Grundvand aldersbestemmelse med isotoper & CFC ATV møde: Datahåndtering og tolkning af jord- og grundvandsforurening

Transkript

1 Grundvand aldersbestemmelse med isotoper & CFC ATV møde: Datahåndtering og tolkning af jord- og grundvandsforurening Troels Laier De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland Klima-, Energi- og Bygningsministeriet

2 Oversigt over tracere, der har været benyttet til datering, alle er menneskeskabte med undtagelse af 14 C

3 Tritium og CFC hyppigst anvendt til datering gammelt ungt 1963 >1000 tritium ~ 4000 CFC dateringer

4 Isens hovedstilstandslinie B Grønhøj & A Rabis Bæk E C D

5 dybde m 0 Tritium profil i 22 m umættet zone, Grønhøj H (TU) marts '66 marts '68 november '70 november ' grundvandsspejl

6 Strømningsmodel for umættet zone dybde m 3 H (TU) marts '66 5 sommer sommer 63 Simpel model 15 dispersion 20 Strømnings-model baseret på nedbør og tritium måned for måned, vandindholdet for hver 0,2 m i den umættede zone, samt beregning af nettonedbør. Stømningshastighed: 4,5 m per år

7 Rabis Bæk profil CFC-datering i T1 & T2 Kote m o.h. Hede & skov Landbrug 1.5 m ingen O 2 og NO 3 NO 3

8 Sammenligning af tritium og CFC Alder beregn. vha. tritium CFC-11 CFC-12 63

9 CFC datering af ungt vand ikke muligt efter år CFCs pmol/l 7 SF 6 fmol/l 5 6 CFC CFC-12 SF 6 3 SF 6 - måske en mulighed? CFC

10 Helium-3 fra tritium henfald kan anvendes til datering Naturligt tritium

11 Tritium-helium datering princip Tritium 3 H radioaktiv brint isotop dannes ved kosmisk stråling Tilføres grundvand via nedbør; koncentration: 5-10 TU 3 H 3 He Halveringstid: 12,32 år Hvis 3 H & 3 He findes i lige store koncentrationer er grundvandets alder = 12,32 år

12 Udtagning af prøver for helium-3 og andre opløste gasser i kobber-rør

13 Tritium-helium og SF 6 metoderne afprøvet i 2 VAP områder Silstrup Tylstrup 2 sandy soils 3 loamy soils 1-3 ha Shallow groundwater Loamy soils are drained 42 pesticides + 41 metabolites >100 pesticide application Monitoring started in 1999/2000 Estrup Jyndevad Fårdrup

14 2 m Tværsnit af testområde Min. 3 m Buffer zone SUCTION CUPS 2 m 1 m 2 m 50 m Treated area Buffer zone GWL 1 m

15 Grundvandets alder modelleret vha. MACRO (MACRO_GV / MACRO in FOCUS / MACRO 5.1 ) A physically-based, one-dimensional, numerical model of water flow and solute movement in macroporous soil. (Figure gotten from SLU)

16 Alder af grundvand, nedbørsmodel og 3 H/ 3 He 8 Model 3H/3He nedbørs model 3H/3He J J J T T T J T T J J J J T T T T J m under vandspejl

17 Alder nedbørsmodel, 3 H/ 3 He, SF 6 7 Model 3H/3He SF6 model age 3H/3He SF6 Ex-air(N2/Ar) J J J T T T J T T J J J J T T T T J SF 6 for usikker, trods enkelte gode eksempler i litteraturen

18 procent af aldersdaterede prøver Alder af grundvand i overvågningsboringer bestemt Årstal <10 for dannelse af grundvand

19 Stigning i gødningsforbrug i Danmark Og nitrat i grundvand Handels gødning Begrænsning i gødnings- forbrug Gødning kgn/ha Nitrat kurve korrigeret for vandets alder

20 Statistisk behandling af nitrat data Hansen et al. (2010)

21 Isens hovedstilstandslinie B A D Forumlund E C

22 Ændring af nitrat i sand akvifer Ændring af nitrat & alder af vand i sand akvifer NO 3 mg/l år CFC-årstal NO3-17m NO3-22m NO3-22m CFC-17m CFC-22m CFC-22m 23år vandspejl 2,5 m Calender year

23 Isens hovedstilstandslinie B A D CThyregod E

24 Nitrat vs. infiltrations årstal for ungt grundvand Geological profile including CFC-recharge-year D Geologisk profil Thyregod & CFC målt i 1998 A '88 '87 B C 120 m a.s.l. 90 '91 '47 '54 '48 '52 Clay Sand Tertiary sand '74 1 km '84 E NO 3 mg/l NO 3 mg/l A 6.6 m B C 9 m 13 m 0 '74 '78 '82 '86 '90 '94 E '74 '78 '82 '86 '90 '94 D

25 Isens hovedstilstandslinie BDrastrup A D C E

26 NO mg/l Nitrate vs infiltrations-årstal, målt i niveauer i en kalk aquifer 3 Nitrat i 4 niveauer 9m i kalk 9m aquifer. 21 m 36 m 36 m 21 m Ilt i alle niveauer Begrænsning i gødningsforbrug m 61 m year CFC-year of recharge

27 NO mg/l Kort tids 9m 21 m variationer kan skyldes blanding af vand i sprækker og maxtrix m m year

28 CFC datering af grundvand Brabrand kildeplads, 1997 (Br-9, DGU ) 1974 (Br-6, DGU ) ,04 0,09 mg/l (Br-5, DGU ) 1973 lukket pga BAM Br-1, DGU ) ,7 mg/l el-log bor ingen BAM ,3 mg/l 1980 (DGU nr ) (Br-2, DGU ) 1965 (Br-8, DGU ) Brabrand sø 200 m

29 Geologisk profil Brabrand langs Brabrand Sø nord Vest m over DNN Øst Forurenet SAND LER -100

30 CFC-dateringer i el-log boring Brabrand, 1997 m u.t LER SAND BAM <0,01 1,1 mg/l m i alle 7 niveauer i sandlag

31 Jordartskort - Brabrand Byggeri i 1970 erne Moræne-ler sand Brabrand by gytje Brabrand Sø Ferskvands sand

32 BAM, ng/l BAM serier for Brabrand Kildeplads BAM Dato Grundvandets alder (ca. 25 år) uændret, i hele perioden kontrolleret vha. CFC

33 Konklusion Aldersbestemmelse af grundvand i homogent sandmagasin viser god overensstemmelse mellem resultater og model Rabis Bæk Datering af grundvand ved det landsdækkende overvågningsprogram for grundvand - vanskelig at tolke udvikling af nitratbelastning mm. uden forståelse for de fysiske forhold Datering af ungt grundvand, SF6 metode endnu for usikker. Måling af både tritium og dets henfaldsprodukt helium3, er bedst egnet til datering

34 Grundvand - opsprækkede medier Diffussion mellem sprække og matrix silt Moræne Total (matrix+ sprække) Matrixstrømning Sprækkestrømning