Grundwasser Radiokarbon Datierung – Konzept und Praktische Anwendung

  • Die Radiokarbon Datierung kann benutzt werden, um die Überpumpung der Grundwasser führenden Schichten zu überwachen.
  • Es wird eine jährliche- oder halbjährliche Grundwasser C14 Datierung empfohlen.
Water Well

Die Anwendung der Radiokarbon Datierung bei der Grundwasseranalytik kann eine Technik bereitstellen, die es ermöglicht, eine Überpumpung der Grundwasserschicht vorherzusagen, bevor sie verschmutzt oder zu sehr ausgebeutet wird. Siehe hierzu Muster-Studie (.PDF) “Oberflächenwasser Kontamination und Sanierung

Die Radiokohlenstoff Datierung von Grundwasser wird in Kombination mit den primären Messungen der klassischen hydrologischen und chemischen Analyse benutzt. Wenn mehrere Messungen oder eine fortlaufende Probenentnahme angewandt werden, liefert die Radiokohlenstoff Datierung die besten Resultate. Die nützlichsten Daten kommen aus dem Vergleich dieser Resultate und nicht dem absoluten Alter.

Im Falle von mehreren Messungen könnten die scheinbaren Alter des Grundwassers, welches von Pumpen, die in unterschiedlichen Abständen zum Wasserleiter das Grundwasser entnehmen, ein Mittel zur Überprüfung der Flussrate sein und auch auf eine Überpumpungssituation hinweisen. In dem Fall einer fortlaufenden Probenentnahme aus einer individuellen Quelle (alle 6 oder 12 Monate), werden alle Veränderungen des scheinbaren Wasseralters gegen die Zeit aufgezeigt. Wenn das Alter des Wassers mit der Zeit verjüngt, liegt dies insbesondere daran, dass eine Grundwasserabsenkung der oberen Wasserschichten stattfindet. Die Radiokohlenstoff Datierung kann möglicherweise ein Warnsignal bei einer bevorstehenden Kontamination des Grundwassers durch Oberflächenwasser anzeigen.

Grundwasser C 14 Datierung

Die Radiokohlenstoff Datierung von Grundwasser kann Hinweise darüber geben, ab wann das Wasser keinen Kontakt mehr mit der Atmosphäre hatte, zum Beispiel, als es in den Untergrund versickerte. Allerdings gibt es Unsicherheiten bei der Berechnung des Prozentsatzes von Kohlenstoffarten, die aus lebenden Pflanzen im Grundwasserleiter im Gegensatz zu dem Prozentsatz von alten Karbonatablagerungen in der Grundwasser-Matrix und der Atmosphäre entstanden sind. Aus diesem Grund ist die C 14 Datierung von Grundwasser dann sehr sinnvoll, wenn man eine wiederholte Probenentnahme durchführt. In diesem Fall sind die absoluten Jahre, inklusive der begleitenden Unsicherheit, nicht die primären Zahlen, die für eine Interpretation herangezogen werden. Die unkorrigierten scheinbaren Alter sind die primären Zahlen; sie werden mit anderen scheinbaren Altern der Studie verglichen. Das beugt im Groben einer Korrekturunsicherheit vor. In all diesen Fällen kommen die brauchbarsten Daten durch das Vergleichen und nicht durch die absoluten Alter zustande. Auch die unkorrigierten scheinbaren Alter können als maximale Alter interpretiert werden, zum Beispiel ist das wahre Alter des Grundwassers gleich, oder etwas geringer, dem scheinbaren Alter.

Durch die Extraktion des Kohlenstoffs für die Radiokarbon Datierung aus dem Wasser, können die Messungen Informationen über die Anhäufung von Unterwasserablagerungen sowie Fließrichtung und Fließgeschwindigkeit liefern. Dies gilt für Proben, die zwischen 10 und 40.000 Jahre alt sind.

Oberflächen- und Regenwasser, das in den Boden eindringt, beinhaltet kleine Mengen Kohlendioxid, welches aus der Luft extrahiert wurde. Beim Verlassen der Atmosphäre kommt das Wasser in Kontakt mit verschmutzter Luft, wobei der Partialdruck der Vegetation (Wurzelatmung), generiert durch das Kohlendioxid, viel höher ist. Den C14 Anteil dieser Quellen nennt man „modern Level” und ist ein Bezugswert bei der Altersberechnung. Im Durchschnitt werden zwischen 20 und mehr als 60 Probenentnahmen aus Quellen eines Grundwasserleiters entnommen. Weniger als 10 Quellen eignen sich nicht für eine brauchbare Studie; in diesem Fall wäre die Interpretation der Alter oft nicht eindeutig.

Wenn die Grundwasserleiter fossilen Kohlenstoff enthalten, wie dies bei Torf oder Braunkohle der Fall ist, dann kann die C 14 Datierung nur weniger präzise Befunde liefern und diese Grundwasserleiter sollten nicht mit dieser Datierungstechnik untersucht werden. Wasser aus Oberflächenbrunnen kann brauchbare scheinbare „Alter” liefern, obwohl es zu einem unvermeidlichen Problem mit der Kohlenstoffvermischungskorrektur führt, weil ein großer Isotopeneffekt generiert werden kann, wenn das Kohlendioxid unter Druck Blasen in das Wasser abgibt. In diesem Fall kann kein „bestes geschätztes Alter” berechnet werden.

Vorhersage einer Grundwasserleiter Kontamination und Ausbeutungsbeschränkungen

Da die Bevölkerungsdichte ständig zunimmt, werden die Anforderungen an die Grundwasserleiter auch exponentiell zunehmen. Überentwicklung kann letztendlich zu begrenzter Versorgung führen, die ernsthafte Auswirkungen für die Stadtteile, die am Weitesten von einem Grundwasserleiter entfernt sind, hätten.

Da nicht besiedeltes Land normalerweise die bevölkerten Gebiete umgibt, breitet sich die wohnungsbauliche und industrielle Entwicklung immer in die Richtung aus, die den größten finanziellen Ertrag widerspiegelt. Wenn aber die Entwicklungsgebiete in die Grundwasserschutzzone eindringen und neue Brunnen gebohrt werden, um den Bedarf zu decken, dann kann es zu einer Verknappung kommen, da mehr abgepumpt wird, als sich auffüllen kann.

Durch das geregelte Überwachen des Gehalts an Kohlenstoff in einem städtischen Brunnensystem wird ein empirischer Nachweis für eine Überbevölkerung erkennbar werden, bevor die Situation außer Kontrolle gerät. Sobald sich Wohn- und Industriegebiete etabliert haben, ist es sehr schwierig ihren Wasserverbrauch zu begrenzen. Die C 14 Datierung von Wasser liefert eine Möglichkeit, die Erschöpfung von Grundwasserquellen zu kontrollieren und zu verstehen.

groundwater ages

Abb. 1 – Radiokohlenstoffalter von Grundwasser als eine Funktion der Entfernung des Wasserleiteraufschlusses. Dieser veranschaulichte Fall zeigt laminare Gundwasser Flusskurven mit drei Pumpfrequenzen und unterschiedlicher Entfernung zum Aufschlusslimit. Der letzte Brunnen überpumpt bereits und zieht sein Wasser aus geringeren Tiefen.

Überwachung des Grundwasser Radiokohlenstoffgehalts

Das zeitliche Überwachen des C 14-Gehalts eines Brunnens kann Aufschluss über die Stabilität und die Veränderungen des Quellwassers an der Pumpstelle geben. Die jüngeren C 14 Alter des Wassers deuten drauf hin, dass Wasser von oben abgesenkt wird. Dies könnte zum Beispiel durch zu starkes Abpumpen des Brunnens oder durch erweiterte Brunnenbohrungen in anderen Bereichen verursacht sein. In beiden Fällen bedeutet dies, dass irgendwann kontaminiertes Oberflächenwasser in das Trinkwasser gelangen wird.

radiocarbon age of groundwater

Abb. 2 – Radiokohlenstoffalter von Grundwasser, das jährlich oder halbjährlich geprüft wird. In diesem veranschaulichten Fall wurde ein neues Pumpensystem 1995 eingebaut, dadurch wurde die Pumprate in diesem Gebiet erhöht. Nun muss fortwährend die Radiokarbon Datierung angewandt werden, um zu sehen, ob es Indikatoren für eine Grundwasserabsenkung gibt, ob die Kurve sich verflacht, oder bereits aus seichten Wassertiefen abgepumpt wird, bevor das Oberflächenwasser eindringen kann.

Die C 14 Datierungsmethode sollte am sinnvollsten jährlich oder halbjährlich an Proben, die an verschiedenen Brunnen entnommen wurden, angewendet werden. Die auf diese Weise erhobenen Werte sollten mit den Werten aus früheren Jahren verglichen werden. Die wünschenswerteste Situation wäre, wenn das C 14 Alter von fortlaufenden Probenentnahmen von Wasser (alle 6 oder 12 Monate) aus einem bestimmten Brunnen über die Jahre immer gleichbliebe.

Da Radiokarbon ganz natürlich im Grundwasser vorkommt, wird die Bestimmung ohne weiteren Aufwand an dem Wasserleiter durchgeführt. Außerdem kann vorzeitig bestimmt werden, ob eine Verschmutzung des Grundwassers zu erwarten ist. Dies hat starke wirtschaftliche und ökologische Auswirkungen innerhalb und zwischen Stadtteilen auf die Bewirtschaftung der Wasserressourcen.

Eine erschöpfende Erörterung der Grundwasser Radiokohlenstoff Datierung, einschließlich der Berechnung des C 14 Alters finden Sie weiter unten.