Inhaltsverzeichnis
Vorwort
Einleitung
Die Niers
Die Güteklassen
Chemisch-physikalische Messgrössen
Sauerstoffgehalt
Ammoniumgehalt
Nitratgehalt
Nitritgehalt
Phosphatgehalt
Zusammenfassung
Literaturverzeichnis
Vorwort
Die Facharbeit zu schreiben erwies sich als interessanter, aber auch weitaus schwieriger, als zunächst gedacht.
Gerade bei der Arbeit an meiner Facharbeit, war ich abhängig von Wetterlage und Gerätschaften, dabei trat auch das erste Problem in den Vordergrund.
Meine Arbeit beinhaltet eine gewisse Gewässerkontrolle, dementsprechend musste ich Versuche mit dem Nierswasser durchführen, um vorhandene Stoffe im Wasser nachzuweisen. Hierzu bekam ich von der Schule einen Chemikalienkoffer, ein Lux-Meter und eine Sauerstoffelektrode, als Hilfsmittel, zur Verfügung gestellt.
An dieser Stelle möchte ich mich herzlich für die Unterstützung und Geduld von Herrn Jäschke bedanken, der mir die genannten Materialien und Informationen zur Verfügung stellte.
Wie sich aber herausstellte, hatten die Chemikalien des Koffers das Verfallsdatum bereits überschritten, demnach kann man bei meinen Werten nicht von einer 100%igen Richtigkeit ausgehen.
Ebenfalls war am Ende meiner Messungen des Sauerstoffgehaltes eine Verwirrung entstanden, da dieser, im Vergleich zu Messungen des Niersverbandes, sehr hoch erschien. Mir standen allerdings keine genauen Vergleichswerte zur Verfügung, da der Niersverband, aus nicht bekannten Gründen, seine Messungen lediglich im Frühjahr und Sommer vornimmt. Ich bin somit nicht in der Lage die Werte als „richtig“ oder „falsch“ zu bestimmen.
Ein weiteres Problem trat bei der Zusammenarbeit mit dem Niersverband auf, dem ich an dieser Stelle dennoch herzlich danken möchte. Der Niersverband war so freundlich mir den Niersbericht, zur Unterstützung meiner Facharbeit, zuzusenden, leider nur in unvollständiger Form. Darin fehlten ausgerechnet die Werte meiner Messstellen, die mir als Vergleichswerte besser gedient hätten.
Vermeintliche Fehlmessungen, aufgrund der obengenannten Fehlerquellen und auch zeitliche Mängel, sollten daher zu vernachlässigen sein.
Diese Arbeit hat mir sehr viel Spass gemacht, trotz einiger Unannehmlichkeiten, die nicht zu vermeiden waren. Sie hat mich der Ökologie, vor allem der Limnologie, etwas näher gebracht, da man die, doch recht trockene, Theorie einmal anwenden konnte und durch eigene Versuche und eigenes Erarbeiten einen ganz anderen Blick für diese Art der Biologie bekommt.
Abschließend möchte ich noch einmal allen für ihre Mithilfe danken, neben den schon genannten, auch meiner Familie, die mich fahrtechnisch unterstützten. Viele Dank!
Einleitung
Ich habe mich in meiner Arbeit mit dem Fluss „Niers“ beschäftigt und werde im folgenden sowohl auf seine äusserliche, als auch innere Beschaffenheit eingehen.
Ich beginne dabei zunächst mit dem Fluss selbst, erläutere seinen Verlauf, die Umgebung und mache dabei auch meine Messpunkte deutlich, an denen ich verschiedenen Untersuchungen mit dem Wasser durchführte.
Weiterhin wird meine Arbeit die Erklärung der Güteklassen beinhalten, wobei geklärt wird: Was sind die Güteklassen? Welche gibt es? Was sagen sie aus? Wie erkenne ich sie?
Hierbei stelle ich natürlich auch die allgemeinen Güteanforderungen (AGA), die an das Wasser gestellt werden, heraus und nenne verschiedene Methoden, die der Niersverband zur Gewässerkontrolle verwendet.
Im folgenden werde ich meine eigenen Messwerte behandeln, die ich durch Versuche mit Chemikalien und Messgeräten ermittelt habe. Ich gebe dazu die Orte meiner Messungen an, die auf der Karte (Anhang S.16/17) nachvollzogen werden können. In ihrer Naturgestallt kann auf den dazu angefertigten Fotos (Anhang S.18 - 22) betrachtet werden.
Die Zusammenfassung wird zudem noch ein Ergebnis meiner Untersuchungen erhalten und weitere Belege, die ich nicht umfassend aufführen möchte, da dies den Umfang dieser Arbeit sprengen würde.
Die Niers
* Der Fluss Niers ist, wie der Name schon sagt, ein Fliessgewässer.
„ Hydrologisch gesehen sind Fliessgewässer Gerinne, in denen der oberirdische Abfluss transportiert wird, das Wasser demnach eine - verglichen mit dem See - nur kurze Aufenthaltszeit hat. “ 1
Den Ursprung eines jeden Flusses bezeichnet man als Quelle, das können Grundwasseraustritte aus dem Erboden oder Abflüsse aus Seen sein. Man unterscheidet limnologisch in drei Quellenarten: die Limnokrene, die zunächst zu einem See zusammenfliesst, die Helokrene bildet einen Sumpf und die Rhenokrene, sie fliesst sofort ab.
Das Gefälle ist entscheidend für die Wasserbewegung und -geschwindigkeit. Die Bewegung ist immer turbulent, die Wassergeschwindigkeit nimmt mit dem Gefälle ab, zudem hängt sie auch von der Wasserführung, der Breite und der Art des Grundes ab (je mehr Widerstand, desto geringer die Fliessgeschwindigkeit.)
Während Seen „leicht“ verlanden (der Grund wird durch Ablagerungen aufgelagert und verdrängt so das Wasser), waschen Flüsse ihr Becken selbst, durch geologische Ausräumarbeiten, Abtransport von grobem Geröll o.ä. am Grund als Geschiebe, aus. Feine und feinste Teilchen werden als Schwebstoffe mit dem fliessenden Wasser transportiert. Besonders im Mittellauf eines Flusses ist die Schwebstoffführung sehr hoch, so dass das Wasser trüb erscheint und dementsprechend auch weniger Licht an den Grund gelangt, was sich, bei übermässiger Schwebstoffführung, negativ auf den Pflanzenwuchs auswirken kann. Der Fluss hat ausserdem die Kraft sich selbst zu reinigen (Selbstreinigung). Durch die Bewegung des Wassers diffundiert Sauerstoff in dieses, wird in Wasser gelöst. Der Sauerstoff wird benötigt, damit Stoffkreisläufe vonstatten gehen, in denen durch Mineralisierer organische und anorganische Stoffe abgebaut und zu Nährstoffen oxidiert werden. Auf diese Weise werden Schmutzstoffe mit dem Verlauf des Flusses beseitigt.
Die Niers selbst hat eine Gesamtlänge von 115km. Ihren Ursprung hat sie in Deutschland, wo sie 106km durch fliesst, ihr Verlauf geht dann über die Grenze hinaus in die Niederlande, wo ihre Länge noch 9km beträgt. Schliesslich mündet sie in die Maas.
Das Einzugsgebiet der Niers ist 1348km² gross, d.h. das gesamte Regenwasser, das auf diese Fläche fällt, fliesst als Grundwasser in die Niers ein.
Sowohl ihre ca.13 Nebenflüsse, als auch die Niers selbst werden, zusätzlich zu ihrer Selbstreinigung, auch noch von modernen Klärwerken gereinigt.
Mit den Fortschritten in der Abwsserreinigung, vor allem was das Entfernen von überschüssigen Ammonium- und Nitratverbindungen betrifft, und der Verbesserungen der Kläranlagen, hat sich auch die Wasserqualität in den letzten Jahren stark verbessert. Hieran arbeitet der Niersverband weiter, es wird vorgesehen, dass allein in den Jahren 2000 - 2004 über 300 Millionen allein für die Abwasserreinigung, sprich Verbesserung des Klärwerks Neuwerk, ausgegeben werden (Anhang S.23).*
Die Niers wird regelmässig vom Niersverband untersucht und getestet, jedoch nur in den Frühjahrs- und Sommermonaten. Hierbei wird das Wasser auf eine harte Probe gestellt, denn es muss den Anforderungen der AGA genügen.
Zudem gehört die Niers zu dem Wasserschutzgebiet „Aquatische Lebensgemeinschaft“, was zeigt, das wesentlich weniger Abwasser, und damit Schadstoffe, in die Niers gelangen, als in andere Flüsse oder vielleicht noch vor ein paar Jahrzehnten.
Ich habe meine Messbereiche in der beigelegten Karte (Anhang S.17) markiert, zudem finden Sie im Anhang Fotos vor, auf denen Sie die Umgebung erkennen können.
Die markierte Stelle v.K. (vor der Kläranlage) ist von Wald, Weiden und einer Autobahn umgeben, Grund und Ufer sind teils steinig, teils bewachsen.
Die Messstelle n.K. (nach der Kläranlage), liegt direkt hinter der Kläranlage und ist vereinzelt von Bäumen umgeben, das Wasser läuft direkt aus dem Niersssee, der das Wasser biol. reinigt, in den Fluss ein. Grund und Ufer sind aus Stein.
Die markierte Stelle 1 ist umgeben von Wald (Laubwald) und Weiden, die Ufer und der Grund sind stark bewachsen.
Die Stellen 2 und 2Z sind von einzelnen Laubbäumen und von Weiden umgeben, die Ufer und der Grund sind auch hier stark bewachsen.
Die Güteklassen
* Damit meine Arbeit im weiteren Verlauf verständlich ist, werde ich zunächst den Begriff der Güteklassen klären, der fortlaufend häufiger gebraucht wird.
Die Güteklassen zeigen den Grad der Verschmutzung des untersuchten Wassers an, man unterscheidet in 4-7 Gruppen. Diese eigenwillige Zahl kommt aufgrund der unterschiedlichen Differenzierung zustande. Die einfache Auflistung der Gruppen ist in I - IV geteilt, detaillierter zeigen sich die Güteklassen mit „Zwischenstufen“, z.B. II - III.
Zum besseren Verständnis werde ich nun die einzelnen Güteklassen in detaillierter Form angeben:
I [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Das Wasser ist unbelastet oder nur gering belastet, man bezeichnet dies auch als „geogener seinen niedrigen Bakteriengehalt und eine hohen Besiedlungsdichte, z.B. durch Strudelwürmer und Insektenlarven. Diese Tiere bezeichnet man deshalb auch als Zeigerorganismen.
I-II [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Das Wasser ist sehr gering belastet, es weisst eine geringe Zufuhr von organischen und anorganischen Nährstoffen auf. Zudem ist das Wasser annähernd sauerstoffgesättigt. Ausgezeichnet ist dieses Wasser für seine grosse Artenvielfalt.
II [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Das Wasser ist mässig belastet, d.h. es ist eine mässige Verunreinigung zu beobachten, trotzdem findet eine gute Sauerstoffversorgung statt. Hierdurch ist auch die Grundlage für eine weiterhin grosse Artenvielfalt vorhanden, darunter die Zeigerorganismen Kleinkrebs, Insektenlarve und Schnecke.
II-III [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Das Wasser ist einer deutlichen Belastung ausgesetzt. Es herrscht Sauerstoffmangel, durch das Vorkommen von organischen, sauerstoffzehrenden Stoffen. Aus diesem Grund sind hier kaum Grundlagen für ein Leben von Makroorganismen (z.B. Fische) gegeben, die Artenzahl sinkt.
Aufgrund anderer biotischer Faktoren jedoch, kommt es zur Massenentwicklung einer zuvor „unterdrückten“ Art, sowie stärkere Algenbildung.
III [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Das Wasser ist stark verschmutzt, durch sauerstoffzehrende, organische Stoffe, die einen niedrigen Sauerstoffwert zur Folge haben. Faulschlammablagerungen sind am Grund zu finden, dort Leben flächenabdeckende Kolonien fadenförmiger Abwasserbakterien.
Es gibt nur wenige Sauerstoffmangelresistente Makroorganismen, aus diesem Grund werden nur Schwämme, Egel und Wasserasseln in grösseren Massen zu finden sein.
III-IV [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Das Wasser ist sehr stark verschmutzt, es herrscht zeitweise totaler Sauerstoffschwund. Organische, sauerstoffzehrende Stoffen die durch toxische Einflüsse begünstigt sind, schränken den Lebensraum ein.
Das Wasser ist durch Schwebstoffe getrübt und Faulschlamm lagert sich am Grund ab. Makroorganismen sind hier nicht lebensfähig, jedoch sind die Zeigerorganismen rote Zuckmückenlarve und Schlammröhrenwürmer zu finden, welche die Sedimentablagerungen besiedeln.
IV [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Das Wasser ist übermässig verschmutzt, durch organische, sauerstoffzehrende Abwässer.
Hier herrschen Fäulnisprozesse vor. Es ist kein oder fast kein Sauerstoff mehr vorhanden. Das Wasser wird ausschliesslich von Mikroorganismen besiedelt.
Der Niersverband arbeitet hierbei mit zwei verschiedenen Güteparametern. Früher galten allein die AGA (Allgemeinen Güteanforderungen), die neuen ZV (Zielvorgaben), sind wesentlich niedriger gesetzt (Anhang S.24).
Chemisch - physikalische Messgrössen
Im folgenden werde ich näher auf die vorhandenen Stoffe im Nierswasser eingehen. Darin behandel ich sowohl Nähr- als auch Schmutzstoffe, soweit vorhanden. Durch sie lässt sich der Trophiegrad oder die Güteklasse des Wassers erschliessen. Der Trophiegrad ist, im Grunde, gleichbedeutend mit der Güteklasse. Man unterscheidet in oligotroph, eutroph und hypertroph.
Nährstoffe wirken sich positiv auf das Gewässer aus, sie sind der Anfang einer „Nahrungskette“ (Anhang S.24).*
Das sog. Plankton nimmt die Nährstoffe auf und verwertet sie zum Aufbau von Biomasse. Das Plankton wird von den Makroorganismen (z.B. Fische) gefressen und nimmt so seinen Lauf. Abgestorbene Makroorganismen und Pflanzenteile sinken als sog. Detritusregen in Richtung Grund. Schon während des Absinkens wird der Detritusregen von den Mineralisieren (auch Reduzenten: Bakterien) abgebaut. Dabei werden erneut Nährstoffe wie CO2, SO4²-, NO3- und PO4³- freigesetzt und somit eine „Kettenreaktion“ ausgelöst, Da die entstandenen Nährstoffe wiederum für das Plankton zur Verfügung stehen.
Diese Art des Vorgangs findet jedoch nur bei aeroben Verhältnissen (mit O2) statt. Liegt ein anaerober Zustand (ohne O2) vor entstehen anstatt Nähr- Gift- oder Schadstoffe, wie CH4, H2S, NH3 und H2PO4-. Aus diesen Gründen kommt man leicht zu der Annahme, soviel Sauerstoff wie möglich wäre von Vorteil, aber dem ist nicht so.
Im „normalen“, „gesunden“ Zustand ist das Gewässer oligotroph, d.h. das Wasser ist höchstens bis zu 100% mit Sauerstoff gesättigt und demnach nährstoffarm, charakteristisch für ein oligotrophes Gewässer sind ausserdem auch ein Artenreichtum, aber Individuenarmut.
Im Gegensatz dazu steht das eutrophe Gewässer. Zuviel Sauerstoff im Wasser führt zu einer Nährstoffanreicherung; es kommt zur Überdüngung, d.h. Eutrophierung. Der Pflanzenwuchs, vorallem der Algenwuchs wird gesteigert und die Wasseroberfläche bedeckt. Mehr Pflanzen bedeutet mehr Detritusregen, bedeutet mehr Nährstoffbildung, aber auch mehr Ablagerungen am Grund, dies kann zu Faulschlamm führen. Charakteristisch für ein eutrophes Gewässer ist auch die Artenarmut und der Individuenreichtum.
Ist jedoch kein O2 mehr im Gewässer vorhanden, werden Nährstoffen, durch O2- unabhängige Bakterien, Giftstoffe reduziert. Das Gewässer ist nun hypertroph. Der hypertrophe Zustand folgt auf den eutrophen. Zunächst ist ein Überschuss an O2 vorhanden, der aber schnell verbraucht wird, wenn kein zusätzliches O2 ins Gewässer gelangt, da es durch Algen bedeckt wird und kein Licht mehr zu den Pflanzen gelangt.2
Jeder Stoff durchläuft einen gewissen Stoffkreislauf, den ich je nach entdeckten Stoff erläutern werde.
Da zunächst ein paar Grundelemente zum Verständnis geklärt sind, möchte ich nun speziell auf die enthaltenen Stoffe in der Niers eingehen. Ich beginnen hierbei mit den Messwerten der Sauerstoffelektrode, um anhand der O2-Werte die Nährstoffproduktion besser erklären zu können. Daraufhin werde ich den Nährstoffgehalt behandeln, den ich mit den Chemikalien ermittelt habe.
Wie bereits im Vorwort erwähnt, können hier ein paar Unstimmigkeiten auftreten, die meine Messungen aber nicht im wesentlichen beeinträchtigen. Ich bitte trotzdem dies, aufgrund der Mangel an Möglichkeiten, unberücksichtigt zu lassen.
Sauerstoffgehalt
Sauerstoff gelangt auf zwei Wegen ins Wasser, durch Diffusion und Fotosynthese. Beide Faktoren sind Abhängig von weiteren Faktoren (Anhang 1 S.25).
Diffusion ist das Lösen von Sauerstoff in Wasser. Um eine möglichst grosse Diffusion im Fluss zu erreichen, ist eine schnelle Fliessgeschwindigkeit und Wellenschlag von Vorteil, denn durch das Aufwühlen des Wasser, löst sich der Sauerstoff leichter darin.
Fotosynthese ist natürlich von Licht und Kohlenstoff (CO2) abhängig und von der Anzahl der Pflanzen. Es kann also auch von Vorteil sein, wenn viele Pflanzen im Gewässer sind, auf die Weise kann mehr Fotosynthese stattfinden. Je mehr Licht dafür vorhanden ist desto besser. Hieraus lässt sich ein Kreislauf ableiten: Durch Diffusion gelangt Sauerstoff in das Wasser, wird von Konsumenten (z.B. Fische) und Destruenten (Mineralisierer) aufgenommen und dabei CO2 ausgestossen. Das CO2 verwenden die Pflanzen, um mit Wasser und der Energie des Lichtes, O2 zu produzieren, welches erneut in den Kreislauf einläuft
6CO2 + 6H2O [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] C6H12O6 + 6O2 ([Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] = mit Lichtenergie)3
Die Niers zeigt sehr hohe Sauerstoffwerte, sie zeugen eindeutig von einer Eutrophierung des Gewässers.
Die Stelle v.K. zeigt den höchsten Sauerstoffgehalt, er beträgt 22,2mg/l, das bedeutet, dass das Wasser der Niers an dieser Stelle eine Sättigungswert von 180% hat, also eine deutliche Eutrophierung. Woran liegt das? Nun, zunächst einmal an der sehr hohen Fliessgeschwindigkeit der Niers, was in dieser Jahreszeit (Winter) noch durch Winde begünstigt wird. Zudem zeigten sich an dieser Stelle auch Unterwasserrohre, von denen ich nicht genau sagen kann was sie bezwecken, vermutlich leiten sie Abwässer ein, die das Wasser zusätzlich aufwirbelten, somit also Diffusion grosszügig stattfinden kann.
Im Wasser waren keine „grossen“ Konsumenten aufzufinden, was bedeutet, dass der Sauerstoff lediglich von kleineren Organismen und Mineralisierern verbraucht wird. Hier findet also deutlich mehr Produktion statt, als Konsumiert wird.
Die Stelle n.K. zeigt hingegen dagegen ein sehr viel niedrigeren Sauerstoffgehalt, er beträgt hier 13,8mg/l, der Sättigungswert ist also auch wesentlich geringer, mit 130% ist die Eutrophierung nicht mehr so stark.
Eine Erklärung dafür ist, dass das benannte Wasser direkt aus der Kläranlage kommt, sprich nach chemische und biologischer Reinigung. In der chemischen Reinigung findet eine Reinigung mit Chemikalien und Maschinen statt, das Wasser wird gereinigt, in der biologischen Reinigung, wird das Wasser dazu angeregt sich selbst zu reinigen, durch Zuführen von Mineralisierern. Überschüssiges Nitrit und Ammonium sollen abgebaut werden, um eine Eutrophierung und eventuelle Giftstoffproduktion (s. Ammoniun [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Ammoniak) weitläufig zu vermeiden. Hierzu benötigen wir die Nitrifikation, zur Nitrifikation benötigt man Sauerstoff.
Das ist der Grund, warum wir nun weniger Sauerstoff im Wasser haben, er wurde für die Selbstreinigung verbraucht.
Gehen wir weiter zu Stelle 1 (etwa 6200m von n.K. entfernt), der Sauerstoffgehalt hat sich bis hierin nicht viel verändert er beträgt 13,5mg/l, das ist gleichbedeutend mit einem Sättigungswert von 115%. Man hätte wohl zunächst etwas anderes erwartet, durch die längere Strecke und die schnelle Fliessgeschwindigkeit hätte doch eigentlich mehr O2 im Wasser vorhanden sein müssen? Wir dürfen nicht vergessen, dass das aufnehmen von Sauerstoff nicht der einzige Ablauf im Wasser ist, schliesslich wird er auch wieder verwendet, in diesem Fall nicht so sehr für Konsumenten, als für Destruenten. Wie man auch im Folgenden an anderen Werten erkennen, findet auf dieser Strecke weiterhin Nitrifikation statt, Sauerstoff wird also genutzt. Zudem gibt es neben dem N(Stickstoff)- Kreislauf, auch noch den P(hosphor)-Kreislauf oder den, dessen ich mich nicht gekümmert habe, S(chwefel)- und Kohlenstoff-Kreislauf. Alle diese Kreisläufe nutzen den Sauerstoff, wenn er vorhanden ist.
Die Stellen 2 und 2Z ziehe ich zusammen, sie liegen direkt nebeneinander, einziger Unterschied, 2Z ist ein Zufluss mit klarem Wasser, dennoch zeigen sie die gleichen Werte. Sie liegen etwa 500m von Stelle 1 entfernt. Der Sauerstoffgehalt beträgt hier 17,6mg/l, der Sättigungswert demnach 145%.
Auf einer relativ kurzen Strecke ist der Sauerstoffwert also wieder angestiegen, hier kommen zum ersten mal die Pflanzen und das Licht wirklich zum tragen. Bei meinen Messungen verwendete ich nämlich auch ein Luxmeter, das mir zeigte, wieviel Licht ins Wasser vordringt und ob demnach eher viel, wenig oder gar keine Fotosynthese stattfinden kann.
100 Lux oder 1klux zeigen, dass das Licht zu 100% durch das Wasser durchkommt, bis zu der Stelle, wo gemessen wird. Ich setzte das Luxmeter auf den Grund, da die Niers in meinen Messbereichen nur eine Tiefe von ungefähr 1m - 2m hatte. Das Geräte zeigte einen Wert von ≈ 0,70klux an. Ganz abgesehen von davon wieviel Licht noch am Grund ankommt, sehen wir, dass überhaupt Licht bis an den Grund vordringt. 0,70klux zeigt zudem, dass eine recht hohe Lichtintensität, auch noch am Grund, herrscht. Es ist reichlich Lichtenergie für Fotosynthese vorhanden, daher wohl der höhere Sauerstoffwert, denn sowohl Ufer, als auch Grund sind stark bewachsen.
Wir sehen also, dass sich der zunächst äusserst hohe Sauerstoffgehalt durch Stoffkreisläufe abgebaut hat, sich aber im Verlaufe des Flusses durch Diffussion und Fotosynthese wieder allmählich regeneriert, was für einen Fluss, der eher wenig Sauerstoff führt, von bedeutender Wichtigkeit ist. Sollte er seinen ganzen Sauerstoff verlieren, wird er hypertroph, was der Niers wohl nicht so schnell passieren kann.
Ammoniumgehalt
[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Anumgehalt bei 0,4mg/l. Ammonium ensteht aus organischen Stickstoffverbindungen, sowohl bei aeroben (Wasserpflanzen, Bakterien), wie bei anaeroben (Pilze, Fäulnisbakterien) Verhältnissen. In diesem Fall liegen eindeutig aerobe Verhältnisse vor, also produzieren in diesem Fall Wasserpflanzen und Bakterien das Ammonium. Das nicht mehr vorhanden ist, liegt vermutlich daran, das bei diesen Verhältnissen einiges zu Nitrit und Nitrat oxidiert wird. Ausserdem liegt hier ein pH-Wert von 7,5 vor, ist der pH-Wert grösser als 7 entsteht das giftige Ammoniak, was in diesem Fall durchaus der Fall sein kann, allerdings kann ich dafür keinen Beweis liefern, da ich keine Mittel hatte dies zu testen (Anhang 2 S.25). Der Niersbericht sagt darüber anderes aus, danach entsteht Ammoniak erst bei einem pH-Wert >8,5, da teilen sich die Geister, ich kann also keine eindeutige Aussage darüber geben.
Stelle n.K. hat einen Ammoniumgehalt von 1mg/l, das hier etwas mehr vorliegt liegt daran, dass in etwa die gleichen Verhältnisse wie bei v.K. herrschen, jedoch der pH-Wert hier nur 7 beträgt und vermutlich kein oder weniger Ammoniak entsteht. Zudem sind die Werte nicht in einem grossen Masse unterschiedlich.
6200m weiter, ist der Wert wieder gesunken. Stelle 1 hat noch etwa 0,2mg/l Ammonium, dieser niedrige Wert zeigt, dass nicht viel Ammonium bestehen bleibt, sondern, wie beim „Nitratgehalt“ erklärt, zu Nitrit und Nitrat umgesetzt wird. Da der pH-Wert an dieser und den folgenden Stellen nur 6 beträgt ist die Umwandlung zu Ammoniak weitgehenst ausgeschlossen.
Aus den gleichen Gründen kommen die Werte 0,4 an der Stelle 2Z und 0,6 an der Stelle 2 zustanden, die nicht sehr unterschiedlich sind. Die Nitrifikation läuft hier, in geringem Masse, weniger ab. Ausserdem dient Ammonium auch als Nährstoff für Pflanzen, wenn es auch eher als Zwischenstufe von Stickstoff zu Nitrat scheint. Trotz allem bleibt Nitrat Hauptnährstoff für die Pflanzen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Ammonium nur in geringen Massen im Nierswasser vorkommt, was von Vorteil ist, da auch zuviel Ammonium giftig wirken kann. Weiter kann das bedeuten, dass eine grössere Menge an Nitrat vorliegt, da aus Gründen des pH-Werts kein Ammoniak entsteht. Das Ammonium selbst, trägt demnach auch nicht zu einer Eutrophierung des Gewässers bei, höchstens passiv (Nitrat).
Nitratgehalt
[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Der Nitratgehalt der Niers liegt, nach meinen Messungen, bei ca. 50mg/l in den Messbereichen n.K.,1,2 und 2Z. Aber wie kommt das Nitrat eigentlich in das Wasser?
Bereits in der Vorede sprach ich von Mineralisierern, die organische Stoffe zersetzen und dabei Nährstoffe freisetzen. Damit Nitrat freigesetzt wird findet der Nitratstoffkreislauf statt:
Das, wie eben erklärt, entstandene Ammonium wird durch die sog. Nitrifikation, durch das Bakterium Nitrosomonas, zu einer Art Zwischenstufe, Nitrit, oxidiert. Nitrit wird schliesslich durch das Bakterium Nitrobacter zu Nitrat oxidiert. (Anhang 2 S.25). Hierzu müssen aerobe Verhältnisse vorliegen.
Zum grössten Teil jedoch gelangen Nitrate durch eingeleitete Abwässer in die Niers. Sie können, wie bereits erwähnt, zur Eutrophierung des Gewässers beitragen.
Wir sehen, dass in der Niers ein hoher Wert an Nitrat vorliegt, also viele Nährstoffe ins Wasser gelangen. Dem Wert nach, führt dieser bereits zur Eutrophierung, dies zeigt dich an dem starken Pflanzenwuchs an Ufern und Grund, die ja bekanntlich die Nährstoffe aufnehmen und verwerten. Viele Nährstoffe bedeuten demnach, starker Pflanzenwuchs.
Aufgrund der Tatsache, dass Nitrate durch Abwassereinleitung ins Gewässer gelangen scheint es seltsam, dass das Wasser unmittelbar vor der Kläranlage nur einen Nitratwert von etwa 10mg/l (Stelle v.K.) hat. Dies lisse sich zurückführen auf einen niedrigen O2-Gehalt des Wassers, da bei anaerobe Verhältnissen Nitrat erneut zu Nitrit und weiter zu Ammonium reduziert wird. Meine Sauerstoffwerte zeigen jedoch eine Übersättigung an, wie bereits erwähnt. Deshalb fällt diese Erklärungsmöglichkeit weg.
Eine andere wäre abermals der starke Pflanzenwuchs. Die Niers ist von starkem Pflanzenwuchs durchzogen, diese Pflanzen nehmen Nitrat auf, auf diese Weise ist kurz vor der Kläranlage nur noch ein geringer Teil an Nitrat zu messen.
Nitritgehalt
Nitrit ist die Zwischenstufe bei der Bildung von Nitrat aus Ammonium. Es bleibt normalerweise nicht lange bestehen, da bei aeroben Verhältnissen Nitrit auf direktem Wege, über die Nitrifikation, zu Nitrat oxidiert wird. Aus diesem Grund ist der Nitritgehalt des Nierswasser auch nur sehr gering (Anhang 2 S.25).
Die Stelle v.K. hat einen Nitritgehalt von 0,1mg/l. Das wenige Ammonium, dass an dieser Stelle vorhanden ist und vermutlich auch zum Teil zu Ammoniak umgewandelt wurde, ist also zu 0,1mg/l Nitrit oxidiert, d.h. zu 0,1mg/l messbarem Nitrit, der Rest wurde vermutlich von Pflanzen aufgenommen und zu Nitrat oxidiert.
An der Stelle n.K. liegt ein Wert von 0,5mg/l vor, was an der angeregten Nitrifikation, wie beim Sauerstoff erwähnt, liegt. Die gesteigerte Nitrifikation lässt das Ammonium zu Nitrit oxidieren, trotzdem wird der grösste Teil zu Nitrat umgesetzt. Aber auch hier wird Nirtit zusätzlich noch von den Pflanzen aufgenommen, da gerade an dieser Stelle ein hoher Pflanzenwuchs herrscht.
Stelle 1 und 2 haben einen Wert >5mg/l, da ich mit den Chemikalien gearbeitet haben und dies colormetrische Tests waren, kann ich nicht sagen wieweit der Wert über 0,5 liegt.
Der Wert kommt aus den gleichen Gründen, wie an der Stelle n.K. zustande.
Der Zufluss 2Z zeigt allerdings erneut einen Wert von 0,1mg/l. Da Sauerstoff vorhanden ist, wurde der größte Teil an Nitrit wieder zu Nitrat oxidiert, so dass nur wenig Nitrit aufzufinden ist. Obendrein ist auch diese Stelle bewachsen, so dass, das als Nährstoff fungierende Nitrit, von den Pflanzen aufgenommen wird.
Phosphatgehalt
Auch Phosphat gehört, wie die Stickstoffverbindungen, zu den Nährstoffen und wird deshalb auch von Pflanzen (besonders Algen) aufgenommen. Auch Phosphat kann dadurch zu einer Eutrophierung beitragen, der Anteil wird also, soweit möglich, niedrig gehalten.
Wahrscheinlich auch zur Freude des Niersverbandes, zeigten meine Werte einen äusserst geringen Anteil an Phosphat.
Phosphat gelangt durch Zuflüsse ins Wasser oder wird durch Mineralisierer aus dem Detritusregen freigesetzt. Phosphat wird aber nicht nur von den Pflanzen und Tieren aufgenommen, sondern kann sich auch in Verbindung mit Eisen (Fe³+), bei aeroben Verhältnissen im Sediment ansammeln ([Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]Phosphatfalle), sollten das Gewässer allerdings in den anaeroben Zustand übergehen, wird das giftige Hydrogenphosphat freigesetzt ([Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Phosphatquelle). Diese Verhältnisse gelten jedoch eher für den See, als für den Fluss (Anhang S.26).
Stelle v.K. lieferte einen Wert von 0,5mg/l, der nun nicht schwer zu erklären ist, Phosphat gelangt durch Zuflüsse in diesen Bereich, wird aber auch dort noch von Pflanzen aufgenommen. Zudem bemüht sich der Niersverband den Phosphatgehalt so gering wie möglich zu halten, demnach ist allgemein nicht viel Phosphat im Nierswasser enthalten. Obwohl sich der Wert sehr niedrig anhört, entspricht er doch nicht den Güteanforderungen, die bei < 0,3mg/l liegen.
Die Werte n.K. wirken dagegen fast erschreckend mit 0,75-1,5mg/l, dennoch ist der angestiegene Wert nichts ungewöhnliches. Das Klärwerk Mönchengladbach-Neuwerk, nutzen, um das Wasser im Nierssee zu reinigen, die P-Emission, d.h. dem Wasser wird Phosphor zur Reinigung zugeführt, daher der zunächst hohe Wert im geklärten Wasser.
Man kann aber beobachten, dass sich der Fluss recht schnell wieder erholt, denn schon die Stellen 1,2,2Z enthalten kein Phosphat mehr, die Pflanzen auf der Strecke haben es bereits abgebaut.
(Zusammenfassung aller Werte in einer Tabelle und Diagramm [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Anhang S.27)
Zusammenfassung
Sie sehen also das der Stoffhaushalt eines Flusses von verschiedenen Faktoren abhängig ist, vom Sauerstoffgehalt, Fliessgeschwindigkeit, Umgebung, Vegetation, Individuen, aber auch Zuflüsse und Anzahl und Kraft der Klärwerke. Erst wenn man alle Faktoren zusammenzieht kann man Erklärungen für das Zustandekommen von Werten finden.
Ausserdem stellt man fest, dass der Fluss im Grunde eine längere Lebensdauer hat, als ein See. Nur er hat die Kraft sich selbst zu reinigen und kann dadurch eine Eutrophierung verhindern oder vermindern. In einen hypertrophen Zustand wird er kaum übergehen, da er durch seine Bewegung ständig Sauerstoff erhällt, Schadstoffe wird er um einiges schneller wieder abbauen, als ein See.
Die Niers ist allerdings ein Fluss, der bereits in den eutrophen Zustand übergegangen ist, wie sie an den Werten sehen können, da keiner wirklich den Anforderungen der AGA entsprechen. Hauptbelastungsquellen sind dabei Zuflüsse und vor allem der Ablauf der Kläranlagen.
„ Ein besonderes Problem für den Niersverband ist die hohe Menge des Fremdwassers. Sie ist inzwischen von zehn Millionen Kubikmetern auf 26 Kubikmeter jährlich angestiegen. Das Fremdwasser stammt in vielen Fällen aus undichten Kanälen, Baugrubenentwässerung und nivht genehmigten Dauerentwässerungen. “ 4
Gerade der Mittellauf ist am stärksten belastet, durch den grossen Anteil an gereinigten Abwässern. Wirft man einen Blick in den Niersverband wird deutlich, dass sowohl der Oberlauf, als auch der Unterlauf den Güteanforderungen, zumindest teilweise, entsprechen. Man kann also nicht von einer Gesamteutrophierung sprechen, da ich mit auf den Mittellauf beschränkt habe.
Meine Messungen zeigen eine deutliche Belastung der Niers, d.h. ich würde sie in die Güteklasse II-III einstufen, da kein einziger Wert der Güteklasse 2 enspricht, sondern teilweise in den IIIer bereich übergeht.
Aber ich will mein Ergebnis nicht nur an den chemischen Test festmachen. Neben dem starken Pflanzenwuchs, der ebenfalls auf die Eutrophierung weist, fand ich, inmitten der Pflanze Wasserpest, die ich per Zufall vom Grund hochholte, sog. Zeiger-Organismen. Kleine Tierchen, die ebenfalls die Güteklasse anzeigen.
Darunter fand ich den Milchweißen Strudelwurm (Güteklasse II) (Anhang), die Wasserassel (Güteklasse III) , etwas ungewöhnlich schien mir der Fund der Köcherfliegenlarve (Anhang), da sie ein Zeiger der Güteklasse I ist, ich habe daher zwei Vermutungen:
1. Als Leihe, kann ich das Tier verwechselt haben oder
2. die Köcherfliegenlarve fühlt sich auch in Güteklasse II noch wohl.
Zu meinem erfreuen, schreibt auch der Niersbericht über eine Güteklasse von II, bei den Anforderungen der AGA und von einer Güteklasse II-III, bei den Anforderungen der ZV (Anhang S.28,29,30)
Der Niersverband bemüht sich die Abwasserreinigung noch weiter zu verbessern, wobei in sich in den letzten Jahren schon deutliche Fortschritte gezeigt haben. Sowohl das Klärwerk Mönchengladbach-Neuwerk, als auch das Klärwerk Grefrath, die für den Mittellauf von Bedeutung sind, haben einige Sanierungarbeiten erhalten. Neuerstellte Belebungsbecken, sollten noch im Jahr 1998 in betrieb genommen werden. Der Niersverband erhofft sich dadurch eine Verringerung der Gesamtstickstoffkonzentration, um eine Entlastung der Niers zu fördern.
Abschließend möchte ich meine Messungen als recht erfolgreich ansehen, da mein Ergebnis mit dem des Niersverbandes weitgehendst übereinstimmt.
Pro Testbogen eine Seite)
Niers:
Oberflächenwasser:
Datum: 28.01.2001
Tageszeit: 11.30
Ort: Süchteln - Hagen [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Nähe Bundesstrasse
Stelle [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 0 bzw. 1
Zufluß? : /
Umgebung: Wald/Weiden [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Laubwald
Ufer bewachsen, Strassennähe [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Hauptverkehrsstrasse
Witterung: sonnig, unbewölkt, klare Sicht
Außentemperatur: >0°
Tiefe der Niers: ca. 1m
Färbung: bräunlich
geschätzte Sichttiefe: ca. 50 cm
Temperatur in °C bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 5°
Grund [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 5°
Licht in Lux bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 0,43 bei 2klx
Grund [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] ″
Sauerstoffgehalt in mg/l bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 13,5
O² Sättigungswert in % bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]115
Chemikalientest: Testwasser [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] etwa mittlere Tiefe des Flusses
Nitrat: 50mg/l
Nitrit: >0,5mg/l
Ammonium: 0,2mg/l
Phosphat: 0mg/l
pH-Wert: 6
Wasserpflanzen: Wasserpest, auch am Grund
Kleinsttiere im Sediment:
Niers:
Oberflächenwasser:
Datum: 28.01.2001
Tageszeit: 11.30
Ort: Süchteln - Hagen [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Nähe Fussgängerbrücke
Stelle [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 2Z
Zufluss? : ist der Zufluss
Umgebung: Wald/Weiden [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Laubwald
Ufer stark bewachsen
Witterung: sonnig, unbewölkt, klare Sicht
Außentemperatur: >0°
Tiefe der Niers: ca. 30cm
Färbung: klar
geschätzte Sichttiefe: Grund
Temperatur in °C bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 7°
Grund [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 7°
Licht in Lux bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 0,70 bei 2klx
Grund [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] ″
Sauerstoffgehalt in mg/l bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 17,6
O² Sättigungswert in % bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]145
Chemikalientest: Testwasser [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] etwa mittlere Tiefe des Flusses
Nitrat: 50mg/l
Nitrit: 0,1mg/l
Ammonium: 0,4mg/l
Phosphat: 0mg/l
pH-Wert: 6
Wasserpflanzen:
Kleinsttiere im Sediment:
Niers:
Oberflächenwasser:
Datum: 28.01.2001
Tageszeit: 12.00
Ort: Süchteln - Hagen [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Fussgängerbrücke
Stelle [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 2
Zufluss? : ist der Zufluss
Umgebung: Wald/Weiden [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Laubwald
Ufer stark bewachsen
Witterung: sonnig, unbewölkt, klare Sicht
Außentemperatur: >0°
Tiefe der Niers: ca. 1m
Färbung: bräunlich
geschätzte Sichttiefe: ?
Temperatur in °C bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 7°
Grund [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 7°
Licht in Lux bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 0,45 bei 2klx
Grund [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] ″
Sauerstoffgehalt in mg/l bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 17,6
O² Sättigungswert in % bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]145
Chemikalientest: Testwasser [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] etwa mittlere Tiefe des Flusses
Nitrat: 50mg/l
Nitrit: >0,5mg/l
Ammonium: 0,6mg/l
Phosphat: 0mg/l
pH-Wert: 6
Wasserpflanzen:
Kleinsttiere im Sediment:
Niers:
Oberflächenwasser:
Datum: 10.02.2001
Tageszeit: 12.30
Ort: Mönchengladbach - Neuwerk [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Kläranlage
Stelle [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] v.K.
Zufluss? : /
Umgebung: Klärwerk, Weiden, Wald, Grund und Ufer teils Stein, teils bewachsen
Witterung: sonnig, unbewölkt, klare Sicht
Außentemperatur: 8°-10°
Tiefe der Niers: 50cm - 1m
Färbung: leicht trüb
geschätzte Sichttiefe: 30cm
Temperatur in °C bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 7,6°
Grund [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 7,6°
Licht in Lux bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 1 bei 2klx
Grund [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] ″
Sauerstoffgehalt in mg/l bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 22,2
O² Sättigungswert in % bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 180
Chemikalientest: Testwasser [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] etwa mittlere Tiefe des Flusses
Nitrat: 10mg/l
Nitrit: 0,1mg/l
Ammonium: 0,4mg/l
Phosphat: 0,5mg/l
pH-Wert: 7,5
Wasserpflanzen:
Kleinsttiere im Sediment:
Niers:
Oberflächenwasser:
Datum: 10.02.2001
Tageszeit: 12.00
Ort: Mönchengladbach-Neuwerk [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Kläranlage
Stelle [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] n.K.
Zufluss? : /
Umgebung: Klärwerk, Weiden, Wald, Grund und Ufer Stein, Wasser direkt aus Nierssee
Witterung: sonnig, unbewölkt, klare Sicht
Außentemperatur: 8°-10°
Tiefe der Niers: 30cm - 80cm
Färbung: klar
geschätzte Sichttiefe: Grund
Temperatur in °C bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 10,3°
Grund [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 10,3°
Licht in Lux bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 1 bei 2klx
Grund [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] ″
Sauerstoffgehalt in mg/l bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 13,8
O² Sättigungswert in % bei: 1m [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 130
Chemikalientest: Testwasser [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] etwa mittlere Tiefe des Flusses
Nitrat: 50mg/l
Nitrit: 0,5mg/l
Ammonium: 1mg/l
Phosphat: 0,75mg/l - 1,5mg/l
pH-Wert: 7
Wasserpflanzen:
Kleinsttiere im Sediment:
Selbstständigkeitserklärung
Ich erkläre, dass ich die Facharbeit selbstständig angefertigt und nur die im Literaturverzeichnis angeführten Quellen und Hilfsmittel benutzt habe. Alle Stellen, die dem Wortlaut oder dem Sinne nach anderen Werken entnommen sind, habe ich in jedem einzelnen Falle unter genauer Angabe der Quellen deutlich als Entlehnung kenntlich gemacht. Mir ist bekannt, dass die Facharbeit derjenigen Schülerin bzw. desjenigen Schülers, die bzw. der sich eines Täuschungsversuchs oder des Betrugs schuldig macht, sofort nach Entdeckung des Täuschungsversuchs oder des Betrugs als nicht erbrachte Leistung gewertet und mit der Zensur „Ungenügend“ benotet wird.
9. März 2001 Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Datum Unterschrift
Literaturverzeichnis:
- Schroedel Verlag. Tiere in Bach und Weiher. Frankfurt.1990
- Linder.Biologie. Metzler.Lehrbuch für die Oberstufe. 21.Auflage. Hannover. 1998
- Jürgen Schwoerbel. Einführung in die Limnologie. 6.Auflage. Gustav Fischer Verlag. Stuttgart. 1987
- Eberhard Schmidt. Ökosystem See. Quelle & Meyer. Biologische Arbeitsbücher 12. Heidelberg 1974
- Niersverband. Niers ´97/´98. Bericht über die Beschaffenheit der Niers. Viersen Juni ´99
- Merck [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Aquamerck 11151 ; Kompaktlabor für Wasseruntersuchungen
- Unterrichtsmaterial (Anlage S.54)
- Niederrhein Nachrichten. Zeitungsartikel. Schadstoffe in der Niers werden weiter reduziert (Anlage S.26)
[...]
* Jürgen Schwoerbel - Einführung in die Limnologie - 6.Auflage
1 Jürgen Schwoerbel - Einführung in die Limnologie- 6.Auflage; Gustav Fischer Verlag; S.16 Z.2
* Niersbericht S.8&9 (Anhang S.37)
* Unterrichtsmaterial [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Anhang
2 Linder [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Biologiebuch ; Ökologie
* Quelle & Meyer [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Eberhard Schmidt - Ökosystem See - ab S.118
* Quelle & Meyer [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Eberhard Schmidt - Ökosystem See - ab S.118
3 Linder [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Biologie ; Ökologie
4 Niederrhein Nachrichten: Schadstoffe in der Niers werden weiter reduziert; Anhang
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