DANMARKS GRUNDVAND EN TRUET RESSOURCE

Transkript

1 Indhold DANMARKS GRUNDVAND EN TRUET RESSOURCE Ny viden - En forudsætning for at redde vort truede grundvand Resultater der kan bruges i praksis Dybe grundvandsmagasiner er sårbare overfor indvinding Vandkvaliteten forringes ved kraftig og ujævn pumpning Sprækker i leret øger nedsivninger af miljøgifte Nedsivning fra lossepladser gennem 900 dage Supplerende læsning Grundvandsgruppen Eftertryk er tilladt med kildeangivelse Grundvandsgruppen

2 Det Strategiske Miljøforskningsprogram DANMARKS GRUNDVAND EN TRUET RESSOURCE Grundvandsgruppen

3 Ny viden - En forudsætning for at redde vort truede grundvand Danmark har fra tidernes morgen været privilegeret ved at have rigeligt med grundvand, og danskerne har taget rent og velsmagende drikkevand for givet. Nu er grundvandet truet af forurening og for kraftig indvinding. Rent vand til de kommende generationer kan kun sikres gennem en øget forståelse og beskyttelse af grundvandssystemet. Viden er forudsætningen for en bæredygtig udnyttelse af denne uvurderlige ressource. I dag er det åbenbart, at grundvandet må sikres, mens tid er. Ellers må vi om få årtier rense drikkevandet i et hidtil uset omfang eller nedsætte forbruget drastisk. Det er en ubehagelig tanke, at vore efterkommere måske må undvære det rene, velsmagende vand, som naturen har forsynet Danmark med. Mange spørgsmål om grundvandets forekomster og deres beskyttelse kræver kvalificerede svar. Hvor meget vand kan vi tillade os at pumpe op fra de dybe magasiner uden at tømme dem eller forurene reservoirerne? Hvor er det mest forsvarligt at indvinde vandet? Hvordan sikrer vi os, at de vigtigste grundvandsmagasiner ikke forurenes med giftstoffer fra lossepladser og kemikaliedepoter eller via landbrugets og industriens aktiviteter? Videnskabeligt velfunderede svar på de spørgsmål er en forudsætning for en bæredygtig udnyttelse af Danmarks grundvand i fremtiden. Derfor har målet for Grundvandsgruppens arbejde under Det Strategiske Miljø-forskningsprogram i årene netop været at øge vor viden om grundvandsystemets basale egenskaber. Rent drikkevand er en gave fra naturen, som skal sikres ved at udnytte grundvandet på bæredygtig vis. Kompliceret geologi i tæt befolkede områder Før programmets start var langt de fleste undersøgelser af de geologiske, hydrologiske og geokemiske forhold, der har betydning for grundvandets kvalitet og kvantitet, blevet udført på steder, hvor geologien er relativt enkel, og hvor undergrunden er opbygget af ensartede, lagdelte forekomster af ler, sand eller kalk. Grundvandsgruppens udgangspunkt var fra starten ambitiøst. Forskerne valgte at sætte fokus på grundvandssystemet i de mere komplicerede geologiske strukturer, som er dominerende i det østlige Jylland og på Øerne - netop de områder, hvor befolkningstætheden, vandforbruget, forureningen og dermed presset på grundvandsressourcerne er størst. Fra den Midtjyske Højderyg og østover har geologiske processer under istiden foldet, udtværet og blandet de forskellige lag i jorden, så den enkle lagdeling de fleste steder er forsvundet og blevet erstattet af en kompleks mosaik. Når geologerne, geokemikerne og hydrologerne overhovedet turde at give sig i kast med disse samfundmæssigt relevante, men videnskabeligt set vanskelige undersøgelser, skyldes det, at forskerne i de senere år har opnået en rimelig god, generel forståelse af dynamikken i komplicerede grundvandsystemer. Denne viden er nu udbygget gennem Grundvandsgruppens arbejde, og resultaterne har skabt et forbedret videnskabeligt grundlag for at sikre en bæredygtig anvendelse af grundvandet i de geologiske strukturer, som er dominerende i store dele af Danmark. 2

4 Forskningen har været baseret på en kombination af feltforsøg, laboratorieundersøgelser og modelstudier. På alle tre områder er der blevet udviklet nye metoder, som kan gøre nytte i de kommende år. Feltstudierne er blevet udført ved Grundfør, Hinnerup og Beder i Østjylland, ved Rabis Bæk og Grindsted i Vestjylland, ved Ringe på Fyn, ved Avedøre på Sjælland samt på Rømø. a b Glaciale aflejringer fra næstsidste istid Glaciale aflejringer fra sidste istid Ferskvands aflejringer Smeltevandsslette Marint forland af Senglacial alder (Yoldia) Marint forland opbygget siden Stenalderen Marsk Vadehav Klitlandskab Hovedopholdslinien Danmarks undergrund kan inddeles i to hovedområder, adskildt af isens hovedopholdslinie. I det vestlige Jylland er geologien ofte relativt simpel; lagene af muld, moræneler samt sand og grus er normalt uforstyrret. I det Østlige Jylland og på Øerne har geologiske processer under istiden skabt en langt mere kompliceret geologi. Grundvandsgruppen har nu for alvor sat fokus på disse områder, hvor befolkningstætheden, vandforbruget og forureningen generelt er størst km ØST Karup å Kvartært sand og grus VEST Kote +65 m Til venstre (a) ses et eksempel på simpel geologi, her ved Karup Å. 1,5 km Tertiært ler og sand 0 m 120 m Nederst til venstre (b) fremgår det, hvor komplicerede de geologiske forhold kan være. Her ses strukturene i grundvandsreservoiret ved Grundfør, hvor Grundvandsgruppen har udført en lang række feltforsøg. Lille Å Hinnerup Morænesand Grundfør Sandvindue VEST Kote +65 m ØST Moræneler Smeltevandssand Smeltevandssand Tertiær ler Moræneler Smeltevandsler 0 m 1,5 km Smeltevandssand Moræneler Moræneler Tertiær ler Danien kalk 120 m 3

5 Resultater der kan bruges i praksis Terræn Cloridfane Sprækket moræneler Grundvands zone Grundvandsgruppens undersøgelser har frembragt ny viden, som har betydning for, hvordan vi planlægger en hensigtsmæssig beskyttelse og en bæredygtig udnyttelse af Danmarks grundvand i fremtiden. Sprækker fører miljøgifte ned gennem leret Feltforsøgene har vist, at moræneleret mange steder i det østlige Jylland og på Øerne er gennemskåret af lodrette sprækker, som er dannet under istiden. Tilstedeværelsen af sprækkerne i disse områder betyder, at lerlag i tykkelser på 5-8 meter eller måske endnu mere ikke er en effektivt barriere. Denne erkendelse er ny. Sprækkerne virker som transportveje, hvor forurenende stoffer på jordoverfladen hurtigt kan sive ned i grundvandet med nedbøren. Endnu tykkere lerlag er antagelig også gennemskåret af sprækker, men vi ved Vandopløselig sporstoffer (klorid, nitrat) Grundvandets strømningsretning Nedbør Ikke blandbare sporstoffer (opløsningsmidler, tjærestoffer) Fane af opløsningsmidler, tjærestoffer endnu ikke, om de har lige så stor betydning her. Sprækkerne betyder desuden, at væsentlig forurening i lerlagene i årtier kan smitte af på det nye vand, som strømmer forbi i sprækkerne. Forståelsen af sprækkernes tæthed og dybde har bl.a. betydning for placeringen af affaldsdepoter, for oprettelse af beskyttelseszoner for vandindvinding samt for vurderingen af, hvorlænge forurenet jord vil påvirke det nydannede grundvand. Sandvinduer er hovedvejen til grundvandet Under forskningsprogrammet er der udviklet effektive metoder til at lokalisere sandvinduer i lerlagene. Sandvinduer er områder, hvor lerlaget er tyndt eller fraværende, og undersøgelserne viser, at hovedparten af det nye grundvand dannes her. De forbedrede muligheder for dels at Sprække med opløsningsmidler Colloide sporstoffer (bakterier, virus) Fane af bakterier, virus Når moræneleret er sprækket, siver nitrat, tjærestoffer og opløsningsmidler samt virus og bakterier hurtigere ned i grundvandet. påvise, dels at forudsige tilstedeværelsen af sandvinduer, har ikke blot betydning med hensyn til nedsivning af forurenende stoffer til grundvandet. Antallet og størrelsen af sandvinduer i et givet område har stor indflydelse på, hvor hurtigt grundvandet fornyes og dermed for, hvor meget vand vi kan tillade os at pumpe op. Nu kan grundvandet dateres Grundvandsgruppen har anvendt en ny metode til at aldersbestemme nyere grundvand, der er dannet i løbet af de seneste fem årtier. Dateringen gør det muligt at afklare, hvor hurtigt grundvandet fornyes. Samtidig kan dateringen bruges til at kontrollere og forbedre matematiske modeller for grundvandets strømning. På den baggrund kan man beregne, hvor meget vand, man kan tillade sig at pumpe op uden at tømme eller ødelægge et reservoir. For kraftig eller ujævn pumpning kan øge forureningen Når kraftig pumpning fører til for store sænkninger af grundvandsspejlet, kan store mængder luft blive presset ind og ud af jorden som følge af de almindelige forandringer i det atmosfæriske lufttryk. Herved kan der ske en ilttilførsel til områder i undergrunden, som hidtil har været iltfrie. Iltningen fører bl.a. til forvitring af pyrit (svovlkis), hvorved der frigives nikkel og sulfat til grundvandet. Ved mange større kildepladser, hvor der oppumpes store vandmængder, har resultatet været, at koncentrationerne af sulfat og nikkel overskrider de grænseværdier, som miljømyndighederne har fastsat for drikkevand. Iltning af de hidtil iltfrie områder i jorden kan ligeledes fremprovokeres 4

6 Modelberegninger gør det muligt at forudsige de geologiske strukturer og vandets strømning i et grundvandsreservoir. ved uregelmæssig oppumpning af vand, fordi luften herved suges ind og ud af boringen og skaber en daglig ilttilførsel til grundvandsmagasinet. Det sker f.eks., hvis vandværkerne primært pumper om natten, hvor elektriciteten er billigst. En anden væsentlig erkendelse er, at vandspejlet ikke bare kan genetableres, hvis det først er blevet forrykket, uden at det kan medføre uheldige konsekvenser for vandkvaliteten. Nedsivning fra lossepladser og tjæregrunde Studier af, hvordan forurening fra lossepladser, kemikaliedepoter og tjæregrunde spredes i grundvandszonerne, har bekræftet, at stofferne typisk udbreder sig i en fane. Kontinuert overvågning af sådanne faner er vigtig for at afklare, om miljøgiftene f.eks. bevæger sig i retning af vandboringer. Forskerne har også sat fokus på, hvor og i hvilket omfang tjærestoffer og olieprodukter nedbrydes af mikroorganismer i grundvandet. Undersøgelserne viser, at en stor del af stofferne nedbrydes biologisk, mens nogle få ikke gør det. Samtidig er det blevet klart, at koncentrationen af stofferne har betydning for den mikrobielle nedbrydning. Paradoksalt nok nedbrydes høje koncentrationer i nogle tilfælde mere effektivt end lavere koncentrationer. Det skyldes, at der skal være en vis mængde af stofferne til stede for at skabe et livsgrundlag for de nedbrydende bakterier. Forskningsresultaterne har betydning for sikring og regulering af lossepladser samt for placeringen af vandboringer. Pesticider undersøges i et igangværende program I de seneste år er der flere steder blevet påvist pesticider i grundvandet. Disse sprøjtegifte til bekæmpelse af skadedyr og ukrudt er ikke blevet undersøgt direkte i forskningsprogrammet. Men de generelle erkendelser, som Grundvandsgruppen har opnået med hensyn til dynamikken i grundvandssystemer, har naturligvis også betydning i denne sammenhæng. Grundvandsgruppen udforsker nu pesticidforureningen i et nyt program, Pesticider og Grundvand, under Det Strategiske Miljøforskningsprogram. Disse nye projekter gennemføres i årene frem til

7 M M M M Dybe grundvandsmagasiner er sårbare overfor indvinding Hvor meget vand kan vi tillade os at pumpe op af et grundvandsmagasin? Svaret afhænger primært af, hvor hurtigt grundvandet fornys. Et forbedret bud på fornyelsesraten kan nu opnås ved at datere vandet og ved at kortlægge de sandvinduer, hvor nedsivningen af nyt grundvand finder sted. Kendskab til sandvinduernes placering er også essentiel med henblik på at minimere nedsivningen af miljøgifte til grundvandet. Et andet vigtigt spørgsmål er, om vandindvinding fra dybe grundvandsmagasiner er miljømæssigt forsvarligt. Undersøgelserne viser, at vi risikerer at forurene dem med ungt, forurenet vand. Fornyelsen af grundvandet afhænger af nedbørsmængden. Den kan vi måle, men nedbørsmængden fortæller ikke alt. Når geologer og hydrologer skal beregne, hvor hurtigt oppumpet grundvand erstattes, må man også kende nedsivningen. Nedsivningen til det øvre grundvand er i høj grad afhængig af stedets geologi, f.eks. tilstedeværelsen af sandvinduer og sprækker i lerlagene i det område, hvor vandet til reservoiret kommer fra. Sandvinduer er steder i undergrunden, hvor lerlaget er fraværende eller tyndt og sprækket, og de fungerer som nedsivningskanaler til grundvandszonen. Grundvandsgruppen har forbedret metoderne til at lokalisere sandvinduerne og beregne nedsivningen gennem dem. Et andet gennembrud er udviklingen af en ny metode til at datere yngre grundvand, som er dannet indenfor de seneste 50 år. Man ved i forvejen, hvor meget grundvand, vandværkerne pumper op, og ved at datere det yngre grundvand er det derfor muligt at beregne, om fornyelsen af grundvandet kan følge med udnyttelsen. Hvis nydannelsen er mindre end forbruget, er der risiko for store grundvandssænkninger og betydelige effekter på vandløb og søer. Samtidig øges risikoen for, at grundvandet forurenes. Datering via CFC-gasser og radioaktivt henfald Et grundvandsmagasin består normalt af flere zoner. Oven over grundvandsspejlet findes den umættede zone, hvor porerne i jorden kun er delvist fyldt med vand, og hvor nedsivende vand synker lodret nedad. Her er der adgang til luft og dermed til ilt, hvilket har betydning for de kemiske og biologiske reaktioner mellem nedsivende vand og omgivelserne. Adgangen til ilt fortsætter et stykke ned under grundvandsspejlet i den mættede zone, hvor jordens porer er fyldt med vand, og hvor nedsivende vand kan udbrede sig mod områder, hvor grundvandsspejlet står lavere. Endnu længere nede er der ingen frie iltmolekyler i vandet. Det skaber andre betingelser for kemiske reaktioner og mikrobiel omdannelse af kemiske stoffer i vandet. M M Vanddamp Skydannelse M M Nedbør 750 mm 5 år Dage Fordampning 500 mm Moræneler 50 år Oppumpning 50 mm Overfladeafstrømning 150 mm 7000 år Nedsivning 100 mm Grundvandsspejl Afstrømning 50 mm Grundvand Vandløb Salt grundvand Hav Vandet er hele tiden i cirkulation og opholder sig gennemsnitligt 3500 år i oceaner og 11 dage i atmosfæren. Nedsivningen til grundvandet sker primært gennem sandvinduer og sprækker i lerlagene. Grundvandet i den øvre del af magasinet er typisk 5-50 år, mens det dybere liggende grundvand kan have aldre på mere end 7000 år. 6

8 Kote i meter Grundvandsspejl CFC alder 1959 Tritium (TU) Redoxgrænse Tritium "alder" Ungt grundvand kan nu dateres ved hjælp af vandets indhold af CFC-gasser. Tidligere var tritiumdatering den eneste metode. Tritium er radioaktiv supertung brint, som blev spredt ved de atmosfæriske kernevåbenforsøg fra 1950 erne og 1960 erne. Her er grundvandets alder bestemt ved Rabis Bæk. CFC aldrene er angivet på tritiumkurven (blå). Alle disse forhold har betydning for den nye dateringsmetode, som er baseret på nedsivning af CFC-gasser fra luften. CFC-gasserne har været brugt i stort omfang i de sidste år, f.eks. i kølemidler, fjernvarmerør og som drivgasser i spraydåser. Nu er brugen minimeret, da gasserne ødelægger ozonlaget. Der findes forskellige typer af CFC, og mængderne af de forskellige typer i atmosfæren er blevet beregnet fra 1940 erne og frem til 1970 erne. Herefter har man direkte målinger af mængderne af de forskellige slags CFC-forbindelser. Koncentrationerne af de forskellige CFCgasser i regnvandet bestemmes af mængderne i atmosfæren. atmosfæren år for år. Længere nede i den iltfrie zone nedbrydes gasserne med forskellig hast. Undersøgelser på Rømø viser her, at CFC-12 nedbrydes meget langsommere end CFC-11. Denne viden betyder, at man under gunstige forhold kan vurdere vandets alder i den iltfrie zone, når man samtidig har et godt kendskab til de hydrologiske og geokemiske forhold i reservoiret. Grundvandet forekommer ofte i flere magasiner. Det øvre magasin indeholder typisk vand, som er dannet indenfor de seneste 50 år. En væsentlig del af vores vandforbrug dækkes via små lokale vandværker med grundvand fra de øvre magasiner. Derfor er CFC-dateringen en meget velegnet metode til at afklare, om fornyelsen af grundvandet er tilstrækkelig til at bære forbruget. Ferskvandet i de nedre grundvandsmagasiner er langt ældre. Grundvandsgruppens dateringer viser, at vandet i de undersøgte dybe reservoirer ofte er mere end 2000 år gammelt og kan have en alder på over 7000 år. Det gamle vand på op til ca år kan dateres med kulstof-14 metoden. Denne naturlige, radioaktive isotop har en halveringstid på 5600 år, og mængden af kulstof-14 sammenholdt med almindeligt kulstof-12 og kulstof-13 viser således, hvor gammelt grundvandet er. Under det gamle ferskvand findes endnu ældre saltvand. Dateringsstudier ved Grundfør har vist, at vandudvekslingen mellem det øvre og det nedre grundvandsmagasin er meget begrænset, når man ikke pumper vand op fra det nedre magasin. Samtidig har forskerne opdaget, at der på grund af komplekse strømningsforhold kan være lag af ungt grundvand mellem lagene af gammelt grundvand. Forurening af øvre grundvandsmagasiner med nitrat og pesticider i dele af landet har ført til et ønske om at hente grundvand fra de dybtliggende magasiner. Dét vil medføre en øget vandudveksling mellem de øvre og nedre magasiner, hvilket indebærer en risiko for forurening af de nedre grundvandsmagasiner med ungt, forurenet grundvand. De dybe magasiner er fra naturens side uberørte og beskyttede. En udnyttelse af dette rene, gamle vand Feltstudier ved Rabis Bæk i Vestjylland har vist, at CFC-forbindelser ikke nedbrydes i den øverste del af grundvandszonen, hvor der er adgang til ilt. Det betyder, at vandet her kan dateres ved at sammenligne med de kendte mængdeforhold i Sandvinduer kan lokaliseres fra jordoverfladen med elektriske og elektromagnetiske metoder (th). Ved hjælp modeller (tv) er det muligt at beregne, hvor undergrunden primært udgøres af ler, og hvor den primært består af sand. Røde områder består af sand, grønne områder af ler, mens den gule farve markerer grænseområderne. 7

9 målingerne udføres. Den nye teknik gør det muligt at dække meget større områder end hidtil. Samtidig,,,,,,, viser metoden i langt højere grad Jordelektrode P grundvandszonernes rumlige fordeling. p p c p P c p p En anden teknik, elektromagnetiske,,,, målinger, er ligeledes velegnet til at Ler påvise sandvinduer i moræneleret. Her sendes elektromagnetiske bølger ned i undergrunden. Da bølgerne udbredes hurtigere i ler end i Sand sand, giver metoden således et godt indtryk af de geologiske strukturer.,,,, Resultaterne af feltstudier i et område kan bruges som input i generelle Grundvandsmagasin Potential elektrode monteret geologiske og hydrologiske model- c Strømelektrode med forstærkning ler. På den baggrund er det nu muligt at forudsige tilstedeværelsen og placeringen af sandvinduer i en Jordens elektriske ledningsevne giver oplysninger om de geologiske strukturer i undergrunden. Ledningsevnen er større i ler end i sand, bl.a. fordi leret indeholder mere vand, der er en større region, f.eks. et amt. god elektrisk leder. Traditionelt er jordens ledningsevne blevet målt ved at anbringe elektroder i jordoverfladen og sende strøm gennem jorden. Jo større afstand mellem elektroderne, jo dybere kan geologerne se ned i jorden. Grundvandsgruppen har videreudviklet en ny metode, De forbedrede metoder til at finde hvor elektroderne er anbragt på et kabel, der trækkes hen over jordoverfladen af et bæl- sandvinduerne er ikke blot nyttige tekøretøj. På den måde kan et grundvandsreservoir kortlægges langt hurtigere og mere effektivt. med hensyn til at bestemme grundvandsfornyelsen. Det er f.eks. klart, at det er uklogt at placere et kemikaliedepot kan kun ske i et begrænset tidsrum, da vandet kun fornyes langsomt. jorden, kan man måle den elektriske modstand ti meter ned i jorden. Er oven på et sandvindue, fordi risikoen for nedsivning af giftstoffer afstanden mellem elektroderne 100 er til stede her. Samtidig er meter, rækker målingen meter det uhensigtsmæssigt at anbringe ned i undergrunden, men er mindre depoter i sprækket moræneler. nøjagtig. Den elektriske modstand er Resultater ved anvendelse af de større i sand end i ler, bl.a. fordi leret udviklede metoder har derfor betydning indeholder flere elektrisk ledende for planlægning af arealanven- ioner. Elmålingerne kan derfor bruges delsen og oprettelsen af beskyttelses- til at påvise tilstedeværelsen af zoner omkring vitale grundvandsresdelsen sandvinduerne. sourcer. Grundvandet fornyes gennem sandvinduer Datering er ikke den eneste metode til at bedømme dannelsen af nyt grundvand. Nedbøren siver hurtigst ned til grundvandet gennem sandvinduer og sprækker i leret. Ved at påvise antallet og størrelsen af sandvinduerne i oplandet til et grundvandsreservoir er det muligt at bedømme, hvor hurtigt grundvandet fornyes. Elektriske målinger kan vise, om undergrunden består af ler eller sand. Hvis man anbringer to elektroder i jorden med to til tre meters mellemrum og sender strøm gennem p Hidtil har metoden været langsom og omstændelig. Grundvandsgruppen har imidlertid anvendt og videreudviklet et nyt system, hvor en række af elektroder er anbragt på et langt kabel, der trækkes hen over jorden af et lille bæltekøretøj. En computer beregner nu jordlagenes ledningsevne i samme øjeblik, som 8

10 Vandkvaliteten forringes ved kraftig og ujævn pumpning Hvis vi pumper for meget vand op af et reservoir eller pumper for uregelmæssigt, trænger der luft ned i de grundvandszoner, som hidtil har været iltfrie. Den øgede ilttilførsel fører til forvitring, der frigiver sulfat og nikkel til grundvandet. Samtidig forringes systemets evne til at nedbryde nitrat til uskadeligt kvælstof. Varm luft P = 995 mbar O 2 Vind Kold luft Varmfront P = 1030 mbar Vandværk I grundvandsmagasinet ved Beder syd for Århus dækker moræneleret et underliggende lag af sand. Lerlaget er fuldstændig brudt ved en skrænt, og sandet er i dette geologiske vindue i direkte kontakt med atmosfæren. Grundvandsgruppens studier viser, at et højt atmosfærisk tryk presser luft ned gennem sandvinduet, og at luften suges ud igen, når lufttrykket ved jordoverfladen er lavt. Følgen er, at jorden hele tiden tilføres ny ilt, hvorved visse mineraler forvitrer. Især sker der en forvitring af pyrit (svovlkis). Boringer og kemiske analyser har vist, at disse processer fører til frigivelse af sulfat og nikkel til grundvandet. For høje koncentrationer af sulfat indvirker uheldigt på fordøjelsen, og nikkel kan fremkalde allergi og i høje doser kræft. Nikkel er et tungmetal og udskilles stort set ikke af organismen. Betydningen af atmosfæriske trykvariationer for de kemiske processer i den iltede zone har aldrig været påvist før. I Beder skyldes bevægelserne naturlige forhold, men opdagelsen har i høj grad relevans for tilrettelæggelsen af vandindvindingen på landsplan. De samme fænomener kan nemlig indtræffe, når man pumper uregelmæssigt og grundvandsspejlets bevægelser derfor kan virke som en luftpumpe. Sandvindue Iltningsforholdene styrer grundvandskvaliteten + O 2 - O 2 O 2 FeS 2 SO Ni 2+ Når den iltede zone rykker længere ned end normalt som følge af øget Forskerne har studeret fluktuationerne i Beder med en vifte af teknik- lufttilførsel, sker der en iltning af Borerig ker. Elektriske og elektromagnetiske metoder har vist de geologiske strukturer, mens boringer har gjort det Måleinstrument muligt at bestemme de kemiske forhold i forskellige dybder. Ved borin- Vandprøve gerne anvendes en snegl, der skrues ned i jorden. Igennem sneglen kan man tage vandprøver,,,,,, ind i forskellige dybder, hvorpå vandet analyseres kemisk. Endelig er der udviklet modeller, som gør det muligt at,,,,,, beregne fænomenerne. Hul borestamme Nøglen til de kemiske reaktioner mellem mineralerne i jorden og grundvandet er det,,,, såkaldte redoxpotentiale. Redoxpotentialet er et Vandindtag Gammalog Borehoved mål for to koblede processer, iltning og reduktion. Ved reduktion tilføres ELLOG boringer. Ved at skrue en snegl jordmineralerne elektroner, og ved ned i jorden og tage vandprøver i forskellige dybder er det muligt på stedet at måle de iltning optager iltmolekyler elektroner fra mineralerne. elektriske og kemiske forhold i undergrunden I reservoiret ved Beder er dæklaget af moræneler eroderet væk i et såkaldt geologiske vindue, og sandet er i direkte kontakt med atmosfæren. Når det atmosfæriske lufttryk er højt presses luft ned gennem sandvinduet, hvilket bevirker, at normalt iltfrie områder i jorden tilføres ilt. Når lufttrykket ved jordoverfladen er lavt, presses luft ud af reservoiret. Processerne fører til forvitring og frigivelse af de sundhedsskadelige stoffer sulfat og nikkel. Lignende processer finder sted, hvis man pumper mere vand op, end et reservoir kan bære, eller hvis pumpningen er uregelmæssig. 9

11 bl.a. jernsulfidforbindelsen pyrit, der findes i store mængder i sandet. Herved forvitrer mineralet, hvilket medfører, at der frigives sulfat til grundvandet. Grænseværdien for sulfat i drikkevand er på 250 mg. pr. liter. I Beder målte forskerne koncentrationer på mellem 200 og 2000 mg. pr. liter tæt på det sandvindue, hvor luften presses ned, når det atmosfæriske lufttryk er højt. Nikkelkoncentrationerne i grundvandet påvirkes ligeledes stærkt af vandsspejlets og den iltede zones bevægelser. Nikkel, der forekommer naturligt i pyrit, bindes normalt til manganoxider og jernoxider i sandet, når tungmetallet frigives fra pyritten som følge af forvitring. Ved stigende vandspejl kan reduceret jern fra pyrit imidlertid reducere manganoxider, hvorved store mængder nikkel frigives til grundvandet. Ved Beder er der påvist koncentrationer på op til 260 µg. pr. liter vand, Umættet Zone Mættet Zone Sand og grus Ler og til sammenligning er grænseværdierne fastsat til 20 µg. pr. liter. Forringet evne til at nedbryde nitrat Sænkning af grundvandsspejlet og den iltede zone som følge af for kraftig vandindvinding svækker også bakteriernes evne til at nedbryde næringsstoffet nitrat, som flere steder i landet findes i høje koncentrationer i grundvandet. For meget nitrat i drikkevandet medfører især en risiko for spædbørn under tre måneder. Hvis vandet samtidig indeholder kolibakterier, der omdanner nitrat til nitrit, kan børnene få akut iltmangel. Samtidig er det miljømæssigt uheldigt med et højt nitratindhold i grundvandet. Grundvandet føder desuden alle vore vandløb, og høje koncentrationer af næringstoffet nitrat fører her til øget algevækst og efterfølgende iltsvind i fjorde og have. Vandspejl Iltfront Nitrat front ( tidl. redoxfront) Redoxfronten I grundvandet nedbrydes nitrat normalt i den iltfrie zone af anaerobe bakterier samt ved kemiske reaktioner med lermineralerne og omdannes primært til uskadeligt kvælstof. Hvis ilten trænger ned i den iltfrie zone, aftager de nitratreducerende bakteriers evne til at nedbryde nitrat. Følgen er, at koncentrationerne i grundvandet kan stige. Man kan med andre ord justere grundvandets kvalitet ved ikke at pumpe mere vand op, end det pågældende reservoir kan følge med, hvad angår reduktion af nitrat. Muligheden herfor vil dog variere fra sted til sted og findes ikke, hvor reservoirerne allerede er gennemiltede. Feltstudier i Grundfør har også vist, at anvendelsen af jorden over et grundvandsområde har stor betydning for, hvor meget nitrat, der siver ned i grundvandet. Grundvandsgruppen udførte 24 boringer, hvor prøver af grundvand blev indsamlet i forskellige dybder. Analyserne viste bl.a., at nitratkoncentrationerne under skovområder er klart mindre end under landbrugsjord. Desuden blev det påvist, at nitratforureningens udbredelse påvirkes stærkt af strømningsforholdene i grundvandet, og at nitratkoncentrationerne varierer meget indenfor korte afstande. Nitrattransporten til grundvandet foregår både igennem sprækkerne i moræneleret og gennem sandvinduerne. I sprækkerne reduceres nitrat, mens nitrat siver direkte ned gennem sandvinduerne. Der opblandes nitraten i grundvandet, og strømningerne i reservoiret kan så i visse tilfælde føre nitrat hen til områder, der er dækket af lerlag. Skematisk fremstilling af et grundvandsreservoir. Når iltfronten og nitratfronten rykker længere ned, f.eks. som følge af kraftig pumpning og grundvandssænkning, formindskes nedbrydningen af nitrat. Nitrat nedbrydes normalt til kvælstof af bakterier i den iltfrie zone. Når disse områder tilføres ilt, nedsættes bakteriernes aktivitet og nedbrydningen går i stå. 10

12 Sprækker i leret øger nedsivninger af miljøgifte De metoder, man bruger til at undersøge et grundvandsreservoir fra jordoverfladen, afslører ikke lodrette sprækker. Grundvandsgruppen har derfor undersøgt sprækkerne ved udgravninger, bl.a. på en forurenet tjæregrund ved Ringe, hvor der var masser af dem. Sprækkerne kan sende miljøgifte hurtigt ned i grundvandet. Elektriske og elektromagnetiske målinger fra jordoverfladen giver et godt indtryk af de vandrette geologiske strukturer i undergrunden, men metoderne afslører ikke lodrette strukturer som sprækker. Geologerne mente indtil for få år siden, at moræneler generelt var en effektiv barriere mod nedsivende forurening. Vi må nu erkende, at dette ikke er korrekt. Nedsivning af miljøgifte til grundvandet kan ske meget hurtigt. Lerbarrierne er nogle steder hullet som en si. Dét blev Grundvandsgruppen opmærksom på, da forskerne gravede et stort hul i jorden på en forurenet tjæregrund ved Ringe på Fyn. Hullet var fem meter dybt og dækkede et areal på 10 gange 20 meter. Udgravningen viste, at moræneleret indeholdt sprækker, der sandsynligvis blev dannet under istiden, hvor isen - som så mange andre steder i Danmark - knuste lerlaget, så det revnede på kryds og tværs. Sådanne sprækker er nu blevet påvist adskillige steder i det østlige Jylland og på Øerne. Når lerlaget er sprækket, kan miljøskadelige stoffer, som normalt tilbageholdes eller nedbrydes i leret, sive hurtigere ned i grundvandet. Jordforurening med tjærestoffer Grunden i Ringe var forurenet med creosoter. Det er tjærestoffer, som især anvendes i træbeskyttelsesmidler. Creosoterne indeholder bl.a. fenoler og polyaromatiske kulbrinter (PAH), som i høje doser er kræftfremkaldende og kan medføre skader i nervesystemet samt genetiske mutationer i cellerne. Ud over at udgrave det store hul borede geologerne vandrette rør ind i jordlagene fra hullets sider i forskellige dybder, hvorved prøver af nedsivende vand kunne analyseres. Samtidig blev der udtaget borekerner af leret. Kernerne blev brugt til at undersøge nedsivningsraten og den biologiske nedbrydning af creosoterne i laboratoriet. Feltforsøgene viste, at creosoterne sivede hurtigst ned gennem de øverste 2,5 meter af leret, hvilket skyldes, at antallet af sprækker er størst her. Nogle af stofferne nåede dog helt ned på mere end fire meters dybde på mindre end en uge. Generelt kunne forskerne konstatere, at nedsivningen af creosoterne til grundvandet fra tjæregrunden i Ringe var langt hurtigere, end man tidligere regnede med var muligt. Hurtig nedsivning - mindre nedbrydning Den hurtige nedsivning som følge af sprækkerne i leret formindsker den mikrobielle nedbrydning af creosoterne på vejen ned gennem jorden. Den biologiske nedbrydning finder primært sted i den iltede zone øverst i grundvandsystemet, hvor nedbrydningen normalt er hurtigere end i den iltfrie zone. År 1930: Ringe Tjære- og Asfaltfabrik flytter ind på en villavej i Ringe. Fabrikkens produktion førte til forurening af grunden. År 1993: Den store udgravning i Ringe på den forurenede tjæregrunnd har vist, at moræneleret kan være sprækket i de områder, hvor isen under istiden har knust leret, så det er revnet. Sprækkerne fungerer som transportveje for nedbør og forurening til i grundvandet. Forskerne konkluderer, at den øvre del af moræneleret næppe yder en fuldstændig beskyttelse mod creosotforurening, når leret er sprækket, samt at den mikrobielle nedbrydning i den iltede zone ikke fjerner alle stofferne. Efterfølgende biologisk nedbrydning og kemisk binding til lermineralerne i den iltfrie zone er nødvendig for fuldstændig fjernelse. Feltforsøgene viser, at det sker i nogle tilfælde, men ikke altid. De detaljerede studier af nedsivningen af creosoter på grunden ved Rin- 11

13 ge har øget vort kendskab til, hvilke stoffer creosoterne nedbrydes til, samt hvilke typer creosoter, der ikke nedbrydes i lerlagene. Den opnåede viden kan dels bruges ved overvågning af kendte tjæregrunde, dels anvendes til at lokalisere ukendte tilfælde af creosotforurening. Desuden er resultaterne relevante i forbindelse med olieforurening samt for nedsivningen af miljøskadelige stoffer fra gasværksgrunde. Endelig har forskerne opbygget en database med geologiske, hydrologiske og historiske data fra 44 creosotforurenede grunde i Danmark. Konklusionen er, stofferne normalt fortyndes og nedbrydes hurtigt i grundvandet, især når vandet indeholder rigeligt med ilt. Men da der kun er målt på et begrænset antal stoffer, skal denne konklusionen tages med et forbehold. Creosotforureningen er i de fleste tilfælde ubetydelig 100 meter nedenstrøms for den forurenede grund. Denne viden er vigtig i forbindelse med placering af vandboringer. Den store udgravning på tjæregrunden i Ringe gav forskerne mulighed for at studere intakte lerblokke som blokken i bunden af billedet. Blokkene blev anvendt til at kortlægge sprækkesystemer i tre dimensioner til brug for en sprækkemodel. Udgravningen blev yderligere brugt til at kortlægge tjærestoffers nedsivning til grundvandet samt til at bestemme den biologiske nedbrydning af stofferne. Pilen viser en gennemgående sprække i moræneler og sand. De lodrette mørkegrå områder i sprækken er nedsivende tjærestoffer. 12

14 Nedsivning fra lossepladser gennem 900 dage Der er over 1600 gamle lossepladser i Danmark, som kan udgøre en trussel mod grundvandet. Der er over 1600 gamle lossepladser i Danmark, og nedsivning af organiske stoffer fra lossepladserne kan være en alvorlig trussel mod grundvandet. På en losseplads ved Grindsted er nedsivningen og den biologiske nedbrydning af organiske kemikalier blevet målt gennem 900 dage. Facit er, at nogle stoffer nedbrydes, mens andre desværre er uhyre stabile. Det er usandsynligt, at vi nogensinde får sikret eller fjernet samtlige gamle lossepladser i Danmark. Vi må prioritere. Derfor er det i hvert enkelt tilfælde vigtigt at afklare, om forureningen truer vandboringer i lokalområdet. Samtidig må vi vide, om bakterier kan nedbryde de organiske stoffer, der siver ned i grundvandet. I hvor høj grad er naturen i stand til at rydde op efter os? En storstilet feltforsøg på den gamle losseplads ved Grindsted i Vestjylland viser, at mange af de organiske kemikalier, der typisk siver ned i grundvandet fra lossepladser, nedbrydes biologisk i den iltfrie zone, mens andre stoffer ikke nedbrydes overhovedet. Samtidig bekræfter feltforsøget, at forureningen bevæger sig i en afgrænset fane gennem grundvandsmagasinet. Til sammen viser de to resultater, at overvågning af nedsivende forurening fra gamle lossepladser er vigtig. Hvis fanen ikke bevæger sig hen mod en vandboring, kan naturens rensningsanlæg i nogle tilfælde begrænse forureningen af grundvandet til et acceptabelt niveau. I mange tilfælde vil afværgeforanstaltninger og oprensninger dog være nødvendige, men resultaterne giver alligevel anledning til en forsigtig optimisme. Men vi kan ikke blindt forlade os på bakterierne. Vi må måle, hvad der sker. Verdens største injektionsforsøg Grundvandsgruppen injicerede i Grindsted meget små mængder af 16 organiske kemikalier, der er typiske for lossepladsforurening, ned i det underliggende, iltfrie grundvands- 13

15 Prøvetagning ved feltforsøget på den gamle losseplads ved Grindsted. Der blev indsamlet prøver gennem 900 dage. Prøverne analyseres her i et feltlaboratorium. magasin. Tilførslen af spormængderne varede i et halvt år, og gennem 900 dage blev der indsamlet 6000 grundvandsprøver på 1026 udvalgte steder. Forsøget er det største af sin art på verdensplan. Af de 16 organiske kemikalier blev otte nedbrudt af bakterier i den iltfrie zone. For tre stoffers vedkommende var der tale om en delvis nedbrydning, mens fem af stofferne ikke viste tegn på nedbrydning gennem de 900 dage, forsøget varede. Disse sundhedsskadelige stoffer er benzen, ethylbenzen, m-xylen og p-xylen samt triklorethylen Bromid (mg/l) Toluen (µg/l) Naphtalen (µg/l) Koncentrationer Injektionsboringer Prøvetagningsboringer Feltforsøget viste også, at nogle de organiske kemikalier, som nedbrydes mikrobielt, omdannes til andre stoffer, som ligeledes er giftige ,1,1-TCA Triklorethan (µg/l) TCE Triklorethylen (µg/l) Når forurening siver ned til grundvandet, udbreder stofferne sig i en fane. Her ses udbredelsen og koncentrationerne af fem miljøgifte, efterhånden som forureningsfanen passerede de forskellige prøvetagningsboringer ved den gamle losseplads i Grindsted. 14 Strømningsretning (afstand i meter)

16 Supplerende læsning Danmarks grundvand og drikkevand, Redegørelse fra Miljøstyrelsen nr. 4 Miljø- og energiministeriet, Miljøstyrelsen, Natur- og Miljøpolitisk Redegørelse, 1995 Miljø- og energiministeriet, 1995 Vandmiljø -95, Redegørelse fra Miljøstyrelsen nr. 3, 1995 Miljø- og energiministeriet, Miljøstyrelsen Danmarks fremtidige vandforsyning, Vandrådets betænkning Betænkning fra Miljøstyrelsen nr. 1, 1992 Miljøministeriet, Miljøstyrelsen Vandforsyningsstatistik 1995 Danske Vandværkers Forening, Miljøstyrelsen og Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse. Danske Vandværkers Forening, Grundvandsovervågning 1995 og 1996 Miljø- og energiministeriet, Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse, 1995 og Vandforsyning Århus kommunale værke, Århus Universitet og Århus Amt, Projekt om jord og grundvand fra Miljøstyrelsen 21 rapporter fra Depot- og Grundvandsprioriteringsprojektet Miljø- og energiministeriet, Miljøstyrelsen, 1996 Kampen for rent vand Om natur og økonomi Hansen, K. E. og A. Tuxen Geografforlaget, 1992 Grundvand, vandforsyning og vådområder Danmarks Naturfredningsforening, 1993 Geologi for enhver Hansen, J. M., 1984, Geografforlaget Vandbesparende foranstaltninger Kjellerup, M. og A. M. Hansen Teknisk forlag, 1994 Tal om Natur og Miljø 1994 Miljø- og energiministeriet, Miljøstyrelsen, Skov- og Naturstyrelsen og Danmarks Statistik Den Store Danske Encyklopædi, bd. 5, pp , Gyldendal Drikkevand, rent vand, men hvordan? Teknologirådet, 1997 Drikkevand - en truet ressource Petersen, S. og P. Løgstrup Bjerg, 1989, NOAHs forlag Det danske vand - vandet i jorden Villumsen, Arne, 1991, Gyldendal Grundvand og drikkevand DGU, Kort Fortalt, 1991 Geografforlaget Sustainable Use of Groundwater problems and threats in the European Communities Minister seminar, Den Haag 1991 RIVM / RIZA, 1991 Opgørelse over behovet for forskning på miljø- og naturområdet Miljø- og energiministeriet, Miljøtyrelsen og Skov- og Naturstyrelsen,

17 Denne publikation er baseret på Grundvandsgruppens afsluttende rapport om projekterne under Det Strategiske Miljøforskningsprogram i årene samt på de underliggende afhandlinger. For at gøre de opnåede resultater umiddelbart forståelige for personer uden faglig indsigt i grundvandsområdet bad Grundvandsgruppen videnskabsjournalist Rolf Haugaard Nielsen om at beskrive de vigtigste erkendelser i slutrapporten. Nærværende publikation er resultatet heraf. Grundvandsgruppen består af forskere fra Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse (GEUS), Danmarks Tekniske Universitet (DTU), Aarhus Universitet, Københavns Universitet, Dansk Hydraulisk Institut (DHI), Geoteknisk Institut (GI), Danmarks Miljøundersøgelser (DMU), Statens Planteavlsforsøg (SP), Århus Amt samt forskere fra USA, Canada og Tyskland. Det nu afsluttede arbejde blev støttet med 36 millioner kr. gennem Det Strategiske Miljøforskningsprogram, og de deltagende institutioner har bidraget med et omtrent tilsvarende beløb. Ansvarshavende Vicedirektør Jens Morten Hansen, GEUS, Centerleder for Grundvandsgruppen. Tekst Videnskabsjournalist Rolf Haugaard Nielsen. Layout GEUS, Grafisk. Omslagsfoto Peter Moors, GEUS. Tryk From & Co. Oplag 1500 eksemplarer. ISBN