Pad: Ecohydrologie / Standplaats, vegetatie en landschap / Samenstelling van grondwater / De belangrijkste ionen

De belangrijkste ionen

Bij de typering van de chemische samenstelling van grondwater wordt vooral gekeken naar de zogenaamde macro-ionen, de ionen die van nature het meest in grondwater worden aangetroffen. Het gaat om vier kationen (calcium, magnesium, natrium en kalium) en drie anionen (bicarbonaat, sulfaat en chloride) (zie Tabel 2‑1). Als grondwater door de bodem stroomt kunnen de gehaltes aan macro-ionen door allerlei oorzaken veranderen: oxidatie, reductie, verwering, oplossing, neerslag, kationenuitwisseling. Tabel 2‑2 toont van enkele karakteristieke watermonsters de concentraties van de zeven macro-ionen, de zuurgraad (pH) en het elektrisch geleidingsvermogen (EGV, zie ook Chemische typering). Het EGV is een gemakkelijk te bepalen maat voor de totale rijkdom aan ionen. Regenwater is ionenarm en bevat, in natuurlijke samenstelling, vooral natrium- en sulfaationen. Door luchtvervuiling in Nederland is de concentratie van vooral ammonium en sulfaat toegenomen en de pH gedaald (onvervuild regenwater heeft een pH van ca. 5.5).

In het bovenste grondwater zijn de concentraties van macro-ionen hoger dan in regenwater doordat het grondwater is ‘ingedikt' door verdamping. Met de waterdamp worden namelijk nagenoeg geen ionen afgevoerd. Een indicatie voor dit effect is te verkrijgen door vergelijking van chloridengehaltes. Het chloride-ion (Cl-) reageert namelijk niet met andere stoffen en bindt zich evenmin aan bodemdeeltjes. De verhouding tussen de chlorideconcentraties in regenwater en in het bovenste grondwater levert een schatting op van de werkelijke verdamping E (in slecht vertaald Engels ook wel de actuele verdamping genoemd). Bij evenwicht moet wat er met de neerslag P aan chloride binnenkomt, via de grondwateraanvulling P-E weer worden afgevoerd, dus:

Expliciet schrijven van de verdampingsterm geeft:

Bevat het regenwater bijvoorbeeld 3, en het bovenste grondwater 9 mg Cl- per liter, dan is het regenwater een factor 3 ingedikt. Bij een gemiddelde jaarneerslag van 750 mm moet de werkelijke verdamping 500 mm hebben bedragen. 

Tabel 2-1 De kwantitatief belangrijkste ionen in grondwater.



Tabel 2-2 Samenstelling van enkele karakteristieke watermonsters. At = atmoclien - Li = lithoclien - Th = thalassoclien

Zoete systemen worden tijdens grondwaterstroming verrijkt met calcium- en bicarbonaationen. Dit komt voornamelijk doordat kalkhoudende bestanddelen in het doorstroomde sediment in oplossing gaan. Bij dit proces spelen de volgende reacties een rol:



Deze verwering van kalk vindt waarschijnlijk vooral plaats onder invloed van protonen (H+) die zijn gevormd in de wortelzone. Door ademhaling van wortels en micro-organismen vindt hier namelijk productie van koolzuurgas (CO2) plaats, waardoor evenwicht [2-3] naar rechts verschuift. Tijdens stroming in de diepere ondergrond lost steeds meer kalk op. Daardoor nemen de gehaltes aan calcium- en bicarbonaationen toe, terwijl de H+-concentratie daalt (en de pH stijgt - zie de concentraties van het gerijpte kwelwatermonster in Tabel 2-2). De snelheid waarmee deze rijping optreedt, hangt af van de rijkdom aan gemakkelijk verweerbare bestanddelen in het doorstroomde sediment. In Groot Zandbrink, een natuurreservaat in de Gelderse Vallei, verloopt de rijping in enkele tot meerdere jaren. In de Zuidelijke Peelregio, die arm is aan kalkafzettingen in de ondergrond, voltrekt het rijpingsproces zich echter in decennia tot eeuwen. Leidingwater heeft doorgaans een chemische samenstelling die overeenkomt met gerijpt grondwater. Dat geldt ook voor bronwater in flessen. Tijdens het stromingsproces treden nog veel meer, deels slecht begrepen, veranderingen in de chemische samenstelling van het grondwater op. Zo is grondwater vaak zuurstofarm doordat zuurstof in de bovenste bodemlaag is gebruikt bij de afbraak van organisch materiaal. Door de betrekkelijke zuurstofarmoede kan Fe3+ worden gereduceerd tot Fe2+. Daardoor is gerijpt grondwater vaak rijk aan Fe2+. Wanneer dit water in kwelgebieden in contact komt met de lucht oxideert het ijzer, wat zich uit in roodbruine roestvlokken, drijvend in het water en gehecht aan plantedelen. Aan de hand van deze roestverschijnselen kunnen kwelgebieden worden opgespoord. In een fluviatiel of marien sediment en in kwelgebieden kan pyriet (FeS2) voorkomen. Dit kan worden geoxideerd door zuurstof, maar ook door nitraat dat in het grondwater onder overbemeste percelen vaak in hoge concentraties voorkomt. In pyrietrijke en zwaar bemeste gronden komen daardoor vaak hoge concentraties sulfaat in het grondwater voor (zie Veranderingen in waterhuishouding).




f2-16 Schematische weergave van de verblijftijd van grondwater. Hoe langer het water in de ondergrond verblijft, des te groter de kans is op verrijking met o.a. calcium en bicarbonaat.

Literatuur:

 

Groen Kennisnet, een netwerk van kennisportalen in het groene domein Zoeken in de
infobladen

(U gaat naar de
website van
Groen Kennisnet)
Groen Kennisnet, een netwerk van kennisportalen in het groene domein
Homepage
Home | Colofon | Print pagina
Zoek binnen deze website