Radiokarbondatierung am gelösten organischen Kohlenstoff (DOC): ein vielversprechender Ansatz zur Altersbestimmung von Oberjura-Karstgrundwässern aus dem Süddeutschen Molassebecken.

Florian Heine1, Mourad Harir2, Norbert Hertkorn2, Philippe Schmitt-Kopplin2, Florian Einsiedl1
1 Lehrstuhl für Hydrogeologie, TU München
2 Department of Environmental Sciences, Helmholtz Zentrum München

11.3 in Isotope Approaches for the Investigation of Matter Fluxes and Flow Processes

28.03.2020, 09:30-09:45, Weißer Saal

Zur Bestimmung der mittleren Verweilzeiten von alten Grundwässern zwischen wenigen tausend bis ca. 30.000 Jahren ist die Radiokarbonmethode (14C) in der Regel alternativlos (Hershey & Fereday, 2016). Die Einsatzmöglichkeiten, Grenzen und Herausforderungen der Radiokarbondatierung am gelösten, anorganischen Kohlenstoff (DIC) in karbonatischen Grundwasserleitern sind weitgehend bekannt. Der Einfluss diverser Prozesse im Grundwasserleiter, wie z.B. die Lösung von anorganischem, 14C freien Kohlenstoff, bakterielle Sulfatreduktion oder Methanogenese können die Gehalte des Radiokarbons und die daraus berechneten Verweilzeiten maskieren. Trotz der in der Literatur dafür vorhandenen prozessorientierten Korrekturmodelle, werden die tatsächlichen Verweilzeiten des Grundwassers dennoch teilweise deutlich überschätzt. Als Alternative zur 14CDIC-Methode wurde daher seit den 1980er Jahren die Möglichkeit zur Datierung von Grundwässern am organischen Kohlenstoff (DOC) immer wieder diskutiert und eingesetzt.

Im Rahmen dieser Studie wurden die Möglichkeit der Radiokarbondatierung am DOC von Grundwässern aus dem oberjurassischen Karstgrundwasserleiter des Süddeutschen Molassebeckens untersucht, die sich sowohl in der hydrochemischen Beschaffenheit als auch stabilen Wasserisotopensignatur deutlich unterscheiden. In diesem heterogenen Grundwassersystem, das durch komplexe geochemische Reaktionen unter reduzierenden Bedingungen geprägt ist, finden teilweise Lösungs- und Ionenaustauschprozesse sowie bakterielle Sulfatreduktion statt (Einsiedl et al., 2007; Frisch & Werner, 1991). Deshalb wurden die 14CDOC- und 14CDIC-Aktivitäten der Wässer bestimmt sowie daraus deren Radiokarbonalter abgeleitet und im Anschluss mit der stabilen Wasserisotopensignatur und Edelgasinfiltrationstemperatur (NGT) aus Frisch & Werner (1991) verglichen. Die Isolation des DOC erfolgte anhand der Extraktionsmethode von Li et al. (2016), die sehr effizient und geeignet für Grundwässer mit geringen DOC-Gehalten ist. Zur Bestimmung der zeitlichen Evolution und einer möglichen mikrobiellen Umsetzung des extrahierten DOC mit dem Alter wurden zusätzlich spektroskopische Analysen mit FTICR MS und 1H NMR durchgeführt.

Die berechneten 14CDOC-Gehalte liegen zwischen 5,66 und 51,1 pmC, sodass Grundwasseralter zwischen 4.000 und 25.000 für den untersuchten oberjurassischen Karstgrundwasserleiter abgeleitet werden können. Die Ergebnisse stehen überwiegend im Einklang mit den stabilen Wasserisotopensignaturen (δ18O -12,5 ‰ bis -9,76 ‰, δD -90,4 ‰ bis -70,9 ‰) und NGT (1,4 °C bis 8,5 °C) (Frisch & Werner, 1991) verglichen mit der Temperaturverteilung von Klimamodellen der letzten 25.000 Jahre (Shakun et al., 2012). Im Gegensatz dazu liegen die 14CDIC-Gehalte zwischen 1,40 und 21,3 pmC mit berechneten Altern zwischen 8.000 und 30.000 Jahren und zeigen trotz der angewandten Korrekturmodelle nur bedingt gute Übereinstimmungen mit den Ergebnissen der 14CDOC-Modellaltern.



Einsiedl, F., Hertkorn, N., Wolf, M., Frommberger, M., Schmitt-Kopplin, P. & Koch, B.P. (2007): Rapid biotic molecular transformation of fulvic acids in a karst aquifer. –  Geochim. Cosmochim. Acta., 71: 5474–5482. doi: 10.1016/j.gca.2007.09.024

Frisch, H. & Werner, J. (Hrsg.) (1991): Hydrogeothermische Energiebilanz und Grundwasserhaushalt des Malmkarstes im Süddeutschen Molassebecken. – Abschlussbericht, 597 S., Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft, München, Geologisches Landesamt Baden-Württemberg, Freiburg i. Br., Forschungszentrum Jülich GmbH, Jülich.

Hershey, R.L. & Fereday, W.: Laboratory Experiments to Evaluate Matrix Diffusion of Dissolved Organic Carbon Carbon-14 in Southern Nevada Fractured-rock Aquifers. – Technical Report, 20 S., Nevada Field Office, Las Vegas. doi: 10.2172/1253607

Li, Y., Harir, M., Lucio, M., Kanawati, B., Smirnov, K., Flerus, R., Koch, B.P., Schmitt-Kopplin, P. & Hertkorn, N. (2016): Proposed Guidelines for Solid Phase Extraction of Suwannee River Dissolved Organic Matter. – Anal. Chem., 88: 6680–6688. doi: 10.1021/acs.analchem.5b04501

Shakun, J.D., Clark, P.U., He, F., Marcott, S.A., Mix, A.C., Liu, Z., Otto-Bliesner, B., Schmittner, A. & Bard, E. (2012): Global warming preceded by increasing carbon dioxide concentrations during the last deglaciation. – Nature, 484: 49–54. doi: 10.1038/nature10915



Export as iCal: Export iCal