Geoscience Reference
In-Depth Information
3
3.9.2.2.3.1 Radiokohlenstoff-Methode
Die Altersbestimmung von Grundwasser, das
viele Jahrhunderte bis mehrere zehntausend Jah-
re alt ist, gelingt mit dem kosmogenen
Radio -
kohlenstoff (
14
C)
, der in den im Grundwasser ge-
lösten anorganischen Kohlenstoff-Verbindungen
(HCO
3
-
und CO
2
; engl.: DIC - Dissolved Inor-
ganic Carbon) enthalten ist. Dazu ist die Messung
der spezifischen
14
C-Aktivität notwendig, die in
der Einheit pMC (percent Modern Carbon) an-
gegeben wird. Atmosphärisches CO
2
hat nach der
Definition in guter Näherung 100 pMC.
Die spezifische
14
C-Anfangsaktivität
a
ini
einer
kohlenstoffhaltigen Probe nimmt während der
Alterung durch radioaktiven Zerfall exponentiell
(Halb wertszeit von
T
1/2
serleiter gegeben hat. Dies trifft für viele Ressour-
cen gespannten Grundwassers zu, für die Ab-
standsgeschwindigkeiten, Neubildungsraten und
andere Parameter des Wasserhaushalts direkt aus
den unkorrigierten
14
C-Altern berechnet werden
können. Die Filtergeschwindigkeit erhält man
durch Multiplikation der Abstandsgeschwindig-
keit mit dem Porenanteil.
Bei der Beantwortung paläohydrologischer
und mancher wissenschaftlicher Fragestellungen
sind tatsächliche Wasseralter nach einer Reser-
voir-Korrektur aus den
14
C-Altern zu berechnen.
Sie wird - oft sehr ungenau - empirisch oder
durch hydrochemische Modellierung ermittelt.
Die Isotopenzusammensetzung des Kohlenstoffs
aus
12
C und
13
C im gemessenen DIC erlaubt zu-
dem, Grundwässer genetisch zu unterscheiden
und sekundäre hydrochemische Umsetzungen zu
erkennen.
Ungeachtet der oben beschriebenen Faktoren,
wird die Isotopenzusammensetzung von Wasser-
proben hauptsächlich als Mischung altersmäßig
und oft auch genetisch unterschiedlicher Grund-
wässer bestimmt. Die Auswirkungen sekundärer
hydrochemischer und anderer physikalischer
Prozesse auf „süße“ Grundwässer (wie z.B. Isoto-
penaustausch, hydrochemische Umsetzungen,
Produktion von Radionukliden im Grundwasser-
leiter) sind hingegen im allgemeinen weniger be-
deutsam, als viele Lehrbücher, die
14
C-Methode
abwertend, zu vermitteln versuchen.
=
5 730 Jahre) auf die
spezifische Aktivität
a
Pr
ab. Das Alter
t
A
(a) er-
rechnet sich aus:
T
1
2
2
a
a
ini
Pr
Gl. 68
t
ln
A
ln
t
A
=
berechnetes Alter der Probe (a),
T
½
=
Halbwertszeit (a),
= initiale spezifische
14
C-Aktivität von
DIC (pMC),
a
ini
= spezifische
14
C-Aktivität von DIC der
Probe (pMC).
a
Pr
Radiokohlenstoff gelangt bei der Einstellung des
Kalk-Koh len säu re-Gleich gewichts während der
Neubildung über das Kohlenstoffdioxid des Bo-
dens ins Grundwasser. Das folgt aus nachstehen-
der Reaktionsgleichung:
3.9.2.2.3.2 Tritium-Methode
Die Tritium-Werte von Grundwässern werden
gewöhnlich in Tritium-Einheiten TU (Tritium
Unit) angegeben. Eine Tritium-Einheit ent-
spricht einem Tritium-Atom auf 10
18
Wasser-
stoff-Atome. Mit Kernwaffenversuchen und
durch die Atomwirtschaft erfolgte eine globale
Markierung der Hydrosphäre mit Tritium
(Halbwertszeit 12,43 Jahre). Sie erreichte
1963/1964 mit fast 2 000 TU im Niederschlag ihr
Maximum, das danach bis heute auf etwa 10 TU
zurückging (Abb. 56). Der
3
H-Wert von Grund-
wässern, die nach 1963/64 neu gebildet wurden,
erlaubt die Bestimmung der mittleren Verweil-
zeit oder Durchlaufzeit im Untergrund bis zu
mehreren Jahrzehnten. Dazu sind geeignete hy-
drogeologische Modelle entwickelt worden
(Y
URTSEVER
, 2000). Nachdem die Tritium-Werte
CO
2
+ H
2
O + CaCO
3
o
Ca(HCO
3
)
2
Stöchiometrisch hängt der
14
C-Anfangswert
a
ini
von DIC von der Karbonat-Härte ab, tatsächlich
aber auch von vielen bodenchemischen und geo-
hydraulischen Parametern des Einzugsgebiets.
Die Beteiligung von fossilem, also
14
C-freiem Bo-
denkalk an dem hydrochemischen Prozess der
Grundwasserneubildung erklärt, warum nach Gl.
68 berechnete
14
C-Wasseralter um bis zu einigen
Jahrtausenden größer sind als die tatsächlichen.
Die Differenz zwischen beiden (auch Reservoir-
Korrektur genannt) ist für Grundwässer gleichen
Ursprungs konstant, sofern es keine sekundären
hydrochemischen Umsetzungen im Grundwas-
