Verwendung radioaktiver Edelgasisotope zur Bestimmung der Austauschdynamik zwischen Grundwasser und Oberflächengewässern

Christoph Gerber1, Roland Purtschert1, Martin Kralik2, Oliver Schilling3, Daniel Hunkeler3, Philip Brunner3
1 Klima- und Umweltphysik, Physikalisches Institut, und Oeschger Centre for Climate Change Research, Universität Bern, Bern, Schweiz
2 Department Umweltgeowissenchaften, Universität Wien, Wien, Österreich
3 Centre of Hydrogeology and Geothermics, University of Neuchâtel, Neuchâtel, Schweiz

O 8.7 in Isotopen- und Tracermethoden in der Hydrogeologie

16.04.2016, 10:15-10:30, Audimax A, Geb. 30.95

 

 

Die Interaktion zwischen Oberflächenwasser (OW) und Grundwasser (GW) ist ein wichtiger hydrologischer Prozess. Sie bestimmt die Abflussdynamik von Fliessgewässern und, im Fall von Flusswasserinfiltration, Menge und Qualität des neu gebildeten Grundwassers. Zur Analyse der Austauschdynamik von OW und GW sind Datierungstracer notwendig. Wie schnell GW-OG Systeme auf Klimaveränderungen oder mehrjährige Wetterphänomene reagieren, hängt im Wesentlichen von der mittleren Verweilzeit des Grundwassers ab. 

Der GW-OW-Austausch kann mittels Abflussmessungen, Wassertemperatur, Leitfähigkeit oder Radonmessungen studiert werden. Damit lassen sich Ort und Menge von Grundwasserzuflüssen bestimmen. Zur Datierung des zuströmenden Grundwassers können 3H, SF6, CFCs sowie 4He Messungen herangezogen werden, welche Zeitskalen von einigen Monaten bis ca. 60 Jahren abdecken. Dazu müssen flussnahe GW Messstellen vorhanden sein. Einfacher ist eine in-situ Beprobung des Flusswassers. Hierbei müssen aber Gasaustauschprozesse mit der Atmosphäre berücksichtigt werden. Ausserdem müssen bei allen diesen Tracern (ausser 3H) zusätzlich die Infiltrationsbedingungen des GWs bestimmt werden und besonders bei CFCs ist oft auch Kontamination ein Problem. Bei der Datierung von OW-Infiltration ins Grundwasser sind die relevanten Zeitskalen oft so kurz (Tage bis Monate), dass oben erwähnte Tracer nur beschränkt einsetzbar sind.

Diese Präsentation soll aufzeigen, wie ein Teil der angesprochenen Schwierigkeiten mit der Verwendung radioaktiver Edelgasisotopen umgangen werden kann. Dazu wird zuerst ein Überblick gegeben über die Palette an radioaktiven Edelgasisotopen zur Altersbestimmung von Grundwasser (222Rn, 37Ar, 85Kr, 39Ar, 81Kr). 222Rn mit einer Halbwertszeit von 3.8 Tagen ist zum Beispiel für Zeitskalen von einigen Tagen geeignet, während 37Ar mit einer Halbwertszeit von 35 Tagen vielversprechend ist für Zeitskalen von einigen Monaten. Anschliessend wird an konkreten Anwendungsbeispielen an der Fischa-Dagnitz bei Wien und Rötenbach und Emme in der Schweiz exemplarisch illustriert, wie diese Tracer zur Bestimmung der Austauschdynamik zwischen Oberflächengewässern und Grundwasser eingesetzt werden können.

Konzeptuelle Skizze der Austauschprozesse
Konzeptuelle Skizze der Austauschprozesse



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