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Tracerstudie zur Quantifizierung des Vertikaltransports in meromiktischen Seen

Rohden, Christoph von

English Title: tracer study to quantify the vertical transport in meromictic lakes

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PDF, German
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Abstract

Die Tagebauseen Merseburg-Ost 1a und 1b besitzen beständige saline Tiefenwasserkörper (Monimolimnien), die vom Mischungsgeschehen im oberen Teil der Seen weitgehend abgekoppelt sind. Unter den Bedingungen starker Schichtung in der Dichtesprungschicht (Halokline) und in den Tiefenwasserkörpern ist der vertikale Transport eingeschränkt. Um den Vertikaltransport in solcher Umgebung zu quantifizieren, wurde die Ausbreitung künstlich eingebrachter SF6-Tracerverteilungen und die Entwicklung der Temperatur- und Salzgehaltsprofile über mehrere Jahre beobachtet. Den Betrachtungen wurde zugrunde gelegt, dass die effektive Mischung analog zur Fick'schen Diffusion beschreibbar ist. Mit der Gradient-Fluss-Methode und unter Ausnutzung der SF6-Profilform wurden vertikale Transportkoeffizienten für SF6 bestimmt. In der Halokline des Tagebausees 1a ist der Tranport auf nahezu molekulares Niveau reduziert (Kz~10^(-9) m^2/s). Im nneren des Monimolimnions des Tagebausees 1b findet man Kz~10^(-8) m^2/s mit einem raschen Anstieg auf ~10^(-6) m^2/s ca. 2 m über dem Seeboden. Unter Einbeziehung eines geothermischen Wärmeflusses von 0.23 W/m2 ergeben sich aus den gemessenen Temperaturänderungen im tiefsten Bereich ähnliche Werte für den Wärmetransport. Dort, wo die Kz für SF6 unter 10^(-7) m^2/s fallen, läuft der Wärmetransport auf molekularem Niveau ab. Die zeitlichen Abnahmen der SF6-Mengenbilanzen von ~12%/a im Monimolimnion des Sees 1a und ~6%/a in 1b lassen auf eine Grundwasser-Ankopplung der Tiefenwasserkörper schliessen. Die Ergebnisse stellen eine Mittelung über die Wirkung unterschiedlicher turbulenter Mischungsprozesse in der Zeit und in der Horizontalen dar.

Translation of abstract (English)

The mining lakes Merseburg-Ost 1a and 1b inclose stably stratified salty deep water bodies (monimolimnia). They are extensively separated from the mixing regime in the upper water column. The vertical transport is kept down due to the strong stratification in the region of the density step (halocline) and in the monimolimnion. To quantify the vertical transport under this conditions, the vertical spreading of an injected SF6-tracer mark as well as the development of the temperature and salinity profiles were observed during several years. The examinations are based on the assumption that the effective mixing can be described similar to the Fickian diffusion. Vertical transport coefficients for SF6 were evaluated using the flux-gradient method and the shape development of the SF6-profiles. The transport is reduced nearly to the molecular level (Kz~10^(-9) m^2/s) in the halocline of the mining lake 1a. In the inner part of the monimolimnion in lake 1b, Kz~10^(-8) m^2/s was found, whereas around 2 m above the lake bottom the values increase rapidly to Kz~10^(-6) m^2/s. Including a geothermal heat flux of 0.23 W/m^2, the measured temperature changes yield similar values for the heat transport in the lowermost 2 m. In the depths where the Kz of SF6 fall below 10^(-7) m^2/s, heat is transported at the molecular level. A decrease of the total amount of SF6 of ~12%/a in the monimolimnion of lake 1a and ~6%/a in 1b was mainly caused by the interaction with the groundwater system. The results represent the effective mixing in time and horizontal direction including the influence of distinct turbulent mixing processes.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Roth, Prof. Dr. Kurt
Date of thesis defense: 20 November 2002
Date Deposited: 03 Dec 2002 12:42
Date: 2002
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Environmental Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Tracer, Schichtung <Hydrologie>, Transportkoeffizient, Turbulente Diffusion, Schwefelhexafluorid
Uncontrolled Keywords: Tagebausee , Meromixie , Monimolimnion , Dichteschichtung , Vertikaltransportmining lake , meromixis , monimolimnion , density stratification , vertical transport
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