Kapitel 8: HYDROCHEMISCHE UND BAKTERIOLOGISCHE UNTERSUCHUNGEN

• Hydrochemie
• Die Bakteriologische Qualiät Der Karstwässer

Résumé -Abstract - Zusammenfassung-:

HYDROCHEMIE

* Kalziumkarbonat: Die meisten Wässer weisen Karsstypische Werte auf (siehe Abbildung).
* Mg: In den meisten Proben (siehe Abbildung) ist vier- bis siebenmal mehr Ca als Mg enthalten . Dies bedeutet, daß Kalksteine häufiger als Dolomite auftreten und nur wenige Wässer beprobt wurden, die aus reinen Dolomitgebieten stammen.
* Na, K, Cl: Wie von einem Karstgebiet, das weit vom Meer entfern liegt zu erwarten ist, tritt wenig Na, K und Cl  auf (In 90% der Proben machen sie weniger als 10% der Gesamtsalzmenge aus). Die Konzentration von Na und K ist ähnlich, was bei einem sedimentären Einzugsgebiet ungewöhnlich ist. Eine mögliche Erklärung könnte Umweltbelastung durch kalihaltige Dünger sein.
* CO2 und pH-Wert : Alle Wässer enthielten wenig gelöstes CO2 und der pH-Wert ist mit 7,5 bis 8,5 ziemlich hoch, weil die Luft der großräumigen und bewetterten Höhlen wenig CO2 enthielt (0,02 bis 0,04%). Außerdem  wurden die Proben im Winter genommen, als die biologische Aktivität gering war.
* NO3: Für Karstgebiete ist die Konzentration von 2 bis 20 ppm (Abb) verhältnismäßig groß, liegt jedoch unter dem  von der WHO empfohlenen Maximalwert für Trinkwasser (45 ppm) und unter den Werten, die in landwirtschaftlich genutzten Gebieten Europas auftreten (20 bis 80 ppm). Es besteht zwar eine Belastung durch Düngemittel, doch werden diese sehr effizient eingesetzt. Die Hauptflüsse sind stärker belastet als die Karstquellen.
* SO4: Wässer, die aus Bergwerken mit stark schwefelhaltiger Kohle stammen, haben einen sehr hohenSO4-Anteil (200 bis 900 ppm), der mit dem Eisengehalt zusammenhängt (Abb.).In Karstwässern ist es, wie für Karstgebiete üblich, kein dominierendes Ion (5 bis 15 % der Gesamtionen in 75 % der Proben), aber der Gehalt ist weit höher als wir erwartet haben: 50 % der Proben enthalten mehr als 20 ppm (Abb.). Erklärende Möglichkeiten sind der hohe Pyritgehalt mancher triassischer Karbonatgesteine und die Belastung durch atmosphärisches SO2, das von Kohleverbrennung herrührt.
*  Mn, Fe: Wässer, die durch das Obere Perm fließen, weisen einen sehr großen Mn- und Fe-Gehalt auf, der direkt mit dem SO4-Gehalt zusammenhängt (Abb.). Dies ist eine Folge der Auslösung von Pyrit aus kohleführenden klastischen Permlagen. Der sehr niedere pH-Wert (bis herunter zu 2,8 !) erklärt die für natürliche Wässer hohen Werte von bis zu 164 ppm. In Karstwässern ist der Gehalt größer als der, den wir von Europa her kennen. Die Ursache sind detritische Einschlüsse in fast allen Einzugsgebieten.
Die Wässer, die aus Kohlebergwerken stammen, sind sehr sauer. Der pH-Wert schwankt zwischen 2,8 und 3,2. Treten sie in ein Karstgebiet ein, steigt ihr pH-Wert wegen Kalklösung rasch an und sie mischen sich mit den Karstwässern. Die Abbildung zeigt, daß nach einer Fließstrecke von nur wenigen hundert Metern das Gleichgewicht fast erreicht ist. Die chemische Zusammensetzung der Wässer ist für kambrische und permische Aquifere unterscheidbar (siehe Tabelle, Abb.). Die ersteren enthalten wenig SO4 und Mg, während die Letzteren an SO4, Fe, Mn und Mg reicher sind, was sich auf detritische Ablagerungen zwischen den Kalkschichten zurückführen läßt.
Alle im Verlauf der Expedition beprobten Flüsse waren mit Kalziumkarbonat übersättigt. Es herrschte Trockenzeit und die Flüsse enthielten wenig CO2. Im Sommer, während der Regenzeit, wenn die hauptsächliche Abtragung stattfindet,  dürfte es anders aussehen. Wie errechneten aus Schüttung und Alkaligehalt der Wässer eine spezifische Ablation von 40 mm  / 1000 Jahre.

DIE BAKTERIOLOGISCHE QUALITÄT DER KARSTWÄSSER

Während der Expedition nahmen wir Wasserproben von großen unterirdischen Flüssen. Sie stellen die wichtigsten Bezugsquellen für Trinkwasser dieser Gebiete dar. Entlang der ganzen Fließstrecke wurden Proben entnommen, um zu sehen,  wie die bakeriologische Belastung variiert. Wir versuchten auch Trinkwasser aus kleinen Gerinnen und Sinterbecken zu entnehmen.
Um herauszufinden, ob das Wasser trinkbar ist, verwendeten wir einen ungefährlichen biologischen Indikator: Kolibakterien. Ihre Anwesenheit ist ein Anzeiger für fäkale Verunreinigungen, welche die Ursache vieler Krankheiten  bilden: Dysentrie, Polio, Hepatitis, Cholera, Typhus, u.s.w.  Eine kleine Wasserprobe (1 ml) wird durch einen Membranfilter (0,5 mm) filtriert. Die Kolibakterien bleiben auf dem Filter hängen und werden in einem Nährmedium (Tergitol TTC) bei 35 °C bebrütet. Die einzelnen Bakterien wachsen auf dem Filter zu Kolonien heran, die mit dem bloßen Auge gezählt  werden können. Die ganze Vorrichtung wiegt nur ein Pfund. Diese Methode ist für speläologische Untersuchungen geeignet, weil schwere Vorrichtungen nicht transportiert werden können. Die Genauigkeit wird durch die Göße der Probe (1 ml) und die Temperaturschwankungen während der Brutzeit beschränkt. Wir haben deshalbt vor, bei zukünftigen versuchen größere Proben (10 ml) und einen Temperaturregler zu verwenden. Unter solchen Vorraussetzungen dürfte die Vorrichtung ungefähr 1,5 kg wiegen.
Zwei Drittel der Proben waren mit 1 bis 22 Kolibakterien stark verunreinigt. Die Wasser waren nicht trinkbar, denn laut Empfehlung der WHO dürfen maximal 3 Kolibakterien in 100 ml Wasser vorkommen. Verschmutzung tritt sowohl in großen Karstflüssen auf (was weltweit "normal" ist), aber auch in kleinen Gerinnen. Bei den großen Flüssen nimmt der hohe Grad an biologischer Belastung während des unterirdischen Verweilzeit nicht ab.
Der hohe Verschmutzungsgrad hängt mit der für Karstgebiete ungewöhnlich großen Bevölkerungsdichte von 300 Einwohner / km2 zusammen. Trotz des Umstandes, daß ein Großteil der Fäkalien in der Landwirtschaft verwendet wird, übersteigt die bakterielle Zufuhr die Selbstreinigungskraft der natürlichen Wassers. Beim unterirdischen Verweilen reinigen sich die Wasser nicht, weil die Verweildauer von einigen Tagen oder Stunden zu kurz ist und sie  der UV-Strahlung des Sonnelichts nicht ausgesetzt sind. Fledermauskolonien tragen zusätzlich organische und fäkale Stoffe ein.
In China trinken die Menschen wegen der schlechten Wasserqualität fast nur abgekochtes Wasser, das fast überall  zu Verfügung gestellt wird und die Mitglieder der  höhlenkundlichen Forschungsgruppe hatten nicht unter den Durchfällen zu leiden, die bei Forschungsreisen in tropische Gebiete häufig sind.

Stichworte: Karst, Hydrochemie, Bakteriologie, Umweltverschmutzung, Wasserqualität, Nitrat, Schwefel, Kohle, China.