenerd Elemente+Y (REY) die
Aquiferwandungen mit der Initialsignatur des Wassers und das Wasser behält im
Unterschied zur makrochemischen, die REY-Signatur des Infiltrationsgebietes
bei. Anhand der REY-Muster wurden die Grundwässer klassifiziert. \- Typ REY-A1
entspricht Wässern aus der karbonatischen und stellenweise mergeligen Judea-
Gruppe. Die Muster sind durch einen ausgeprägt glatten Verlauf und einen
schwachen Abfall von den leichten zu den schweren REE gekennzeichnet. \- Typ
REY-A2 tritt nur in Tabgha auf und ist gekennzeichnet durch geringe REY-
Gehalte sowie ausgeprägte negative Ce- sowie positive Gd- und Y-Anomalien. Sie
repräsentieren das sauerstoffreiche, verkarstete System der Eozänen Karbonat-
Aquifere. \- Typ REY-A3 repräsentiert thermo-salinare Wässer aus Tiberias und
ist mit seinen sehr flachen Mustern und ausgeprägten Y-Anomalien dem Typ
REY-A1 ähnlich. Sie stehen mit den hydrothermal überprägten Kalksteinen des
Unteren Aquifers in Kontakt. \- Typ REY-A4 ist durch einen überwiegend steilen
Verlauf der leichten REE (La bis Sm) charakterisiert. Diese ebenfalls thermo-
salinaren Grundwässer entstammen Kontaktzonen von Kalken mit intrusiven
Magmatiten. \- Typ REY-B ist nur in der östlichen Grabenflanke sowie in Ein
Porih vertreten und deutet durch Muster mit variablen Ce-, Gd- und Y-Anomalien
auf Verwitterungslösungen aus den Golan- und Cover-Basalten hin, in denen
FeOOH-Fällungen stattgefunden haben. Die stabilen Isotope δ18O und δD der
Grundwässer verweisen auf eine Mischung leichter Neubildungswässer mit
isotopisch schweren thermo-salinaren Grundwässern. Aufgrund der Isotopendaten
aus dem Quellsystem Tabgha, ist ein bislang unbekannter Zustrom an isotopisch
leichtem Wasser aus nördlichen Regionen durch den Korazim-Block in das Beq at
Kinarot nachgewiesen. Das Wasser des See Genezareth wurde in 12 Seeprofilen
auf die Haupt-, Neben- und Spurenelement- sowie Isotopenverteilung untersucht.
Abgesehen von Barbutim , Tabgha und G , drei Profilen, in denen sowohl die
Makro- und Isotopenchemie, als auch die REY klar auf einen Zustrom an
Grundwasser hinweisen, sind Zutritte in sämtlichen anderen Regionen des Sees
nur anhand der Ce-Anomalie und geringfügigen Änderungen der REY-Muster
nachweisbar. Anhand von Daten der Mekorot Company Ltd. wurde für das
hydrologische Jahr 2002/2003 die in den See zutretende Menge an Grundwasser
sowie deren Cl- und Br-Gehalte auf 84×106 m3/a, 66×106 kg/a Cl und 0,54×106
kg/a Br bilanziert. Die Unsicherheiten bei der Bestimmung der monatlichen Zu-
und Abflüsse des Sees führen zu einer Fehlerbreite, die im Bereich des
bilanzierten Grundwasserzuflusses liegt. Die Kombination von flächenhaften
Informationen über spezifische elektrische Widerstände im Porenwasser mit
lokalen Informationen zu eintretenden Cl-Mengen durch Diffusion und Advektion
aus Bohrdaten ergab einen jährlichen Minimal-Input von 22×106 kg Chlorid. Die
Wichtung von Cl-Strömen mit Flächen gleicher spezifischer Widerstände gibt die
Realität genauer wider, als eine Berechnung von jährlichen Stoffflüssen auf
Basis einer pauschalen Betrachtung der Seegrundfläche. Aus der Änderungen der
Ce-Anomalie an der Sediment-Wasser Grenzfläche wurde ein Netto- Strom von
Wasser aus dem Sediment in den See von minimal 44×106 m3 Wasser abgeleitet.
Unter der Annahme, dass in den oberen 0,3 m des Sedimentes ein
durchschnittlicher Cl- Gehalt von 350 mg/l existiert, resultiert ein Netto-
Zustrom von >17×106 kg Cl pro Jahr in den See. Die Berechnung über
Diffusion/Advektion sowie über die Änderung der Ce-Anomalie ergaben einen
Zustrom an Chlorid durch den Seegrund, der definitiv 20×106 kg/a
überschreitet, ohne eine obere Grenze angeben zu können.
de
dc.description.abstract
Abstract The aim of the study was to detect, to characterise and to quantify
groundwater-inflows into the Lake Kinneret (Sea of Galilee, Lake Tiberias or
See Genezareth). To detect those inflows, it was necessary to chemically
acquire all ground- and surface waters, which are involved in this process by
using a combination of advanced hydrochemical methods: major and minor
elements, trace elements (REE+Y), radiogenic (3H) and stable isotopes (δ 18O,
δ 2H, δ 13C, δ34S). Seasonal hydrochemical variations clarify the hydraulic
connection of groundwaters to (i) specific aquifers, (ii) different thermo-
saline groundwaters, and (iii) to recharge waters, which are chemically
dependent on the lithology of their recharge areas. In the Beq at Kinarot, 5
types of groundwater are outlined on the base of spider-patterns and ionic
ratios. That grouping gives information about the lithology of the aquifers of
discharge and the mixing with thermo-saline groundwaters. - Type B1 represents
waters from Judea-limestones, where only small amounts of halite and gypsum
occur. With exception of well D 906 no other groundwater of this type is
influenced by thermo-saline waters. - Type B2 comprises waters mainly from
Eocene Avedat- and only minor from Judea-limestones, which also contain some
gypsum and halite. Based on ionic ratios this type is subdivided in type B2a
(Tabgha group) and type B2b (Hammat Gader group). Waters of type B2a is
compositionally altered by ascending Na-Ca-Mg-Cl-brines, whereas type B2b is
influenced by weathering solutions of basalts. - Type B3 represents thermo-
saline waters. They are solely from Lower Aquifer of the western graben
shoulder showing Mg/Ca molar ratios <1\. Cl/Br- and B/Cl ratios in Fuliya and
Tabgha (KIN 8) indicate high contributions of ablation brines of still
undiscovered evaporate bodies (halite, gypsum). However, in Tiberias mixing
with Na-Ca-Mg-Cl-brines dominates. - Type C represents water from oxidative
weathering of basalts. High contents of nitrate document a strongly
anthropogenic influence by agriculture. - Type D with high Mg/Ca molar ratios
>1 and with elevated to high salinities is solely observable along the eastern
graben shoulder and south of Tiberias. Ionic ratios of groundwater from Ha On
1 indicate the presence of a primary evaporation brine of the Sdom Sea. The
recharge area of Gofra spring is rich in glauconitic minerals, which may
explain the high contents of B in this type of water. In Beq at Kinarot, all
groundwaters with elevated mineralisation show molar 2Na/ (Ca+Mg)>1, which
indicates intensive leaching of evaporate bodies such as that of in Zemah
borehole. In Tiberias, the saline end-member is a mixture of residual
evaporation brine chemically modified by albitisation and dolomitisation and a
Na dominated ablation brine. As part of the saline end-member, the modified
brine is only observable in and north of Tiberias. However, the mixture ratios
locally strongly differ. Modification of primary evaporation brine is the
result of their migration through alkali-olivine-basalts, gabbros and
limestones as they occur in the graben sensu stricto and in the western graben
flank. The former Mg/Ca molar ratio >1 is turned <1, because of chloritisation
and albitisation of plagioclase and the dolomitisation of the limestones.
Waters from Tiberias show strong analogies (Cl/Br, Na/Cl) to those in Ha On 1.
In Tiberias, these refer to a saline end-member which is similar to the
primary brine in Ha On. In well developed flow systems rare earth elements
including yttrium (REY) cover the aquifer walls with the initial signature of
the water. In contrast to the major elements, water maintains the REY-
signature of the lithology in the area of infiltration. Using REY-patterns,
waters have been classified. - Type REY-A1 corresponds to waters from the
carbonaceous and sometimes marly Judea-group. The patterns show a distinct
flat course with a slight decline from light towards the heavy rare earths. -
Type REY-A2 occurs only in the Tabgha area and is characterised by low
contents of REY and well developed negative Ce-, positive Gd- and Y-anomalies.
These waters represent the oxygen rich karstified system of the Eocene
limestone aquifers. - Type REY-A3 represents thermo-saline waters from
Tiberias. With flat patterns and well developed Y-anomalies. They are similar
to type REY-A1 but are in contact with hydrothermally altered limestones of
the Lower Aquifer. - Type REY-A4 is characterised by predominantly steep
decline of the light REE (La to Sm). Groundwater of this type is also of
thermo-saline origin, form instance, contact zones of limestones and intruded
igneous basic rocks. - Type REY-B is present solely along the eastern graben
shoulder and in Ein Porih. Patterns with variable Ce-, Gd- and Y-anomalies
refer to solutes from weathering of the Golan- and Cover Basalts, where
precipitation of FeOOH occurred. Stable isotopes δ18O and δ2Η in groundwaters
are the results of mixing of (i) isotopically light recharge and (ii)
isotopically heavy, ascending thermo-saline groundwaters. δ18O and δ2H in
Tabgha waters establish an inflow of isotopically very light groundwater from
the north into the Beq at Kinarot. The distribution of major-, minor- and
trace elements as well as of isotopes in the water of Lake Kinneret was
investigated in 12 lake-water profiles. With the exception of profiles
Barbutim , Tabgha and G were hydrochemistry and isotopes clearly indicate
the inlet of groundwater, in all other locations constant inflow of
groundwater into the lake water was only provable by the systematic change of
Ce-anomalies and marginal changes in REY-patterns at the sediment/water
interface. On the base of data from Mekorot Comp. Ltd., the amount of
inflowing groundwater at the lake bottom and the contents of Cl and Br were
balanced for the hydrological year 2002/03. The results are inflow of 84×106
m3/a, Cl and Br equal 66×106 and 0.54×106 kg/a, respectively. However, the
uncertainties of the monthly in- and outflows of the lake fully cover the
estimated inflow. Combination of (i) areal information on specific electric
resistivities in pore-waters and (ii) chemical analyses of pore fluids, lead
to a yearly minimum input of 22×106 kg chloride by diffusion/advection.
Weighting the Cl input by areas of similar specific resistivities describes
the reality much better than a lump-sum view of the basal area of the lake.
From the systematic changes of the Ce-anomalies at the sediment/water
interface a net-stream of minimal 44×106 m3 pore water into the lake was
derived. From the assumption in the upper 0.3m of the sediment chloride is
about 350 mg/l a net-inflow of >17×106 kg Cl per year is derived. The inflow
of chloride through the lake bottom as calculated by diffusion/advection and
by the changing Ce-anomalies are definitely more than 20×106 kg/a, without
knowing the upper limit.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
rare earth elements
dc.subject
water resources
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::550 Geowissenschaften, Geologie::550 Geowissenschaften
dc.title
Saisonale chemische Variationen des See Genezareth, seiner Zuflüsse und deren
Ursachen
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Peter Moeller
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Asaf Pekdeger
dc.date.accepted
2006-01-05
dc.date.embargoEnd
2006-03-24
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000002084-9
dc.title.translated
Seasonal hydrochemical variations and their causes of Lake Kinneret (Sea of
Galilee, See Genezareth) and of its inflows
en
refubium.affiliation
Geowissenschaften
de
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FUDISS_thesis_000000002084
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