Umwelttracer in der Grundwasserhydrologie

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Stephan Klump

Die Dissertation von Stephan Klump befasst sich mit der Anwendung verschiedener Tracermethoden in der Grundwasserhydrologie. Atmosphärische Edelgase, sowie die atmosphärischen Spurengase FCKW und SF6 finden als Umwelttracer in aquatischen Systemen Verwendung. Der Eintrag dieser Tracer in das Grundwasser geschieht durch den Gasaustausch des Sickerwassers mit der Bodenluft. Der Schwerpunkt der Dissertation liegt darin, diesen Gasaustausch nahe des Grundwasserspiegels unter besonderer Berücksichtigung der Entstehung sog. „Excess Air“ zu untersuchen.
Die Auflösung von Gasblasen, die unterhalb des Grundwasserspiegels eingefangen sind, führt zu Übersättigungen gelöster atmosphärischer Gase im Grundwasser („Excess Air“). Um Tracerkonzentrationen im Grundwasser zuverlässig interpretieren zu können, sind Modelle notwendig, die die Entstehung dieser Luftüberschüsse physikalisch beschreiben. Ziel der Dissertation ist es, vorhandene Modelle zur „Excess Air“ Entstehung an natürlichen Aquiferen zu überprüfen bzw. diese weiterzuentwickeln.

Die Dissertation ist Teil eines Forschungsprojektes, in dem untersucht wird, auf welche Weise Tracerdaten zur Kalibration bzw. Validation von Grundwassermodellen genutzt werden können. Auch in diesem Zusammenhang sind Prozesse in der ungesättigten Zone von grosser Bedeutung, die den Eintrag der Tracer ins Grundwasser kontrollieren. Die Kombination von Tracermethoden und Grundwassermodellen wird an zwei Aquiferen in Grenchen (Kanton Solothurn) und Baltenswil (Kanton Zürich) untersucht.

Das Projekt wird gemeinsam mit dem Institut für Hydromechanik und Wasserwirtschaft, Abt. Grundwasser und Hydromechanik der ETH Zürich und dem Physikalischen Institut, Abt. Klima- und Umweltphysik der Universität Bern durchgeführt.

Die Bearbeitung von tracerhydrologischen Fallstudien ist ein weiterer Schwerpunkt dieser Dissertation.

Feldexperimente zur Entstehung von Excess Air

Zur Untersuchung der Enstehung von Excess Air wurden Beregnungsexperimente in Grüningen (Schweiz) und München (Deutschland) durchgeführt. Im Laufe der Experimente wurden Proben des Sickerwassers bzw. des neugebildeten Grundwassers zur Analyse der gelösten Edelgase entnommen. Erste Ergebnisse der Messungen zeigen gute Übereinstimmung der experimentellen Daten mit simulierten Edelgaskonzentrationen.

Tracerstudie in Bangladesh

In vielen Ländern Süd- und Südostasiens treten natürliche Kontaminationen des Grundwassers mit Arsen auf. Das zur Trinkwasserversorgung genutzte Grundwasser stellt ein ernsthaftes Gesundheitsrisiko für die Bevölkerung dar. Eines der am stärksten betroffenen Länder ist Bangladesh. Grundwasserdatierungen mit Hilfe von Umwelttracern (Edelgase und Tritium) liefern wichtige Informationen über die Dynamik von Aquifersystemen und können einen Beitrag zum Verständnis der Arsenkontaminationen liefern.