Occurrence and origin of thallium in mineral and thermal waters from the northern Upper Rhine Graben and adjacent regions, Germany

Although thallium is a widespread and highly toxic element, it is rarely investigated in environmental chemistry due to its typically low concentrations in water. Consequently, little is known about the occurrence of thallium in groundwater and its origin. Here we show that high thallium concentrations of 5 up to 99 µg/l occur in Hesse exclusively in Na-Cl-waters and are locally clustered within the Taunus Border Zone. These variable concentrations seem to result from different thallium sources, varying mixing ratios of brine components, and varying degrees of thallium incorporation in hydrothermal minerals. We present evidence for a thallium origin from Zechstein (Permian) and Oligocene evaporites. A third possible source are basement brines from the Rhenish Massif. As the evaporite deposits are located tens of kilometers away from thallium-bearing wells, high thallium concentrations appear to be a good indicator of deep and regionally circulating brines.

Obwohl Thallium ein weit verbreitetes und sehr giftiges Element ist, wird es in der Umweltchemie nur selten untersucht, da die normalerweise im Wasser gefundenen Konzentrationen sehr gering sind. Daher ist wenig über das Vorkommen von Thallium im Grundwasser und seine Herkunft bekannt. Hier zeigen wir, dass hohe Thalliumkonzentrationen von 5 bis 99 µg/l in Hessen ausschließlich in Na-Cl-Wässern und lokal gehäuft am Taunussüdrand auftreten. Diese sehr unterschiedlichen Konzentrationen können auf verschiedene Thalliumquellen, unterschiedliche Mischungsverhältnisse der Solekomponenten und unterschiedlich starken Thalliumeinbau in hydrothermalen Mineralen zurückgeführt werden. Wir präsentieren Belege für eine Thalliumherkunft aus Evaporiten des Zechsteins (Perm) und des Oligozäns. Eine dritte mögliche Quelle sind Grundgebirgssolen aus dem Rheinischen Schiefergebirge. Da die Evaporitvorkommen Dutzende Kilometer von thalliumhaltigen Wasseraustritten entfernt sind, scheinen hohe Thalliumkonzentrationen ein guter Indikator für tiefe und regional zirkulierende Solen zu sein.