Nutzung von Gadolinium als transienten Tracer zur Bestimmung von Grundwasserverweilzeiten

Robert Brünjes1, Andrea Bichler, Philipp Höhn, Thilo Hofmann
1 Department für Umweltgeowissenschaften, Universität Wien

O 11.8 in Identifikation hydrogeologischer Prozesse mit Spurenstoffen

14.04.2016, 16:30-16:45, Plank Hörsaal, Geb. 40.32

Die Nutzung von Komplexen des Seltenen Erden Elements (SEE) Gadolinium als Kontrastmittel in der Magnet-Resonanz-Tomographie führt seit über zwanzig Jahren zu erhöhten Gadoliniumkonzentrationen in abwasserbeeinflussten Oberflächengewässer. Gadoliniumkomplexe sind sehr stabil und werden vom menschlichen Körper innerhalb von wenigen Stunden nach medizinischer Applikation unmetabolisiert wieder ausgeschieden. In der konventionellen Abwasserreinigung werden diese Komplexe nicht abgebaut, gelangen so in Oberflächengewässer und suksessive in durch diese beeinflusste Grundwasserkörper. Gadolinium erfüllt daher die Voraussetzungen an einen idealen (Abwasser)tracer zur Charakterisierung von Oberflächen- und Grundwasserinteraktionen.

Das Untersuchungsgebiet liegt in einem subalpinen Einzugsgebiet mit nur geringer Bevölkerungsdichte. Der Fluss infiltriert permanent in den Grundwasserleiter, welcher durch hohe Durchlässigkeiten und Grundwasserfließgeschwindigkeiten charakterisiert werden kann. Der Uferfiltrationsstandort wurde tiefenorientiert, mit 15 cm langen Rhizon-Probennehmern entlang eines Transekts in Grundwasserströmungsrichtung instrumentiert. Diese ermöglichen eine hohe zeitliche und vertikale Auflösung der untersuchten Parameter.

Für die Studie wurden kontinuierlich 12-Stunden Mischproben über einen Zeitraum von 10 Tagen genommen und Gadolinium sowie konventionelle hydrochemische Parameter gemessen bzw. bestimmt. Die SEE wurden mittels einer Kombination aus Aufkonzentrierungsmodul “SeaFAST” (Elemental Scientific Inc., USA) und einem QQQ-ICP-MS (Agilent Technologies, Japan) gemessen. Die Bestimmungsgrenze liegt dabei unter 0,1 ng/L, welches die Bestimmung geogener Hintergrund­konzen­trationen ermöglicht. Diese werden mit den beiden Nachbarelementen des Gadoliniums, Samarium und Terbium, gegen die Obere Kontinentale Kruste (UCC) normalisiert, ermittelt und ermöglichen so die Unterscheidung zwischen geogenem und anthropogenem Gadolinium.

Verweilzeiten des Grundwassers innerhalb des Transekts wurden mittels ²²²Rn Messungen auf unter 7 Tagen abgeschätzt. Hydrochemische Parameter legen nahe, dass das Grundwasser in allen Tiefen ausschließlich aus infiltriertem Flusswasser besteht und eine Vermischung mit Grundwasser anderen Ursprungs vernachlässigbar ist. Die zeitliche Schwankungen der Gadoliniumkonzentrationen des Flusses und die Wiederfindung dieses Signals im Grundwasserleiter ermöglichen die Bestimmung von Grundwasserverweilzeiten anhand von anthropogenem Gadolinium.



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