This study focuses on the environmental impact assessment of trace elements concentrations in spent shale, which is the main residual besides gas and steam from the utilization of oil shale. The study area El-Lajjun covers 28 km2, located in the centre of Jordan approximately 110 km south of Amman. It belongs mainly to the Wadi Mujib catchment and is considered to be one of the most important catchments in Jordan. The Wadi El-Lajjun catchment area (370 km2) consists of two main aquifer systems: The intermediate aquifer (Amman Wadi As Sir Aquifer or B2/A7) and the deep sandstone aquifer (Kurnub/Ram Group Aquifer). The B2/A7 aquifer (Upper Cretaceous) is considered as the main source of fresh water in Jordan. El-Lajjun oil shale was deposited in a sedimentary basin and comprises massive beds of brown-black, kerogen-rich, bituminous chalky marl. The oil shale was deposited in shallow marine environment. It is by definition a sedimentary rock containing organic material in the rock matrix. The shale oil extraction is an industrial process to decompose oil shale and to convert the kerogen into shale oil by hydrogenation, pyrolysis or by a thermal dissolution. Several classifications of extraction technologies are known; the classification with respect to the location where the extraction takes place distinguishes between off-site, on-site, and in situ. The oil shale utilization may have serious repercussions on the surrounding environment if these issues are not investigated and evaluated carefully. Ten representative oil shale rock samples with a total weight about 20 kg were collected from different localities of oil shale exposures in the study area. A standardized laboratory Fischer Assay test was performed with the samples to determine oil shale characteristics and to obtain spent shale, which was used in this study for further investigations. Sequential extraction was used to evaluate the changes in the mobility and distribution of the trace elements: Ti, V Cr, Co, Zn, As Zr, Cd, Pb and U. Column leaching experiments were performed to simulate the leaching behavior of the above elements from oil shale and spent shale to evaluate the possible influence on the groundwater in the study area. The concentrations in the leachate were below the maximum contaminant levels of the Environmental Protection Agency (EPA) for drinking water and the Jordanian standards for drinking water. An immobilization method by using Kaolin was applied to reduce the mobilization and bioavailability of the trace elements fraction that are contained in the spent shale. Immobilization was evaluated as a function of liquid-solid ratio (solid-liquid partitioning) and as a function of pH. A comparison between the results obtained from column leaching experiments and the results that were obtained from immobilization for the oil shale and spent shale samples indicated that the immobilization reduced the mobility of the trace element except for Ti, V, and Cr. However, even the concentrations of these elements were lower than the maximum acceptable limits of the Jordanian Standard Specifications for waste water. The catchment of the study area (Wadi El-Lajjun catchment) is ungauged. Therefore, the soil conservation service (SCS) runoff curve number method was used for predicting direct runoff from rainfall. The results obtained showed that the infiltration of water is very small (approximately 0.6 cm/year) and rarely can´t reach the groundwater through the oil shale beds. Thus, a contamination of groundwater is unlikely under normal conditions. DRASTIC was used to assess groundwater vulnerability for the B2/A7 aquifer with respect to pollution by oil shale utilization. The aquifer vulnerability map shows that the area is divided into three zones: low (risk index 10-100; intermediate (risk index 101–140) and high groundwater vulnerability (risk index 141-200). The high risk areas are small and mainly located in the northeastern corner of the El-Lajjun graben, where the hydraulic conductivity is relatively high and rocks are highly fractured and faulted. The water table of the deep sandstone aquifer (Kurnub/Ram group) in the El-Lajjun area is relatively deep. At least two geological formations above the Kurnub aquifer are aquitards and protect the deep aquifer. However, the area is highly fractured and thus there is a certain possibility for contact with surface pollutants. Finally, further research with respect to trace elements including REE elements and isotopes in the intermediate and deep sandstone aquifers are highly recommended. Isotopic signatures will be very helpful to investigate to which extend hydraulic connections between the aquifers exist. Further and in particular mineralogical studies on the spent shale and the possibilities for industrial utilization are recommended because huge quantities of spent shale are expected. Because most oil shale extraction technologies especially the power generation require considerable amounts of water detailed studies on water supply for the oil shale treatment have to be performed.

Managed aquifer recharge (MAR) is the purposeful recharge of an aquifer for later recovery or environmental benefits and represents a valuable method for sustainable water resources management. Models can be helpful tools for the assessment of MAR systems. This review encompasses a survey and an analysis of case studies which apply flow and transport models to evaluate MAR. The observed modeling objectives include the planning or optimization of MAR schemes as well as the identification and quantification of geochemical processes during injection, storage and recovery. The water recovery efficiency and the impact of the injected water on the ambient groundwater are further objectives investigated in the reviewed studies. These objectives are mainly solved by using groundwater flow models. Unsaturated flow models, solute transport models, reactive geochemical models as well as water balance models are also frequently applied and often coupled. As each planning step to setup a new MAR facility requires cost and time investment, modeling is used to minimize hazard risks and assess possible constraints of the system such as low recovery efficiency, clogging and geochemical processes.

Die Broschüre zeigt die Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie im Bereich der Landwirtschaft in Sachsen. Beispielhaft erläutert werden Problemstellungen und die Lösungsansätze im kooperativen Ansatz zwischen der öffentlichen Verwaltung und den Landwirtschaftsbetrieben. Hierdurch sollen Landwirte ermutigt werden, sich an den Projekten zur koorerativen Umsetzung zu beteiligen. Für die Umwelt und für den eigenen Betrieb können somit Verbesserungen erzielt werden. Redaktionsschluss: 10.12. 2013

In der Studie wurde eine Maßnahmenplanung zur gemeinsamen Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) und der Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie (FFH-RL) unter Berücksichtigung des Biotopverbunds erstellt. Ziel war es, eine optimale Nutzung von Synergieeffekten zu erreichen. Projektgebiet war das FFH-Gebiet »Lossa und Nebengewässer«, das sich überwiegend im Landkreis Leipzig befindet. Mit dem angewendeten Planungsansatz können die finanziellen Aufwendungen bei der praktischen Umsetzung minimiert werden. Zielkonflikte konnten mittels Umsetzbarkeitsanalyse und daraus abgeleiteter Maßnahmenpriorisierung gelöst werden. Die ebenfalls im Rahmen des Projektes erstellte allgemeine Handlungsanleitung (Heft 11/2014 der Schriftenreihe) wurde in dem Pilotgebiet erfolgreich angewendet.

Die Handlungsanleitung ist bei der Planung von Maßnahmen zur gemeinsamen Umsetzung von WRRL, FFH-RL und dem Biotopverbund nutzbar. Sie baut auf verfügbaren Datengrundlagen auf und ist somit allgemein anwendbar. Mit Hilfe des Handlungsleitfadens können Synergieeffekte bestehender Planungen genutzt, Zielkonflikte identifiziert und Lösungsvorschläge aufgezeigt werden. Die Anwendung am konkreten Beispielgebiet »Lossa und Nebengewässer« (siehe Teil 1 – Maßnahmenplanung; Heft 10/2014 der Schriftenreihe) weist die Übertragbarkeit der Methode auf unterschiedliche Gebiete nach.

Die Analyse der hydrogeologischen Verhältnisse im weiteren Vorerzgebirgssenkenraum setzte neben einer großräumigen Erfassung, einen Abgleich und eine Interpretation und Zusammenfassung hydrogeologischer, hydrologischer, geologischer und weiterer Daten voraus. Es entstand eine breite maßstabsgerechte Basis für die Bearbeitung hydrogeologischer Schwerpunktthemen und eine großräumige hydrogeologische Modellierung des Untersuchungsraumes. In Verbindung mit der Recherche und Analyse hydrogeologischer Prozesse in sedimentären Senken weltweit und der Prüfung der Übertragbarkeit solcher Vorgänge auf die Vorerzgebirgssenke konnten hypothetische Ansätze zur Erklärung von Genese und Hydraulik tiefer Grundwässer in der Vorerzgebirgssenke entwickelt werden. Im Ergebnis wurden (para-) autochthone Genesemodelle zur Erklärung der Vorkommen höher mineralisierter Grundwässer favorisiert. Die hydraulische Modellierung belegte die Bedeutung von Störungs- und Kluftzonen als Hauptbewegungsbahnen des Grundwassers. Lokale und intermediäre Grundwasserfließsysteme dominieren dabei den topographisch induzierten Grundwasserfluss.

Arid regions, that have a terrestrial share of 30 %, heavily rely on groundwater for do-mestic, industrial and irrigation purposes. The reliance on groundwater has partly turned into a dependency in areas where the increasing population number and the expansion of irrigated agricultural areas demand more groundwater than is naturally replenished. Yet, spatial and temporal information on groundwater are often scarce induced by the facts that groundwater is given a low priority in many national budgets and numerous (semi-) arid regions in the world encompass large and inaccessible areas. Hence, there is an urgent need to provide low-cost alternatives that in parallel cover large spatial and temporal scales to gain information on the groundwater system. Remote sensing holds a tremendous potential to represent this alternative. The main objective of this thesis is the improvement of existing and the development of novel remote sensing applications to infer information on the scarce but indispensable resource groundwater at the example of the Dead Sea. The background of these de-velopments relies mainly on freely available satellite data sets. I investigate 1) the pos-sibility to infer potential groundwater flow-paths from digital elevation models, 2) the applicability of multi-temporal thermal satellite data to identify groundwater discharge locations, 3) the suitability of multi-temporal thermal satellite data to derive information on the long-term groundwater discharge behaviour, and 4) the differences of thermal data in terms of groundwater discharge between coarse-scaled satellite data and fine-scaled airborne data including a discharge quantification approach. 1) I develop a transparent, reproducible and objective semi-automatic approach us-ing a combined linear filtering and object based classification approach that bases on a medium resolution (30 m ground sampling distance) digital elevation model to extract lineaments. I demonstrate that the obtained lineaments have both, a hydrogeological and groundwater significance, that allow the derivation of potential groundwater flow-paths. These flow-paths match results of existing groundwater flow models remarkably well that validate the findings and shows the possibility to infer potential groundwater flow-paths from remote sensing data. 2) Thermal satellite data enable to identify groundwater discharge into open water bodies given a temperature contrast between groundwater and water body. Integrating a series of thermal data from different periods into a multi-temporal analysis accounts for the groundwater discharge intermittency and hence allows obtaining a representa-tive discharge picture. I analyse the constraints that arise with the multi-temporal anal-ysis (2000-2002) and show that ephemeral surface-runoff causes similar thermal anomalies as groundwater. To exclude surface-runoff influenced data I develop an au-tonomously operating method that facilitates the identification. I calculate on the re-maining surface-runoff uninfluenced data series different statistical measures on a per pixel basis to amplify groundwater discharge induced thermal anomalies. The results reveal that the range and standard deviation of the data series perform best in terms of anomaly amplification and spatial correspondence to in-situ determined spring dis-charge locations. I conclude on the reason that both mirror temperature variability that is stabilized and therefore smaller at areas where spatio-temporal constant groundwater discharge occurs. 3) The application of the before developed method on a thermal satellite data set spanning the years 2000 to 2011 enables to localise specific groundwater discharge sites and to semi-quantitatively analyse the temporal variability of the thermal anomalies (termed groundwater affected area - GAA). I identify 37 groundwater discharge sites along the entire Dead Sea coastline that refine the so far coarsely given spring areas to specific locations. All spatially match independent in-situ groundwater discharge observations and additionally indicate 15 so far unreported discharge sites. Comparing the variability of the GAA extents over time to recharge behaviour reveals analogous curve progressions with a time-shift of two years. This observation suggests that the thermally identified GAAs directly display the before only assumed groundwater discharge volume. This finding provides a serious alternative to monitor groundwater discharge over large temporal and spatial scales that is relevant for different scientific communities. From the results I furthermore conclude to observe the before only assumed and modelled groundwater discharge share from flushing of old brines during periods with an above average Dead Sea level drop. This observation implies the need to not only consider discharge from known terrestrial and submarine springs, but also from flushing of old-brines in order to calculate the total Dead Sea water budget. 4) I present a complementary airborne thermal data set recorded in 01/2011 over the north-western part of the Dead Sea coast. The higher spatial resolution allows to refine the satellite-based GAA to 72 specific groundwater discharge sites and even to specify the so far unknown abundance of submarine springs to six sites with a share of <10 % to the total groundwater discharge. A larger contribution stems from newly iden-tified seeping spring type (24 sites) where groundwater emerges diffusively either ter-restrial or submarine close to the land/water interface with a higher share to the total discharge than submarine springs provide. The major groundwater contribution origi-nates from the 42 identified terrestrial springs. For this spring type, I demonstrate that 93 % of the discharge volume can be modelled with a linear ordinary least square re-gression (R2=0.88) based on the thermal plume extents and in-situ measured discharge volumes from the Israel Hydrological Service. This result implies the possibility to determine discharge volumes at unmonitored sites along the Dead Sea coast as well that can provide a complete physically-based picture of groundwater discharge magni-tude to the Dead Sea for the first time.:1 Introduction 1.1 Remote sensing applications on groundwater 1.1.1 Classical aspects 1.1.2 Modern aspects 1.2 Motivation and main objectives 1.3 Why the western catchment of the Dead Sea? 1.4 Overview 2 The western catchment of the Dead Sea 2.1 Geological and Structural Overview 2.2 Groundwater system 2.3 Groundwater inputs 2.4 Dead Sea 3 Groundwater flow-paths 3.1 Prologue 4 Method development for groundwater discharge identification 4.1 Prologue 5 Localisation and temporal variability of groundwater discharge 5.1 Prologue 6 Qualitative and quantitative refinement of groundwater discharge 6.1 Prologue 7 Conclusion and Outlook 7.1 Main results and implications 7.2 Outlook References Appendix

Zielsetzung der Arbeit war vorrangig die Entwicklung bzw. Weiterentwicklung von Methoden zur verbesserten Interpretation der hydraulischen Gegebenheiten in einem Grundwasserleiter mit Hilfe der Bestimmung von Radiumisotopenverhältnissen im Verlauf von Pumpversuchen. Daneben wurden 222Rn/226Ra-Verhältnisse betrachtet und interpretiert. Des Weiteren wurden Gesteinsuntersuchungen durchgeführt sowie Untersuchungen an Gesteinsoberflächen (Sekundärminerale) um Aussagen über das Löslichkeitsverhalten bzw. die Mobilität von Radium im Grundwasser zu erhalten. Die Grundwasser- und Gesteinsproben stammten vor allem aus dem Umfeld der kontinentalen Tiefbohrung (KTB Oberpfalz) sowie aus der Vorbohrung zur KTB, aber auch aus benachbarten Bundesländern und der Tschechischen Republik (Egergraben). Im Ergebnis zeigte sich, dass sich die Untersuchung der Isotopenverhältnisse zur vertiefenden Aquiferdiagnose gut eignet. Die geochemischen Untersuchungen erlaubten einen Einblick in das Löslichkeitsverhalten der untersuchten Radionuklide.:LISTE DES ABKÜRZUNGEN 12 LISTE DER TABELLEN 17 1. EINLEITUNG - BISHERIGE ARBEITEN 23 1.1 ZIELSETZUNG 23 1.2 BISHERIGE ARBEITEN ZU RADIUM UND RADON 25 2. RADIUM UND RADON: GRUNDLAGEN 27 2.1 ENTSTEHUNG UND VORKOMMEN 27 2.1.1 VORKOMMEN IN DER LITHOSPHÄRE 27 2.1.2 VORKOMMEN IN DER HYDROSPHÄRE 29 2.2 PHYSIKALISCHE UND CHEMISCHE EIGENSCHAFTEN 31 2.2.1 RADIOAKTIVITÄT 31 2.2.2 CHEMISCHE UND PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN VON RADIUM 32 2.2.3 CHEMISCHE UND PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN VON RADON 33 2.3 DAS VERHALTEN VON RADON UND RADIUM IM GRUNDWASSERLEITER 34 2.3.1 DAS VERHALTEN VON RADON 34 2.3.2 GEOCHEMIE UND HYDROCHEMIE DES RADIUMS 35 2.3.3 VERHALTEN VON RADIUM BEI ANWESENHEIT VON KOLLOIDEN UND TONMINERALEN 37 2.3.4 STOFFTRANSPORT UND ADSORPTION 38 2.3.5 DAS VERHALTEN VON RADIUM BEI ANWESENHEIT VON EISEN UND MANGAN 41 2.3.5.1 HYDROLYSE DES EISEN-III 42 2.3.5.2 BILDUNG VON EISENHYDROXIDNIEDERSCHLÄGEN AUF GESTEINSOBERFLÄCHEN UND IHRE ALTERATION 42 2.3.5.3 PARAMETER WELCHE DIE HYDROLYSE, DIE BILDUNG VON NIEDERSCHLÄGEN UND DIE ALTERATION BEEINFLUSSEN 43 2.3.5.4 RADIUM-ADSORPTION AN EISEN- UND MANGANHYDROXIDE 45 3. DIE RADIUM-ISOTOPENVERHÄLTNIS-METHODE ALS HILFSMITTEL FÜR DIE AQUIFERDIAGNOSE 47 3.1 GRUNDLAGEN DER HYDRAULIK 47 3.1.1 PERMEABILITÄT (K) 47 3.1.2 WEITERE HYDRAULISCHE PARAMETER 48 3.2 HYDRAULISCHE METHODEN FÜR DIE AQUIFERDIAGNOSE 49 3.2.1 PUMPVERSUCHE 50 3.2.1.1 DATENERHEBUNG 50 3.2.1.2 AUSWERTUNG 50 3.3 VERÄNDERUNG VON RADIUM- UND RADONISOTOPENVERHÄLTNISSEN IM VERLAUF VON PUMPVERSUCHEN ALS INDIKATOREN FÜR FLIEßVERHALTEN UND MISCHUNG VERSCHIEDEN MARKIERTER GRUNDWÄSSER 52 3.3.1 THEORIEN ZU DEN RADIUM-ISOTOPENVERHÄLTNIS-METHODEN 52 3.3.1.1 EINSCHÄTZUNG DER RELATIVEN FLIEßGESCHWINDIGKEIT - FLIEßZEITMODELL - 53 3.3.1.2 EINSCHÄTZUNG DER ZUMISCHUNG EINES FREMDEN SYSTEMS - MISCHMODELLE - 57 3.3.1.3 UNTERSCHEIDUNG VON DOPPELPOROSITÄT, LEAKAGE UND SCHEINBARER DOPPELPOROSITÄT - DOPPELPOROSITÄTSMODELL - 58 3.3.1.4 METHODE ZUM NACHWEIS ANTHROPOGENER RADIONUKLIDE IM GRUNDWASSER - KONTAMINATIONSMODELL - 60 3.3.1.5 ÄNDERUNG DES 222RN/226RA-VERHÄLTNISSES - REDOXMODELL - 60 3.3.1.6 ÄNDERUNG DES 222RN-GEHALTES - DRUCKÄNDERUNGSMODELL - 61 4. PROBENAHME, PRÄPARATION UND ANALYSE VON WASSERPROBEN 63 4.1 RADIUM IN GRUNDWASSERPROBEN 63 4.1.1 PROBENAHME 63 4.1.2 PRÄPARATION 63 4.1.3 MESSUNG 63 4.2 RADON IN GRUNDWASSERPROBEN 64 4.2.1 PROBENAHME 64 4.2.2 PRÄPARATION 64 4.2.3 MESSUNG 64 5. ERGEBNISSE UND DISKUSSION DER RA- UND RN- ISOTOPEN-UNTERSUCHUNGEN UNTER BERÜCKSICHTIGUNG DER GEOLOGIE, DER WASSERCHEMIE UND DER KONVENTIONELLEN ISOTOPENUNTERSUCHUNGEN (3H, 2H, 18O, 13C, 14C) 65 5.1. GEOLOGIE DES BEREICHES DER KTB UND DES KTB-UMFELDES 65 5.2 AUSWERTUNG DER CHEMISCHEN UND RADIOMETRISCHEN UNTERSUCHUNGEN VON EINZELPROBEN VON GRUNDWÄSSERN VERSCHIEDENER REGIONEN 67 5.2.1 RELATION ZWISCHEN DEN SPEZIFISCHEN ELEKTRISCHEN LEITFÄHIGKEITEN UND DEN RADIUM-AKTIVITÄTEN 68 5.2.2 RELATION ZWISCHEN DEN CHLORID-GEHALTEN UND DEN RADIUM-AKTIVITÄTEN 71 5.2.3 RELATION ZWISCHEN DEN SULFAT-GEHALTEN UND RADIUM-AKTIVITÄTEN 72 5.2.4 RELATION ZWISCHEN DEN BARIUM- UND STRONTIUM-GEHALTEN SOWIE DEN EISEN- UND MANGAN-GEHALTEN UND DEN RADIUM-AKTIVITÄTEN 72 5.2.5 RELATION ZWISCHEN DEN PH-WERTEN UND DEN RADIUM-AKTIVITÄTEN 75 5.2.6 RELATION ZWISCHEN DEN REDOX-POTENTIALEN UND DEN RADIUM-AKTIVITÄTEN 78 5.2.7 RADONAKTIVITÄTEN IN RELATION ZU RADIUMAKTIVITÄTEN UND ENTNAHMETIEFEN SOWIE RADIUMAKTIVITÄTEN IN RELATION ZU DEN VERWEILZEITEN DES GRUNDWASSERS, 226RA/228RA-VERHÄLTNISSE 78 5.2.8 DISKUSSION EINZELNER UNTERSUCHUNGSGEBIETE 84 5.2.8.1 KTB-UMFELD 84 5.2.8.2 SÜDSCHWARZWALD - HERKUNFT DES RADIUMS 85 5.2.8.3 MYDLOVARY (ČR) - ANWENDUNG DES KONTAMINATIONSMODELLS 86 5.3 UNTERSUCHUNGEN AN FLUID- UND GESTEINSPROBEN AUS DER KTB-VB UND AN FLUIDPROBEN DER KTB-HB 88 5.3.1 PUMPVERSUCH APRIL 1990 AN DER KTB-VB 89 5.3.1.1 RADIUM-AKTIVITÄTEN DER FLUIDPROBEN 90 5.3.2 PUMPVERSUCH AUGUST BIS DEZEMBER 1991 AN DER KTB-VB 91 5.3.3 RADONAKTIVITÄTEN VON FLUID- UND GASPROBEN AUS DER KTB-VB 93 5.3.4 RELATION DER RA-AKTIVITÄTEN DER FLUIDE ZU DENEN DES GESTEINS DER KTB-VB 94 5.3.5 UNTERSUCHUNGEN AN FLUIDEN DER KTB-HB 95 5.4 PUMPVERSUCHE IM NÄHEREN KTB-UMFELD 96 5.4.1 PUMPVERSUCHE IN EINEM GRANIT-/DIABAS-GRUNDWASSERLEITER 96 5.4.1.1 PECHBRUNN SILVANA I 96 5.4.1.2 PECHBRUNN SILVANA II 99 5.4.1.3 ZUSAMMENFASSENDE BEURTEILUNG DER GRUNDWÄSSER AUS SILVANA I UND II 101 5.4.2 PUMPVERSUCH IN EINER TIEFBOHRUNG IM EGERGRABEN UND VERGLEICHENDE UNTERSUCHUNG DES GRUNDWASSERS AUS EINER THERMALQUELLE: KARLOVY VARY (KARLSBAD, ČR) 102 5.4.2.1 EINFÜHRUNG UND BESCHREIBUNG DER PROBENAHMESTELLEN 102 5.4.2.2 VERLAUF DES PUMPVERSUCHS IN DER BOHRUNG HJ-2 103 5.4.2.3 CHEMISCHE ZUSAMMENSETZUNG DER FLUIDE 104 5.4.2.4 ERGEBNISSE DER RADIUM- UND RADONISOTOPENUNTERSUCHUNGEN UNTER BERÜCKSICHTIGUNG DER ISOTOPENHYDROLOGISCHEN UNTERSUCHUNGEN 106 5.4.2.5 ERGEBNISSE DER GASANALYSEN 109 5.4.2.6 ZUSAMMENFASSUNG DER ERGEBNISSE UND DARAUS ABGELEITETE FOLGERUNGEN 110 5.4.3 PUMPVERSUCH IN KELLERHAUS NE` MANTEL (OBERPFALZ) 111 5.5 PUMPVERSUCHE IM WEITEREN KTB-UMFELD 113 5.5.1 PUMPVERSUCH IM OBEREN BUNTSANDSTEIN (RHÖT) UNTERFRANKENS: WIESENFELD BEI KARLSTADT 113 5.5.1.1 ERGEBNISSE DER VOR-ORT-MESSUNGEN UND DER HYDROCHEMISCHEN UNTERSUCHUNGEN 113 5.5.1.2 ERGEBNISSE DER ISOTOPENUNTERSUCHUNGEN 114 5.5.1.3 ERGEBNISSE DER RADIUM-UNTERSUCHUNGEN UND INTERPRETATION 114 5.5.2 PUMPVERSUCH IM UNTEREN KEUPER/BENKER SANDSTEIN OBERFRANKENS: NEUHAIDHOF BEI CREUSSEN 117 5.5.2.1 ERGEBNISSE DER VOR-ORT-MESSUNGEN UND WASSERCHEMIE 118 5.5.2.2 ERGEBNISSE DER TRITIUMUNTERSUCHUNGEN 118 5.5.2.3 ERGEBNISSE DER RADIUM- UND RADON-AKTIVITÄTSBESTIMMUNGEN 118 5.5.3 PUMPVERSUCH IN EINEM GRUNDWASSERLEITER DES MITTLEREN KEUPER: THERMALBOHRUNG BAYREUTH/OBERFRANKEN 120 5.5.3.1 ERGEBNISSE DER ISOTOPENUNTERSUCHUNGEN 120 5.5.3.2 ERGEBNISSE DER GASGEHALTSBESTIMMUNGEN 122 5.5.3.3 ERGEBNISSE DER RADIUM- UND RADON-AKTIVITÄTSBESTIMMUNGEN 123 5.5.4 PUMPVERSUCH IM MITTLEREN KEUPER/BURGSANDSTEIN: ECKERSDORF/OBERFRANKEN 123 5.5.4.1 ERGEBNISSE DER VOR-ORT-MESSUNGEN 125 5.5.4.2 ERGEBNISSE DER ISOTOPENUNTERSUCHUNGEN 125 5.5.4.3 ERGEBNISSE DER RADIUM- UND RADON-AKTIVITÄTSBESTIMMUNGEN 125 5.5.5 PUMPVERSUCH IM MUSCHELKALK UND ROTLIEGENDEN DER BOHRUNG TREUCHTLINGEN T2 126 5.5.5.1 ERGEBNISSE DER RADIUM-AKTIVITÄTSBESTIMMUNGEN 128 5.6 PUMPVERSUCHE IN BADEN-WÜRTTEMBERG 128 5.6.1 DREI HORIZONTIERTE PUMPVERSUCHE IN EINER OPALINUSTON-BOHRUNG IN WÜRTTEMBERG (GEISINGEN) 128 5.6.1.1 ERGEBNISSE DER VOR-ORT-MESSUNGEN 130 5.6.1.2 ERGEBNISSE DER ISOTOPENUNTERSUCHUNGEN 130 5.6.1.3 ERGEBNISSE DER RADIUM UND RADON-AKTIVITÄTSBESTIMMUNGEN 132 6. UNTERSUCHUNGEN AN GESTEINSPROBEN 136 6.1 RÖNTGENFLUORESZENZANALYSE (RFA) 136 6.2 PROBENAHME 136 6.3 PRÄPARATION 136 6.4 MESSUNG UND AUSWERTUNG 137 7. ERGEBNISSE UND DISKUSSION DER GESTEINSUNTERSUCHUNGEN 138 7.1 BOHRKERN AUS DER BOHRUNG KARLOVY VARY HJ-2 138 7.1.1 PETROGRAPHISCHE BESCHREIBUNG DER BEARBEITETEN BOHRKERNABSCHNITTE DER BOHRUNG HJ-2 IM EGERGRABEN 138 7.1.1.1 BESCHREIBUNG DER DÜNNSCHLIFFE 141 7.1.1.2 ERGEBNISSE DER RÖNTGENFLUORESZENZANALYSE UND DER KRISTALLWASSER-BESTIMMUNG NACH DER PENFIELD-METHODE 150 7.1.1.3 DISKUSSION DER ERGEBNISSE DER DÜNNSCHLIFF- UND DER RÖNTGENFLOURESZENZANALYSE UNTER BERÜCKSICHTIGUNG DES GRUNDWASSERCHEMISMUS 157 7.1.2 BESTIMMUNG DER 226RA- 228RA- UND 230TH-AKTIVITÄTEN AN GESTEINSPROBEN DER BOHRUNG KARLOVY VARY HJ-2 159 7.1.3 BESTIMMUNG DER Δ18O-WERTE AN GESTEINSPROBEN DER BOHRUNG KARLOVY VARY HJ-2 162 7.1.4 VERGLEICHENDE INTERPRETATION DER GEOCHEMISCHEN, ISOTOPEN-GEOCHEMISCHEN UND RADIOMETRISCHEN ERGEBNISSE 168 7.2 GESTEINSOBERFLÄCHEN 169 7.2.1 BESTIMMUNG DER 238U-GEHALTE, DER 234U/238U- UND 230TH/234U-VERHÄLTNISSE, SOWIE DER 226RA- UND 228RA-AKTIVITÄTEN UND DER 226RA/228RA-VERHÄLTNISSE AN AUSGEWÄHLTEN GESTEINSPROBEN AUS DER BOHRUNG KARLOVY VARY HJ-2 169 7.2.1.1 PRÄPARATION UND LEACHING 169 7.2.1.2 DISKUSSION UND INTERPRETATION DER ERGEBNISSE 173 7.2.2 LEACHING-TESTS AN GESTEINSPROBEN AUS SIBYLLENBAD 174 7.3 RADIUMGEHALTSBESTIMMUNGEN AN VERSCHIEDENEN GESAMTGESTEINSPROBEN 175 8. GEOCHEMISCHE UND RADIOMETRISCHE UNTERSUCHUNGEN AN EISEN- UND MANGAN-OXIHYDROXIDEN 177 8.1 SEQUENTIELLE EXTRAKTION DER EISEN- UND MANGANOXIHYDROXIDE 178 8.1.1 PRÄPARATIONSVERFAHREN 178 8.1.2 ERGEBNISSE DER SEQUENTIELLEN EXTRAKTION 179 8.2 RÖNTGENAUFNAHMEN 180 8.3 ELEKTRONENMIKROSKOPISCHE AUFNAHMEN VERBUNDEN MIT ENERGIEDISPERSIVER RÖNTGENANALYSE EDX 181 8.3.1 PRÄPARATION UND MESSUNG 181 8.3.2 ERGEBNISSE DER ELEKTRONENMIKROSKOPIE UND DER EDX 182 8.4 RÖNTGENFLUORESZENZANALYSEN 184 8.5 ZUSAMMENFASSENDE DISKUSSION DER ERGEBNISSE DER 194 EISEN- UND MANGANOXIHYDROXID-UNTERSUCHUNGEN 194 9. KURZE GESAMTZUSAMMENFASSUNG DER ARBEIT 194 DANK 195 LITERATURVERZEICHNIS 196 VERZEICHNIS DER VERWENDETEN KARTEN 204 ANHANG A: FUßNOTEN 206 ANHANG B: TABELLEN 210 ANHANG C: AUFNAHMEN DER UNTERSUCHTEN BOHRKERNABSCHNITTE DER BOHRUNG KARLOVY VARY HJ 2. 309 ANHANG D: GEOLOGIE DES KTB-UMFELDES (AUS: GEOLOG. KARTE DES KTB-UMFELDES OBERPFALZ 1: 50.000, HANNOVER 1991) 313

This study focuses on the environmental impact assessment of trace elements concentrations in spent shale, which is the main residual besides gas and steam from the utilization of oil shale. The study area El-Lajjun covers 28 km2, located in the centre of Jordan approximately 110 km south of Amman. It belongs mainly to the Wadi Mujib catchment and is considered to be one of the most important catchments in Jordan. The Wadi El-Lajjun catchment area (370 km2) consists of two main aquifer systems: The intermediate aquifer (Amman Wadi As Sir Aquifer or B2/A7) and the deep sandstone aquifer (Kurnub/Ram Group Aquifer). The B2/A7 aquifer (Upper Cretaceous) is considered as the main source of fresh water in Jordan. El-Lajjun oil shale was deposited in a sedimentary basin and comprises massive beds of brown-black, kerogen-rich, bituminous chalky marl. The oil shale was deposited in shallow marine environment. It is by definition a sedimentary rock containing organic material in the rock matrix. The shale oil extraction is an industrial process to decompose oil shale and to convert the kerogen into shale oil by hydrogenation, pyrolysis or by a thermal dissolution. Several classifications of extraction technologies are known; the classification with respect to the location where the extraction takes place distinguishes between off-site, on-site, and in situ. The oil shale utilization may have serious repercussions on the surrounding environment if these issues are not investigated and evaluated carefully. Ten representative oil shale rock samples with a total weight about 20 kg were collected from different localities of oil shale exposures in the study area. A standardized laboratory Fischer Assay test was performed with the samples to determine oil shale characteristics and to obtain spent shale, which was used in this study for further investigations. Sequential extraction was used to evaluate the changes in the mobility and distribution of the trace elements: Ti, V Cr, Co, Zn, As Zr, Cd, Pb and U. Column leaching experiments were performed to simulate the leaching behavior of the above elements from oil shale and spent shale to evaluate the possible influence on the groundwater in the study area. The concentrations in the leachate were below the maximum contaminant levels of the Environmental Protection Agency (EPA) for drinking water and the Jordanian standards for drinking water. An immobilization method by using Kaolin was applied to reduce the mobilization and bioavailability of the trace elements fraction that are contained in the spent shale. Immobilization was evaluated as a function of liquid-solid ratio (solid-liquid partitioning) and as a function of pH. A comparison between the results obtained from column leaching experiments and the results that were obtained from immobilization for the oil shale and spent shale samples indicated that the immobilization reduced the mobility of the trace element except for Ti, V, and Cr. However, even the concentrations of these elements were lower than the maximum acceptable limits of the Jordanian Standard Specifications for waste water. The catchment of the study area (Wadi El-Lajjun catchment) is ungauged. Therefore, the soil conservation service (SCS) runoff curve number method was used for predicting direct runoff from rainfall. The results obtained showed that the infiltration of water is very small (approximately 0.6 cm/year) and rarely can´t reach the groundwater through the oil shale beds. Thus, a contamination of groundwater is unlikely under normal conditions. DRASTIC was used to assess groundwater vulnerability for the B2/A7 aquifer with respect to pollution by oil shale utilization. The aquifer vulnerability map shows that the area is divided into three zones: low (risk index 10-100; intermediate (risk index 101–140) and high groundwater vulnerability (risk index 141-200). The high risk areas are small and mainly located in the northeastern corner of the El-Lajjun graben, where the hydraulic conductivity is relatively high and rocks are highly fractured and faulted. The water table of the deep sandstone aquifer (Kurnub/Ram group) in the El-Lajjun area is relatively deep. At least two geological formations above the Kurnub aquifer are aquitards and protect the deep aquifer. However, the area is highly fractured and thus there is a certain possibility for contact with surface pollutants. Finally, further research with respect to trace elements including REE elements and isotopes in the intermediate and deep sandstone aquifers are highly recommended. Isotopic signatures will be very helpful to investigate to which extend hydraulic connections between the aquifers exist. Further and in particular mineralogical studies on the spent shale and the possibilities for industrial utilization are recommended because huge quantities of spent shale are expected. Because most oil shale extraction technologies especially the power generation require considerable amounts of water detailed studies on water supply for the oil shale treatment have to be performed.

Am 22.12.2021 sind die aktualisierten Bewirtschaftungspläne (§ 83 Wasserhaushaltsgesetz) der Flussgebietseinheiten Elbe und Oder in Kraft getreten. Sie sind die wichtigsten Instrumente, um die anspruchsvollen Ziele der Wasserrahmenrichtlinie zu erreichen. In dem Bericht ist ausgehend von einer Belastungs- und Zustandsanalyse die sächsische Herangehensweise bei der Gewässerbewirtschaftung für die nächsten sechs Jahre detailliert dokumentiert. Redaktionsschluss: 17.12.2021