Grundvandsdatering: en oversigt over tracermetoder. Klaus Hinsby, GEUS

Transkript

1 Grundvandsdatering: en oversigt over tracermetoder Klaus Hinsby, GEUS

2 GRUNDVANDSDATERING Grundvandets alder i et givet punkt = grundvandets opholdstid under jordoverfladen siden infiltrationen Fra Kazemi et al. Groundwater Age, Wiley, 2006.

3 ALDRE / OPHOLDSTIDER I DET HYDROLOGISKE KREDSLØB HYDROLOGICAL CYCLE AND AVERAGE RESIDENCE TIMES Ungt: < ~60 år Gammelt: > år år Meget gammelt: > år

4 Absolut datering Relativ datering: Absolut datering: estimerer nedsivningsår eller alder af grundvandet Relativ datering: angiver om grundvandet er ældre eller yngre end en bestemt hændelse (f.eks. Atomprøvesprængningerne i 1960 erne)

5 Tracere i atmosfæren til datering af ungt grundvand (< 60 år) Efter Hinsby, Purtschert and Edmunds, Groundwater age and quality. In: Ph. Qeuvauviller (ed.) Groundwater Science and Policy. Royal Society of Chemistry, RSC Publishing.&

6 Udvalgte tracere til datering af ungt, gammelt og meget gammelt grundvand Halveringstider af isotoper i år: 85 Kr = Ungt Gammelt Meget gammelt 3 H = Ar = C = Kr = Cl = He = stabil <~50 >~50 >~ (forurenet) (uforurenet) (uforurenet, men langsom gv dannelse)

7 ANVENDELSER Strømningsveje og -hastigheder Tid og kvantitet (grundvandsdannelse) Tid og kvalitet (tidslig udvikling af grundvandskvalitet) forureningskilder og historie Nedbrydningsrater Zonering Identifikation af boringslækager Kalibrering af modeller Etc.

8 HVORDAN? ABSOLUT ELLER RELATIV ALDER 1) KONTAMINANTER (pesticider, sæber etc. relativ datering af ungt grundvand dannet efter ~1950) 2) ISOTOPER (både radioaktive og stabile, 3 H, 14 C, 4 He etc.) - absolut og relativ datering af ungt til meget gammelt grundvand 3) INDUSTRIGASSER (CFC, SF 6 ) - absolut og relativ 4) OPLØSTE IONER (Li, Rb, SO 4 etc. relativ datering af gammelt og meget gammelt vand))

9 Hvor meget?: Pris pr.analyse for mest almindelige dateringsmetoder: CFC: kr H: H/ 3 He: kr Kr: kr (inkl. 39Ar) SF 6 : kr Ar: kr (inkl. 85Kr) 14 C: kr He: Ungt grundvand Gammelt grundvand Meget gammelt grundvand

10 Hvor: Datering af ungt grundvand: CFC: GEUS, Univ. Heidelberg, Univ. Krakow, IAEA (m.fl.) 3H: Univ. Krakow, Univ. Bremen (m.fl.) 3H/3He: Univ. Bremen, Univ. Utah (m.fl.) 85Kr: Univ. Bern SF 6: BGS (British Geol. Survey), Univ. Heidelberg, Univ. Krakow, USGS (US Geol. Survey) m.fl.

11 Fordele og ulemper ved de mest almindelige dateringsmetoder 1): 3 H/ 3 He Fordele: 3H er del af vandmolekylet og påvirkes ikke af nedbrydning pånær den velkendte radioaktive rimelig pris Ulemper: 3He prøvetagning kræver særlig instruktion og prøvetagningsbeholdere CFC Fordele: God til relativt præcise dateringer i iltholdige grundvandsmiljøer rimelig pris, udføres i Danmark (GEUS) Ulemper: CFC gasser nedbrydes i iltfrie miljøer, hvor de så ikke kan anvendes koncentrationerne i atmosfæren har været stagnerende i mange år og metoden kan derfor ikke anvendes til helt ungt vand 14 C Fordele: Gammelt velkendt teknik rimelig pris, udføres i Danmark (AMS lab. Århus Universitet) Ulemper: kompliceret at anvende kræver mange både kemiske og fysiske korrektioner før realistiske dateringer opnås.

12 Fordele og ulemper ved de mest almindelige dateringsmetoder 2): 85 Kr Fordele: Ingen nedbrydning udover den velkendte radioaktive, koncentrationen i atmosfæren stiger stadig Ulemper: prøvetagningen er kompliceret (skal udføres af Univ. Bern) og analysen er meget dyr 39 Ar Fordele: Ingen nedbrydning udover den velkendte radioaktive, koncentrationen i atmosfæren stiger stadig Ulemper: prøvetagningen er kompliceret (skal udføres af Univ. Bern) og analysen er meget dyr 4 He Fordele: Ingen nedbrydning, rimelig pris Ulemper: metoden giver kun relative dateringer med mindre præcise informationer om 4He produktionen i undergrunden er tilgængelige for det undersøgte område.

13 Eksempler på studier af grundvandsaldre i dansk grundvand: GEOCENTER Danmark-projekt: Midterste del af Ribe Gruppen (Bastrup sand) ~100 m s dybde: alder ~ år EU-projekt: Kvartær < 70 m: Primært ungt vand ( < 50 år) EU-projekt: Blandet ungt og gammelt vand < 50 år? år) EU- projekt: Midterste del af Ribe Gruppen (Bastrup sand) i ca. 200 m s dybde: alder ~ år. Enkelte boringer i udstrømningszoner ved Vesterhavet og dybt under Rømø (300 m): alder > år (fra sidste istid) Vandcenter Syd/ EU-projekt: Blandet ungt og gammelt vand ( < 50 år 300 år)

14 Geocenter projekt: MioMod (kortlægning af Miocæne sandmagasiner og uforurenede vandressourcer) Scharling, P. et al., 2010, submitted. Vl-geomodel.geus.net/geus_projekter

15 MioMod: Grundvandsdatering med 39 Ar, 85 Kr, 14 C, 3 H (og 4 He?) Ungt forurenet grundvand < 60 år (+ nitrat) Uforurenet grundvand: år gammelt Scharling, P. et al., 2010, submitted, vl-geomodel.geus.net/geus_projekter

16 Øst-vest profil gennem miocæne sandmagasiner i Ribe Gruppen i Sønderjylland: Elevation (m.a.s.l.) Buried valley Buried valley Odderup Bastrup Ribe Fm Bastrup??? Bastrup Ribe Fm 10 km? Marine clay (Upper Miocene) Marine clay (Lower/Middle Miocene) Fluvio-deltaic sands? ?? Efter Hinsby og Rasmussen, The Miocene Sands Denmark. : In: Edmunds and Shand (eds.) Natural Groundwater Quality. Wiley-Blackwell.

17 14C datering i og omkring Bastrup formationen i Ribe Gruppen: Gammelt til meget gammelt grundvand 14 C gammelt grundvand ( år) pmc Ungt forurenet grundvand < 60 år) >> år (fra sidste istid) Afstand fra infiltrationsområde (km) Efter Hinsby og Rasmussen, The Miocene Sands Denmark. : In: Edmunds and Shand (eds.) Natural Groundwater Quality. Wiley-Blackwell.

18

19 (inkl. [Cl] og 3 H/ 3 He dateringer):

20

21 Hinsby og Clausen, GEUS rapport nr. 2002/68

22 Dateringer og trends Efter Hinsby, Purtschert and Edmunds, Groundwater age and quality. In: Ph. Qeuvauviller (ed.) Groundwater Science and Policy. Royal Society of Chemistry, RSC Publishing.&

23 Konklusion Grundvandsdatering er et vigtigt værktøj til planlægning af bæredygtig udnyttelse af vandressourcen og evaluering af udviklingen i grundvandets kvantitet og kvalitet Der udvikles til stadighed nye metoder og der er behov for afprøvning af disse eksempelvis sammen med velkalibrerede grundvandsmodeller