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This study presents chances and challenges associated with the application of organic micro-pollutants (OMPs) as indicators in karst system characterization. The methodology and options of possible indications were evaluated based on the interpretation of the spatial distribution of 54 compounds in groundwater in combination with a complex geological setting consisting of multiple aquifer horizons and tectonic faults. A high variety of OMPs are released mainly in an urban area leading to concentrations of several nanograms per liter up to micrograms per liter, which are detectable using a high-performance liquid chromatography with subsequent tandem mass spectrometry (HPLC-MS/MS) method. Since characteristic patterns of spatial distribution were repeatedly observed during a 2-year observation period, important criteria of the aforementioned indicator application are fulfilled. Triazoles, compounds with recent high emission rates, could be successfully applied for the identification of flow directions and the delineation of catchment areas. Concentrations and the number of OMPs are believed to be dependent on properties of covering rock layers. Therefore, OMPs can also be used as a validation tool for vulnerability mapping. Compounds, such as triazines, persistent in the system for more than two decades, demonstrate the interaction between different parts of the aquifer system and the hydraulic characteristics of a tectonic fault zone. Such indicator potentials complement those of artificial tracer tests. Point sources of OMPs and their impact on groundwater could be identified qualitatively. In combination with the interpretation of the geological setting, the distribution of OMPs provides essential information for the development of a conceptual hydrogeological model.

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Tag der mündlichen Prüfung: 24.10.2014 I Der Vergleich mit dem hydrogeologisch gut untersuchten Einzugsgebiet der Gallusquelle, zeigt, dass Stoffgruppen wie Triazine und Triazole eine weite Verbreitung haben, andere Stoffe jedoch an bestimmte Gegebenheiten im Gebiet gebunden sind (beispielsweise Altablagerungen, Kanalsystem). Außerdem bestätigt sich in beiden Gebieten, dass das Auftreten von Stoffen sowohl von den Stoffeigenschaften als auch von den hydrogeologischen Eigenschaften abhängig ist. Das bedeutet, dass die Art der in einer Karstquelle auftretenden Stoffe selbst ohne aufwändige zeitlich hochaufgelöste Beprobung bereits Rückschlüsse auf Systemeigenschaften zulässt. Die vorliegende Arbeit zeigt somit, dass organische Spurenstoffe bereits auf der Untersuchungsebene des konzeptionellen Modells wertvolle Indikatoren zur Charakterisierung komplexer Grundwassersysteme sein können. Die große Menge an zur Verfügung stehenden Stoffen bietet die Möglichkeit, bestimmte Stoffe auszuwählen, die die jeweiligen Systemcharakteristika widerspiegeln. Mit organischen Spurenstoffen können sowohl Grundwasserkomponenten unterschiedlicher Verweilzeiten von wenigen Tagen bis zu mehreren Jahrzehnten identifiziert werden als auch räumliche Zusammenhänge von wenigen Metern bis über Einzugsgebietsgrenzen hinaus untersucht werden. Die Einbeziehung organischer Spurenstoffe in die Erkundungsstrategien komplexer Grundwassersysteme hat daher ein vielversprechendes zukunftsweisendes Potential.

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