Warum ist Wasser hart? Völksener Kalkstein und der „Heilige Brunnen“
Wegpunkt 1(Start): An der Quelle
Am Start dieses Earthcaches findet Ihr eine Quelle („Heiliger Brunnen“ in Völksen s. auch Infotafel). Sie ist in erdgeschichtlicher Frühzeit entstanden, also weit früher als Menschen hier siedelten. Das qualitativ hochwertige Wasser der Quelle wurde später für die hier siedelnden Menschen lebensnotwendig.
Bei diesem Wasser interessiert uns nun eine wichtige Eigenschaft: die Wasserhärte.
Die wichtigste Form der Wasserhärte ist die Carbonathärte, die durch Auflösung von Kalk (CaCO3) bzw. Dolomit (Ca-Mg-Mischcarbonat) in das Wasser gelangt.
Nach dem SI-Maßsystem wird der Gehalt der Erdalkaliionen also die Gesamthärte in Mol pro Liter bzw. angesichts der geringen Konzentration in Millimol pro Liter (mmol/l) angegeben.
In Bezug auf die Wasserhärte ist die Konzentration des Anions Hydrogencarbonat (HCO3−) von spezieller Bedeutung. Man bezeichnet die Konzentration an Hydrogencarbonationen bzw. den hierzu äquivalenten Teil der Erdalkalimetallionen als Carbonat-, temporäre oder vorübergehende Härte. Ein Wasser befindet sich sich im sogenannten Kalkkohlensäure-Gleichgewicht, wenn es genau so viel Kohlenstoffdioxid enthält, dass es gerade keinen Kalk abscheidet, aber auch keinen lösen kann. Wird einem solchen Wasser Kohlenstoffdioxid entzogen, bilden sich schwer lösliche Verbindungen wie Calcit, Kalk, bzw. Kalkstein fällt aus. Aufgrund der Temperaturabhängigkeit des Gleichgewichts bilden sich Ablagerungen bei der Bereitung von Heißwasser. Hartes Wasser ist deshalb problematisch für wasserführende elektrische Geräte wie Waschmaschinen und Wasserkocher sowie Leitungen und Wasserhähne. Für die Hausversorgung werden unterschiedliche Systeme für die Verringerung des Kalkgehalts im Wasser angeboten.
Für die Einteilung des Wassers nach Härtegraden wurde 2007 für Deutschland die alte Skala mit den vier Stufen 1 (weich) bis 4 (sehr hart) durch eine dreistufige Skala ersetzt.
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Härtebereich
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Millimol Calciumcarbonat je Liter
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°dH
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weich
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weniger als 1,5
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weniger als 8,4 °dH
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mittel
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1,5 bis 2,5
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8,4 bis 14 °dH
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hart
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mehr als 2,5
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mehr als 14 °dH
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Literaturnachweis: www.wikipedia.de/Wasserhärte (10.01.2015)
Woher stammt nun die relativ hohe Carbonathärte am heiligen Brunnen? Das als Regen auf die Erde auftreffende Wasser ist zunächst weich, d. h. es beinhaltet kaum mineralische Stoffe. Allerdings enthält das Niederschlagwasser zu einem geringen Teil Kohlensäure. Die Reaktion ist dabei: H2O + CO2 -> H2CO3.
Beim Durchsickern bzw. Durchfließen durch Böden und/oder sogenannten Grundwasserleitern (Aquifere) lösen sich härtebildende Stoffe im Wasser. Es hängt stark vom geologischen Untergrund ab, welche und wie viel Härtebildner in Lösung gehen können. Die Kohlensäure löst Kalk im Wasser: H2CO3 + CaCO3 -> Ca(HCO3)2. Der Boden an den Hängen des südöstlichen Deisters besteht zum Teil aus kalkhaltigem Gestein. Begebt Euch nun an den Wegpunkt 2, wo dies gut sichtbar ist.
Wegpunkt 2: An den Steinbrüchen am Tönniesberg:
Hier im Tönniesberg, nordöstlich oberhalb der Quelle, sind solche Kalksteinformationen an stillgelegten Steinbrüchen zu finden. Wenn Ihr einen Blick auf die große Kalksteinwand werft, seht Ihr Spalten. Durch diese Spalten sickert der Niederschlag in die talwärts grundwasserführenden Schichten, aus denen es zum Beispiel bei unserer Quelle wieder austritt. Im Laufe der Zeit löst sich wie beschrieben der Kalk, die Spalten werden größer. Schaut hier genau hin:
Diverse offene Steinwände in dem teilweise bebauten Gebiet sind Relikte des hiesigen Bergbaus. Um 1870 waren bis zu 100 Steinmetze und 200 Steinhauer in den Völksener Steinbrüchen beschäftigt. Neben den Steinwänden weisen auch Straßennamen wie „An der Steinmühle“ auf den Bergbau hin. In der Nähe befindet sich übrigens das heutige Kulturzentrum Hermannshof auch auf einem ehemaligen Steinbruchgelände. Im benachbarten Springe zeugt besonders die Straße „Am Kalkwerk“ unterhalb des großen Steinbruchs im Ebersberg von diesem Teil der Industriegeschichte.
Literaturnachweis: Höhlengruppe Nord e.V. in www.hgnord.de/artikel/wealdensandstein und www.wikipedia.de/Völksen (24.01.2015)
Die Aufgaben für diesen Earthcache:
An der Quelle (Wegpunkt 1):
1. Wie groß ist die Schüttung dieser natürlichen Quelle in Litern pro Tag?
2. Wie hoch ist die Wassertemperatur?
3. Warum tritt das Wasser genau hier aus?
4. Vergleiche die Wasserhärte der Quelle mit der bei Dir zuhause. Siehe unsere Härtegradmessung (mit 'Zederle' Wasserhärtetest) im Bild und/oder führe (optional) eine eigene Messung durch!
5. Optional: das Earthcachefoto!
Am Steinbruch (Wegpunkt 2):
6. Prüfe, ob das Gestein kalkhaltig ist. Gib dazu etwas Säure (z.B. Essigessenz, Zitrone, Haushaltsentkalker- lösung) auf den Stein (vor Ort oder zuhause auf ein kleines mitgebrachtes Bruchstück) und beschreibe die Reaktion.
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