Grundvand aldersbestemmelse med isotoper & CFC ATV møde: Datahåndtering og tolkning af jord- og grundvandsforurening 21-06-2016 Troels Laier De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland Klima-, Energi- og Bygningsministeriet
Oversigt over tracere, der har været benyttet til datering, alle er menneskeskabte med undtagelse af 14 C
Tritium og CFC hyppigst anvendt til datering gammelt ungt 1963 >1000 tritium ~ 4000 CFC dateringer
Isens hovedstilstandslinie B Grønhøj & A Rabis Bæk E C D
dybde m 0 Tritium profil i 22 m umættet zone, Grønhøj 1966-72 3 H (TU) 0 500 1000 0 500 1000 0 500 1000 0 500 1000 marts '66 marts '68 november '70 november '72 5 10 15 20 grundvandsspejl 25 30 35
Strømningsmodel for umættet zone dybde m 3 H (TU) 0 500 1000 1500 2000 2500 0 marts '66 5 sommer 64 10 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 25 30 35
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
Sammenligning af tritium og CFC Alder beregn. vha. tritium CFC-11 CFC-12 63
CFC datering af ungt vand ikke muligt efter år 2000 10-12 10-15 CFCs pmol/l 7 SF 6 fmol/l 5 6 CFC-11 4 5 4 CFC-12 SF 6 3 SF 6 - måske en mulighed? 3 2 2 1 1 CFC-113 0 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 0
Helium-3 fra tritium henfald kan anvendes til datering Naturligt tritium
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
Udtagning af prøver for helium-3 og andre opløste gasser i kobber-rør
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
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
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)
Alder af grundvand, nedbørsmodel og 3 H/ 3 He 8 Model 3H/3He nedbørs model 3H/3He 6 4 2 0 0.4 0.5 0.8 0.8 0.9 1.1 1.7 1.8 1.8 2.5 2.5 2.5 2.7 2.8 3.8 3.8 7.0 9.1 J J J T T T J T T J J J J T T T T J 2.0-3.0 m under vandspejl
Alder nedbørsmodel, 3 H/ 3 He, SF 6 7 Model 3H/3He SF6 model age 3H/3He SF6 Ex-air(N2/Ar) 5 3 1 0.4 0.5 0.8 0.8 0.9 1.1 1.7 1.8 1.8 2.5 2.5 2.5 2.7 2.8 3.8 3.8 7.0 9.1-1 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
procent af aldersdaterede prøver Alder af grundvand i overvågningsboringer bestemt 1997-98 25 20 15 10 50-60 40-50 30-40 20-30 10-20 5 0 1940 1950 1960 1970 1980 1990 Årstal <10 for dannelse af grundvand
Stigning i gødningsforbrug i Danmark Og nitrat i grundvand Handels gødning Begrænsning i gødnings- forbrug Gødning kgn/ha 160 120 80 Nitrat kurve korrigeret for vandets alder 40 0 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
Statistisk behandling af nitrat data Hansen et al. (2010)
Isens hovedstilstandslinie B A D Forumlund E C
Ændring af nitrat i sand akvifer Ændring af nitrat & alder af vand i sand akvifer NO 3 mg/l 160 11år CFC-årstal 1990 140 120 100 NO3-17m NO3-22m NO3-22m CFC-17m CFC-22m CFC-22m 23år 1985 1980 1975 80 1970 60 1965 40 vandspejl 2,5 m 20 95 96 97 98 99 00 01 Calender year 1960 1955
Isens hovedstilstandslinie B A D CThyregod E
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 60 30 200 100 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
Isens hovedstilstandslinie BDrastrup A D C E
NO mg/l 120 100 80 60 40 Nitrate vs infiltrations-årstal, målt i 1997 4 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 20 61 m 61 m 0 1940 1980 1950 1990 1960 2000 1970 1980 1990 year CFC-year of recharge
NO mg/l 120 100 80 3 Kort tids 9m 21 m variationer kan skyldes blanding af vand i sprækker og maxtrix 60 40 36 m 20 61 m 0 1980 1990 2000 year
CFC datering af grundvand Brabrand kildeplads, 1997 (Br-9, DGU 89.1415) 1974 (Br-6, DGU 89.945) 1972 0,04 0,09 mg/l (Br-5, DGU 89.1056) 1973 lukket pga BAM Br-1, DGU 89.1043) 1985 0,7 mg/l el-log bor ingen BAM 1971 1,3 mg/l 1980 (DGU nr. 89.1482) (Br-2, DGU 89.1002) 1965 (Br-8, DGU 89.947) Brabrand sø 200 m
89.947 89.1415 89.946 89.945 89.952 8909.1092 89.951 89.1056 89.1003 89.1043 89.88 89.1002 89.1196 Geologisk profil Brabrand langs Brabrand Sø nord Vest m over DNN Øst Forurenet 20 89.943 0-50 SAND LER -100
CFC-dateringer i el-log boring Brabrand, 1997 m u.t. 10 1953 1949 20 LER 30 40 SAND 1970 1970 1971 1971 1970 50 BAM <0,01 1,1 mg/l m i alle 7 niveauer i sandlag
Jordartskort - Brabrand Byggeri i 1970 erne Moræne-ler sand Brabrand by gytje 89.1002 Brabrand Sø Ferskvands sand
BAM, ng/l BAM serier for Brabrand Kildeplads 1400 1200 1000 800 600 400 200 BAM 1002 1482 1043 1056 0 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 Dato Grundvandets alder (ca. 25 år) uændret, i hele perioden kontrolleret vha. CFC
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
Grundvand - opsprækkede medier Diffussion mellem sprække og matrix silt Moræne Total (matrix+ sprække) Matrixstrømning Sprækkestrømning