Radiokarbondatierung am gelösten organischen Kohlenstoff (DOC): ein vielversprechender Ansatz für die Grundwasseraltersbestimmung in karbonatreichen Grundwasserleitern

Die Datierung von alten Grundwässern zwischen wenigen tausend bis ca. 30.000 Jahren wird in der Regel mithilfe von ¹⁴C am gelösten anorganischen Kohlenstoff (DIC) durchgeführt. Allerdings sind die Einsatzmöglichkeiten der ¹⁴C-DIC Methode in karbonatreichen Grundwasserleitern aufgrund diverser geochemischer Prozesse im Untergrund, wie die Lösung von anorganischem und ¹⁴C-freien Kohlenstoff aus dem geogenen Karbonat, bakterielle Sulfatreduktion oder Methanogenese, begrenzt. Diese Prozesse haben einen großen Einfluss auf die Aussagegenauigkeit bei der Altersinterpretation mit ¹⁴C-DIC, sodass sich der mögliche Datierungszeitraum deutlich herabsetzt. Eine vielversprechende Alternative zur ¹⁴C-DIC-Methode ist die Grundwasserdatierung am gelösten organischen Kohlenstoff (¹⁴C-DOC), die deutlich robuster gegenüber geochemischen Prozessen im Untergrund ist. Die ¹⁴C-DOC-Datierungsmethode wurde in der Vergangenheit aufgrund der sehr aufwendigen, zeitintensiven und somit kostspieligen Extraktionsmethode in angewandten Grundwasserstudien allerdings nur relativ selten angewendet.

Im Rahmen dieser Präsentation wird die Möglichkeit der ¹⁴C-DOC-Datierung an unterschiedlichen Grundwässern des tiefliegenden oberjurassischen Karbonatgrundwasserleiters im Süddeutschen Molassebecken vorgestellt. In diesem sehr heterogenen Grundwasserzirkulationssystem finden komplexe geochemische Reaktionen unter reduzierenden Bedingungen statt. Die erschlossenen Grundwässer unterscheiden sich daher sowohl in der wasserchemischen Beschaffenheit als auch, aufgrund von unterschiedlichen Bildungszeiträumen, in den stabilen Wasserisotopensignaturen und Grundwasserverweilzeiten deutlich voneinander, die die Identifikation von transienten Grundwasserzirkulationssystemen erschwert.

Die Isolation des datierbaren Kohlenstoffs erfolgte mit der Festphasenextraktionsmethode (SPE-PPL) nach Li et al. (2016), die sowohl kostengünstig als auch sehr effizient und somit geeignet für die DOC-Extraktion an Grundwässern mit geringen DOC-Gehalten ist. Die ermittelten ¹⁴C-DOC-Aktivitäten der untersuchten Grundwässer sind deutlich höher als die ebenfalls bestimmten ¹⁴C-DIC-Aktivitäten und führen in der Regel zu niedrigeren ¹⁴C-Modellaltern. Die Eingliederung der berechneten ¹⁴C-DOC-Modellalter mit den Temperaturinformationen aus den stabilen Wasserisotopensignaturen und Edelgasinfiltrationstemperaturen aus der Literatur (Weise et al., 1991) in bestehende Klimamodelle der letzten Jahrtausende zeigt, dass sehr plausible ¹⁴C-DOC-Modellalter bestimmt worden sind, die auch überwiegend im Einklang mit ⁸¹Kr-Modellaltern (Heidinger et al., 2019) stehen.

Die Ergebnisse bestätigen, dass die Altersbestimmung mit ¹⁴C-DOC unter Verwendung der SPE-PPL-Methode eine vielversprechende und sehr gute Möglichkeit bietet, alte Grundwässer bis 30.000 Jahre in karbonatreichen Grundwasserleitern zu datieren und somit die Aussagegenauigkeit und den möglichen Datierungszeitraum der ¹⁴C-Methode deutlich zu verbessern.