Grundvandsdatering: en oversigt over tracermetoder Klaus Hinsby, GEUS
GRUNDVANDSDATERING Grundvandets alder i et givet punkt = grundvandets opholdstid under jordoverfladen siden infiltrationen Fra Kazemi et al. Groundwater Age, Wiley, 2006.
ALDRE / OPHOLDSTIDER I DET HYDROLOGISKE KREDSLØB HYDROLOGICAL CYCLE AND AVERAGE RESIDENCE TIMES Ungt: < ~60 år Gammelt: > 60 50.000 år 100.000 år Meget gammelt: > 50.000 år
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)
Tracere i atmosfæren til datering af ungt grundvand (< 60 år) Efter Hinsby, Purtschert and Edmunds, 2008. Groundwater age and quality. In: Ph. Qeuvauviller (ed.) Groundwater Science and Policy. Royal Society of Chemistry, RSC Publishing.&
Udvalgte tracere til datering af ungt, gammelt og meget gammelt grundvand Halveringstider af isotoper i år: 85 Kr = 10.72 Ungt Gammelt Meget gammelt 3 H = 12.43 39 Ar = 269 14 C = 5730 81 Kr = 230.000 36 Cl = 301.000 4 He = stabil <~50 >~50 >~10.000 (forurenet) (uforurenet) (uforurenet, men langsom gv dannelse)
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.
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))
Hvor meget?: Pris pr.analyse for mest almindelige dateringsmetoder: CFC: kr. 1500-3000 3 H: 1000-2500 3 H/ 3 He: kr. 3000-6000 85 Kr: kr. 15.000 (inkl. 39Ar) SF 6 : kr. 1000-2500 39 Ar: kr. 15.000 (inkl. 85Kr) 14 C: kr. 2500 3000 4 He: 1500-2000 Ungt grundvand Gammelt grundvand Meget gammelt grundvand
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.
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.
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.
Eksempler på studier af grundvandsaldre i dansk grundvand: GEOCENTER Danmark-projekt: Midterste del af Ribe Gruppen (Bastrup sand) ~100 m s dybde: alder ~100 900 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 ~1000 3000 år. Enkelte boringer i udstrømningszoner ved Vesterhavet og dybt under Rømø (300 m): alder > 10.000 år (fra sidste istid) Vandcenter Syd/ EU-projekt: Blandet ungt og gammelt vand ( < 50 år 300 år)
Geocenter projekt: MioMod (kortlægning af Miocæne sandmagasiner og uforurenede vandressourcer) Scharling, P. et al., 2010, submitted. Vl-geomodel.geus.net/geus_projekter
MioMod: Grundvandsdatering med 39 Ar, 85 Kr, 14 C, 3 H (og 4 He?) Ungt forurenet grundvand < 60 år (+ nitrat) Uforurenet grundvand: 100-900 år gammelt Scharling, P. et al., 2010, submitted, vl-geomodel.geus.net/geus_projekter
Øst-vest profil gennem miocæne sandmagasiner i Ribe Gruppen i Sønderjylland: Elevation (m.a.s.l.) 50 0 149.479 150.642 160.1512 160.1561 Buried valley Buried valley -50 148.52 Odderup -100-150 Bastrup Ribe Fm Bastrup??? -200-250 -300-350 Bastrup Ribe Fm 10 km? Marine clay (Upper Miocene) Marine clay (Lower/Middle Miocene) Fluvio-deltaic sands? 148.52 149.479 150.642 160.1512 160.1561-400?? Efter Hinsby og Rasmussen, 2008. The Miocene Sands Denmark. : In: Edmunds and Shand (eds.) Natural Groundwater Quality. Wiley-Blackwell.
14C datering i og omkring Bastrup formationen i Ribe Gruppen: Gammelt til meget gammelt grundvand 14 C gammelt grundvand (1000-3000 år) pmc 100 50 Ungt forurenet grundvand < 60 år) >> 10.000 år (fra sidste istid). 50 40 30 20 10 0 0 Afstand fra infiltrationsområde (km) Efter Hinsby og Rasmussen, 2008. The Miocene Sands Denmark. : In: Edmunds and Shand (eds.) Natural Groundwater Quality. Wiley-Blackwell.
http://vl-geomodel.geus.net/cliwat
(inkl. [Cl] og 3 H/ 3 He dateringer):
Hinsby og Clausen, 2002. GEUS rapport nr. 2002/68
Dateringer og trends Efter Hinsby, Purtschert and Edmunds, 2008. Groundwater age and quality. In: Ph. Qeuvauviller (ed.) Groundwater Science and Policy. Royal Society of Chemistry, RSC Publishing.&
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