Anomalous Gadolinium, Cerium, and Yttrium Contents in the Adige and Isarco River Waters and in the Water of Their Tributaries (Provinces Trento and Bolzano/Bozen, NE Italy)

Rare earth patterns of surface and groundwaters near big cities often show anthropogenic Gd (Gdant) anomalies in addition to geogenic Ce and Y anomalies. The Gdant anomaly is caused by very stable organic complexes, one of which is gadopentetic acid, Gd-DTPA. Derivatives of this and similar compounds are used as contrast agents in magnetic resonance imaging (MRI) of the human blood system. The organic Gd complexes are stable enough to pass nearly unaffected through sewage treatment plants and are, thereafter, discharged into surface water systems. Water of the rapidly flowing Isarco/Eisack and Adige/Etsch rivers (Provinces of Trento and Bolzano/Bozen, NE Italy) and their tributaries show remarkable variations in anthropogenic Gd contents (Gdant). Low Gdant values are found on Monday and Tuesday, whereas high values are observed during the remaining weekdays. Reliable Gdant balances are calculated for the river system at the confluence of the Adige and its tributaries. At two places local decrease of Gdant indicates exfiltration of groundwater. It is demonstrated that Gdant can be used as a reliably conservative tracer to study the water budget in rapidly flowing alpine river systems. The studied different river waters show considerable negative Ce and positive Y anomalies. Negative Ce anomalies are caused by scavenging of Ce(III) by FeO(OH) precipitates and subsequent oxidation to CeO2. Y anomalies are attributed to less sorption of Y than REE onto particulate matter. Thus, Y moves faster than REE. Both, Ce and Y anomalies, are of geogenic origin. Anomale Gadolinium-, Cer- und Yttrium-Gehalte im Wasser der Flusse Adige/Etsch und Isarco/Eisack und ihren Zuflussen (Provinzen Trento und Bolzano/Bozen, NO-Italien) In der Nahe groser Stadte zeigt das Verteilungsmuster der Seltenerdelemente von Oberflachen- und Grundwassern haufig eine anthropogene Gd-Anomalie (Gdant) sowie Ce- und Y-Anomalien. Die anthropogene Gd-Anomalie wird durch sehr stabile Komplexe wie z. B. die Gadopenten-Saure, Gd-DTPA, erzeugt. Derivate dieser Verbindung und damit verwandte Verbindungen werden bei der Untersuchung des menschlichen Blutkreislaufs mittels Magnet-Resonanz-Tomographie eingesetzt. Diese organischen Gd-Komplexe zeigen eine so hohe Stabilitat, dass sie in Klaranlagen nicht zuruckgehalten werden und damit unverandert in das Oberflachenwasser gelangen. Die Wasser der schnell fliesenden Flusse Eisack/Isarco und Etsch/Adige (Provinzen von Trento und Bolzano/Bozen) sowie das Wasser ihrer Nebenflusse zeigen unterschiedliche Gdant-Gehalte. Niedrige Gehalte an Gdant beobachtet man am Montag und Dienstag, wogegen hohe Gdant-Gehalte typischerweise an den ubrigen Wochentagen auftreten. Massenbilanzen fur die Etsch/Adige und ihre Zuflusse werden errechnet. In zwei Fallen konnte der Zufluss von Gdant-armen Grundwassern in die Etsch/Adige nachgewiesen werden. Der Gehalt an Gdant erweist sich als ein zuverlassiger und konservativer Tracer fur die Bestimmung der Wasserbilanz auch von schnell fliesenden alpinen Flusssystemen. Die verschiedenen untersuchten Flusswasser zeigen auch deutliche negative Ce- und positive Y-Anomalien. Die negativen Ce-Anomalien werden durch die Mitfallung des Ce(III) durch FeO(OH) und darauffolgende Oxidation zu CeO2 erzeugt. Die Y-Anomalien werden auf die geringere Adsorption des Y an die Schwebstoffe in Vergleich zu den dreiwertigen Seltenerdelementen und die dadurch hohere Mobilitat des Y im Vergleich zu den Seltenerdelemente erklart. Sowohl die Ce- als auch die Y-Anomalie sind damit geogenen Ursprungs.