Role of microbiogeochemical processes in mobilization of As in the aquifer sediments of the Bengal Delta Plain (BDP): an experimental approach
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die durchgeführten Arbeiten stellen einen Beitrag zur Lösung der Arsenproblematik nicht nur innerhalb der Bengalischen Deltaebene dar, sondern sind auch relevant in Hinblick auf die vielen anderen Gebiete weltweit, in denen Grundwasser durch geogenes Arsen belastet ist. Die wichtigsten Erkenntnisse aus diesem interdisziplinären Projekt lassen sich wie folgt zusammenfassen: • Die Arsenfreisetzung aus Sedimenten der Bengalischen Deltaebene ist ein heute noch aktiver Prozess, durch den charakteristische, reduzierte Grundwässer hervorgehen mit erhöhten Konzentrationen an gelöstem Bicarbonat, Mangan, Eisen und eben auch Arsen bei gleichzeitig niedrigen Sauerstoff- und Nitratgehalten. • Die Mobilisierung von Arsen kann infolge der mikrobiologisch gesteuerten Reduktion von Eisenphasen erfolgen, wobei abiotische Folgereaktionen auch eine Zurückhaltung von gelöstem Arsen bewirken können. • Im Rahmen der mikrobiologischen Untersuchungen konnten aus den arsenbelasteten Wasserproben arsenatreduzierende und arsenitoxidierende Bakterien isoliert werden. In Anwesenheit von Glucose/ Acetat war die stöchiometrische Reduktion von Arsenat zu Arsenit durch Pseudomonas putida in Laborversuchen nachweisbar. • Säulen- und in-situ Feldversuche lassen darauf schließen, dass eine externe Zufuhr von leicht abbaubaren organischen Verbindungen innerhalb kürzester Zeit starke mikrobiologische Folgereaktionen, begleitet von einer Freisetzung von Arsen auslösen kann. Obwohl nicht direkt beobachtet, zeigen diese Ergebnisse, dass eine Zufuhr von nährstoffreichem Grundwasser in reduzierte Bereiche des Aquifers infolge von Pumpen zusätzliches As freisetzen kann. • Mikrobiologisch gesteuerte Redoxreaktionen können sowohl vertikal wie horizontal ausgeprägte scharfe Gradienten in der chemischen Zusammensetzung des Grundwassers (inkl. der Arsengehalte) verursachen. Die Position solch scheinbar stabiler hydrochemischen Schichten mit unterschiedlichen Arsenkonzentrationen können jedoch unter dem Einfluss dynamischer hydrogeologischer Prozesse vertikal verlagert werden, so dass es bei Brunnen die im Bereich einer solchen Schichtgrenze verfiltert sind zu starken temporären Schwankungen der Arsenkonzentrationen kommen kann. Solche Qualitätsänderungen können sowohl durch saisonal bedingte, natürliche Grundwasserspiegelschwankungen entstehen, als auch durch exzessive Grundwasserförderung zur künstlichen Bewässerung hervorgerufen bzw. zusätzlich verstärkt werden. • Trotz der nachweisbar erheblichen Bedeutung der Mikrobiologie in der Mobilisierung von Arsen ist die Entstehung arsenbelasteter Bereiche im Grundwasser letzten Endes ein Vorgang, der das Resultat eines komplexen Zusammenspiels zwischen einer Reihe von biotischen aber auch abiotischen Faktoren ist. Neben Parametern mit direktem Einfluss auf die mikrobiell gesteuerten Prozesse (Menge und Qualität der abbaubareren organischen Substanz, Verfügbarkeit potentieller Elektronenakzeptoren, vorliegende indigene Bakterienpopulation, etc.) sind zusätzlich auch abiotische Faktoren (die mineralogische Speziation des Arsens, der lithologische Aufbau des Aquifers sowie die lokalen wie regionalen hydrogeologischen und klimatischen Verhältnisse) nicht vernachlässigbare Einflussgrößen, deren relative Bedeutung lokal sehr unterschiedlich sein kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2008). Microbial transformation of arsenic compounds. Soils, Sediment and Water, Oct. 20-24, 2008, Amherst MA
Freikowski, D., Gallert, C., Winter, J.
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(2009). Microbial Transformation of Arsenic Compounds. Soils, Sediment and Water, Oct 21, 2009, Amherst MA
Freikowski, D., Gallert, C., Winter, J.
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(2010). Arsenic mobilization into groundwater in West Bengal, India by sucrose injection. Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften, Heft 68, 415-416
Neidhardt, H., Freikowski, D., Berner, Z., Biswas, A., Winter, J., Chatterjee, D.
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(2010). Depth Dependent Geochemical Processes and Occurrence of High Dissolved Arsenic in Groundwater, West Bengal, India. The Geological Society of America, 2010 Annual Meeting (31 October – 3 November 2010) SA Denver
Biswas, A., Halder, D., Neidhardt, H., Bhowmick, S., Majumder, S., Saha, D., Bhattacharya, P., Berner, Z., Chatterjee, D.
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(2010). Factor analysis to explain As mobilization: A case study for an area in West Bengal, India. In: P. Birkle and I.S. Torres-Alvarado (eds.) Proceedings of the 13th International Conference on Water-Rock Interaction, WRI-13, Guanajuato, Mexico, 16-20 August 2010. Balkema, CRC Press Taylor & Francis Group, pp. 403-406
Majumder, S., Chatterjee, D., Biswas, A., Berner, Z., Neidhardt, H.
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(2010). Geochemistry of arsenic in the deltaic environment: Shallow versus deeper aquifer levels. In: P. Birkle and I.S. Torres-Alvarado (eds.) Proceedings of the 13th International Conference on Water-Rock Interaction, WRI-13, Guanajuato, Mexico, 16-20 August 2010. Balkema, CRC Press Taylor & Francis Group, pp. 437-440
Chatterjee, D., Biswas, A., Majumder, S., Berner, Z., Neidhardt, H.
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(2010). Hydrogen formation by arsenate reducing Pseudomonas putida, isolated from arsenic-contaminated groundwater in West-Bengal, India. Appl. Microbiol. Biotechnol. 88,1363–1371
Freikowski, F., Winter, J., Gallert, C.
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(2010). Redox zoning in arsenic-rich groundwater, West Bengal, India. In: Jean J.-S., Bundschuh J., Bhattacharya P. (eds.): Arsenic 2010 - Arsenic in Geosphere and Human Diseases. Proceedings of the Third International Congress on Arsenic in the Environment. CRC Press, ISBN: 978-0-415-57898-1
Biswas, A., Chatterjee, D., Majumder, S., Berner, Z., Neidhardt, H.
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(2010). Temporal and spatial variations of geogenic arsenic in an aquifer in West Bengal, India. In: Jean J.-S., Bundschuh J., Bhattacharya P. (eds.): Arsenic in Geosphere and Human Diseases. rd Arsenic 2010: Proceedings of the 3 Int. Cong. on Arsenic in the Environment CRC Press 2010. ISBN: 978-0-415-57898-1
Neidhardt, H., Berner, Z., Biswas, A., Chatterjee, D., Majumder, S., Freikowski D.
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(2010). “Groundwater chemistry an redox processes: Depth dependent arsenic release mechanism”. Applied Geochemistry, 26 (4), 516-525
Biswas A., Majumder, S., Neidhardt, H., Halder, D., Bhowmick, S., Mukherjee-Goswami, A., Kundu, A., Saha, D., Berner, Z., Chatterjee, D.
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(2011). Biogeochemical mobilization of arsenic from aquifer sediments in West Bengal, India. BIOspektrum. Tagungsband zur VAAM-Jahrestagung, Karlsruhe 2011, 91
Neidhardt, H., Freikowski, D., Berner, Z., Biswas, A., Norra, S., Winter, J., Chatterjee, D.
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(2011). Heterogeneous arsenic distribution in homogeneous groundwater: a case study in Chakdaha block, West Bengal. CGWB, 2011, Central Ground Water Board, 3d National Ground Water Congress, 22-23 March, New Delhi, India
Majumder, S., Biswas, A., Neidhardt, H., Halder, D., Bhowmick, S., Kundu, A.K., Sarkar, S., Chatterjee, D., Berner, Z., Chatterjee, D.
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(2011). Laboratory and Field Experiments on Microbial Transformation of Arsenic. Soil, Water, Energy and Air, March 14-17, 2011, San Diego CA
Freikowski, D., Gallert, C., Winter, J.
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(2011). Monsoonal influence towards alteration of stable isotope profile and its relation with arsenic distribution in groundwater: A case study in West Bengal, India. The Geological Society of America, Annual Meeting 9-12. October, Minneapolis, USA
Majumder, S., Roman-Gross, G., Neidhardt, H., Sarkar, S., Datta, S., Berner, Z., Chatterjee, D.
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(2011). Multivariate Analysis to Explain As Mobilization in Rural West Bengal, India. ICOBTE 2011, 11th International Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements, 03.- 08.07.2011, Florence, Italy
Majumder, S., Chatterjee, D., Biswas, A., Neidhardt, H., Berner, Z.
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(2011). Role of microbiological processes in mobilization of arsenic in the aquifer sediments of the Bengal Delta Plain: an experimental approach. Int. Conf. Recent Advances in Earth Resources Research - The Road to the Future. 7-9 September 2011, Salem, India
Berner, Z., Neidhardt, H., Biswas, A., Majumder, S., Freikowski, D., Chatterjee, D., Winter, J., Gallert, C.
