3.10 Kemiske data (grundvands- og sedimentkemi)

3.10.1 Generel beskrivelse

Kemiske data indg√•r som regel i geologiske modeller som st√łttedata. De kan ikke bruges direkte til fasts√¶ttelse af geologiske laggr√¶nser, men de kemiske data kan give indikationer p√• udbredelsen og m√¶gtigheden af d√¶klagene, tilstedev√¶relsen af huller i d√¶klaget og p√• grundvandsgennemstr√łmningen.

Erfaringen fra den hidtil udf√łrte detailkortl√¶gning viser, at der er et stort potentiale i at udnytte grundvands- og sedimentkemiske data i opstillingen af geologiske modeller. Grundvands- og sedimentkemiske data har dog hidtil v√¶ret meget usystematisk anvendt. I det f√łlgende vil der ikke blive angivet en pr√¶cis procedure for, hvordan kemiske data skal bruges ved opstilling af geologiske modeller, da denne ikke er udviklet endnu. Der vil i stedet blive lagt v√¶gt p√• eksempler, der viser hvordan kemiske data hidtil succesfuldt er blevet anvendt i opstillingen af geologiske modeller.

3.10.2 Data

I de dybereliggende grundvandsmagasiner er det prim√¶rt lokale sedimentkemiske forhold og grundvandets str√łmningsforhold, der er betydende for grundvandets sammens√¶tning.

Grundvandskemiske og sedimentkemiske data gennemg√•r en kvalitetssikring af b√•de pr√łvetager, laboratorie og af rekvirent (milj√łcenter, kommune, vandv√¶rk) inden de stilles til r√•dighed for udtr√¶k fra Jupiter-databasen. Dog vil der altid kunne v√¶re fejl i databasen, som m√•ske f√łrst kan opdages, n√•r dataene tolkes f.eks. i forbindelse med opstilling af geologiske modeller.

3.10.3 Anvendelse i den geologiske model

Lerdæklagets udbredelse og nitratfrontens beliggenhed

Jordlagenes evne til at fjerne nitrat afh√¶nger af indholdet af reducerende stoffer som pyrit, jern og organisk stof. I gennemiltede lag, som findes t√¶t ved jordoverfladen, findes der ikke l√¶ngere reducerende stoffer som kan fjerne nitrat. Gr√¶nsen mellem √łvre, nitratholdige jordlag og dybere reducerede, nitratfrie jordlag kaldes nitratfronten. Nitratfronten bev√¶ger sig langsomt nedad efterh√•nden som de reducerende stoffer, der kan fjerne nitrat, opbruges i jordlagene. Beliggenheden af nitratfronten er afh√¶ngig af lerd√¶klagstykkelsen, heterogeniteten i de overfalden√¶re lag, indholdet af nitratreducerende stoffer samt nitratbelastningen.

Et af form√•lene med anvendelse af grundvands- og sedimentkemiske data i forbindelse med opstilling af geologiske modeller er at identificere og verificere lerlagsgr√¶nser og variationer i lerlagets udbredelse i de √łverste jordlag. Foruds√¶tningen for at kunne bruge kemiske data i den sammenh√¶ng er, at der eksisterer en omvendt sammenh√¶ng mellem nedtr√¶ngningsdybden af nitrat i grundvandet og tykkelsen af beskyttende lerd√¶klag. Hvis denne omvendte sammenh√¶ng eksisterer gives mulighed for identifikation af f.eks. huller i lerd√¶klaget, dvs. steder hvor dette ikke er sammenh√¶ngende, og hvor der i stedet for er permeable sandede omr√•der ved jordoverfladen og hydraulisk kontakt nedadtil. Anvendelse af de kemiske data kan derfor v√¶re et vigtigt element i udpegningen af omr√•der, hvor grundvandet er s√•rbart over for nitrat.

2-D koncentrationsprofil for nitrat

P√• Figur 30 er vist et 2-D nitratkoncentrationsprofil og den geologiske lagserie i boringerne langs et ca. 15 km langt profil ved et vandv√¶rksopland ved R√łdekro /1/. Nedtr√¶ngningen af nitrat i grundvandsmagasinet er sammenfaldende med steder med begr√¶nset lerd√¶kke. Udbredelsen af nitrat i grundvandets dybere dele er samtidig sandsynligvis ogs√• p√•virket af indvindingen i omr√•det, som forcerer oms√¶tningen af pyrit og tr√¶kker nitratholdigt vand ned i grundvandsmagasinet /2/ .

Figur 30

Figur 30: Illustration af nitratm√•linger fra boringer med flere indtag. Vandv√¶rksopland ved R√łdekro (eksemplet stammer fra /1/).

Redoxforholdene

Ved tolkning af profilsnit kan vandtyperne inds√¶ttes p√• boringerne i den dybde som vandanalysen stammer fra. Derved kan kemiske oplysninger sammenstilles med lerlagstykkelser i de √łvre jordlag. Stoffer der er specielt f√łlsomme overfor redoxforholdene er f.eks. nitrat, nitrit, ilt og sulfat.

Vandtyper jf. Milj√łstyrelsens zoneringsvejledning /3/ ses i Tabel 6.

Tabel 6: Vandtyper.

Tabel 6

P√• samme vis kan oplysninger om sedimenternes farveskift ud fra br√łndborebeskrivelser inds√¶ttes p√• boringerne i profilsnit og dermed bidrage til tolkningen af lertykkelsen og beskyttelsesgraden af grundvandsmagasninet f.eks. nitrats√•rbarheden. Sedimenternes farve og farveskift med dybden afspejler beliggenheden af redox-fronter. Jordlag med ‚ÄĚr√łde‚ÄĚ, ‚ÄĚgulbrune‚ÄĚ, ‚ÄĚolivenbrune‚ÄĚ og lignende farver henf√łres til den oxiderende zone. Jordlag med ‚ÄĚgr√•‚ÄĚ, ‚ÄĚgr√•brune‚ÄĚ, ‚ÄĚolivengr√•‚ÄĚ, ‚ÄĚsorte‚ÄĚ eller lignende farver tolkes som tilh√łrende den reducerende zone.

Ionbytningsgraden

Ionbytning i grundvandet kan bruges aktivt i modelopstillingen, og udbredelsen af disse kan v√¶re vigtige parametre at anvende ved opstilling af en efterf√łlgende grundvandsmodel. Ionbytningsgraden beregnes som forholdet mellem antal √¶kvivalenter af natrium og klorid (Na/Cl). Parameteren beskriver ionbytning mellem Ca/Mg og Na.

En ionbytning t√¶t p√• 1 indikerer, at der er ligev√¶gt mellem grundvandets og sedimentets indhold af salt. En h√łj ionbytning indikerer, at grundvandet er blevet mere ferskt med tiden, idet natriumioner, der blev bundet til sedimentet under de mere salte forhold, frigives til grundvandet, n√•r natriumkoncentrationen falder i det gradvis mere ferske porevand. I dette tilf√¶lde bindes Ca/Mg fra grundvandet til sedimentet, mens Na frigives. Denne vandtype tr√¶ffes is√¶r i dybe magasiner, i s√•vel sandede aflejringer som kalkmagasiner.

Omvendt ionbytning finder steder, når saltvand fortrænger ferskvand. Da bindes natrium fra

grundvandet til sedimentet, mens Ca/Mg frigives. Denne vandtype forbindes ofte med kystnære områder hvor havvand trækkes ind i ferskvandsmagasiner, når oppumpningen er for stor.

Forvitringsgraden

Forvitringsgraden beregnes som summen af Ca og Mg divideret med hydrogencarbonat (m√•lt i ladnings√¶kvivalenter) /3/. Forvitringsgraden belyser i princippet, i hvilket omfang andre syrer end kulsyre er neutraliseret ved opl√łsning af kalk. Forvitringsgraden p√•virkes af mange processer, herunder pyritoxidation, hvor der dannes svovlsyre. Tilsvarende vil tilf√łrsel af kalksalpeter i landbruget (calciumnitrat) √łge forvitringsgraden. Ligeledes kan atmosf√¶risk deposition af kv√¶lstof, i form af ammoniak fra landbrugsaktiviteter eller svovlsyre fra forbr√¶ndningsprocesser, medvirke til en h√łj forvitringsgrad af jordlagene.

En lav forvitringsgrad (<=1) kan skyldes sulfatreduktion, hvor organisk stof omdannes til hydrogencarbonat. En lav forvitringsgrad kan ogs√• skyldes ionbytning, hvor grundvandets indhold af calcium-ioner falder, da de adsorberes til sedimentet og hermed bytter plads med natrium-ioner. En h√łj forvitringsgrad (>1,2) kan v√¶re en indikation p√•, at grundvandsmagasinet er s√•rbart enten p√• grund af en stor nitratudvaskning, eller en d√•rlig beskyttelse i form af manglende lerd√¶klag. En h√łj forvitringsgrad kan ogs√• indikere en kraftig indvinding, der betinger forceret oms√¶tning af pyrit under kraftig syredannelse.

Kalkmætningen

Kalkmætningen eller mætningsindexet angiver grundvandets mætningstilstand i forhold til kalk i sedimentet. Er kalkmætningen positiv er grundvandet overmættet i forhold til kalk i sedimentet.

Eksempel på anvendelse af kemiske data

Ved at kombinere grundvands- og sedimentkemiske data (grundvandskemi, sedimentkemi, farvebeskrivelser, kalkindhold fra SESAM unders√łgelserne), med geologiske og geofysiske oplysninger kan dataene supplere hinanden i tolkningen af laggr√¶nserne /5/. Et eksempel p√• en s√•dan sammentolkning kan ses i Figur 31, hvor et ca. 4 km langt geokemisk og geologisk profilsnit gennemsk√¶rer en begravet dal syd for √Örhus. De kemiske data er her brugt til at verificere den geologiske model for omr√•det, og lerlaget er tolket som usammenh√¶ngende, da nitratfronten optr√¶der under et lerlag. Dvs. at der er s√łgt at sammenstille b√•de de kemiske og de geologiske informationer.

Figur 31

Figur 31: √ėverst geologisk profilsnit gennem en begravet dal syd for √Örhus. Nederst vand- og geokemisk profilsnit gennem samme begravede dal. Eksemplet stammer fra /5/.

3.10.4 Usikkerheder

Grundvands- og sedimentkemiske data er sj√¶ldent j√¶vnt fordelt i et omr√•de hverken i tid eller rum. Der er typisk en forholdsvis lille t√¶thed af de grundvandskemiske data, da der sj√¶ldent er udtaget vandpr√łver fra alle boringer i et omr√•de.

Med hensyn til farvebeskrivelserne fra boringer, har disse data ofte samme t√¶thed som de geologiske data, som stammer fra boringsoplysninger. Kvaliteten af farvebeskrivelserne kan v√¶re svingende. Dette kan skyldes, at form√•let med boringerne og beskrivelserne har v√¶ret forskellig fra boring til boring og det faktum, at farvebestemmelserne er subjektive. Ofte ses det p√• farvebeskrivelserne, at oprindeligt reducerede pr√łver er iltede inden pr√łverne beskrives af GEUS. Derfor er det vigtigt, at till√¶gge br√łndborerens (og boretilsynet ved unders√łgelsesboringer) st√łrre v√¶gt end f.eks. GEUS farvebeskrivelser, som kan v√¶re foretaget flere √•r efter, at pr√łven er udtaget. Det er vigtigt at v√¶re opm√¶rksom p√•, at nitratfrontens beliggenhed kan have √¶ndret sig siden boringerne blev udf√łrt. Dette kan v√¶re tilf√¶ldet ved kraftig indvinding med store s√¶nkninger p√• grundvandsspejlet, som kan resultere i dannelse af en s√¶nkningstragt p√• nitratfronten p√• grund af √łget oms√¶tning af pyrit /2/.

3.10.5 Referenceliste

/1/ S√łnderjyllands Amt. 2005: Kortl√¶gningsrapport. Grundvandskemiske forhold. Udf√łrt af NIRAS.

/2/ Bay, H., Tyge, P., Rasmussen, L. & Nicolaisen, J., 2004: Forceret oms√¶tning af reduktionskapacitet for nitrat i n√¶rzonen til kildepladser. ATV m√łde. Vinterm√łde om Jord- og Grundvandsforurening, Vingstedcentret 9. ‚Äď 10. marts 2004.

/3/ Vejledning fra Milj√łstyrelsen. 2000: Zonering Detailkortl√¶gning af arealer til beskyttelse af grundvandsressourcen. Nr. 3. ISBN 87-7944-133-5.

/4/ √Örhus Amt. 2006: Redeg√łrelser for grundvandsressourcerne i √Örhus Syd-omr√•det. Udf√łrt af: Signe Weng Gr√łnh√łj, Birgitte Hansen, Ole Dyrs√ł Jensen, Birthe Eg Jordt, Stine Rasmussen og Richard Thomsen, 285 pp.

/5/ Hansen, B & Thorling, L. 2008: Geochemistry and groundwater vulnerability mapping in Denmark. Review of survey activities 2007 Geological Survey of Denmark and Greenland Bulletin 15 pp 45-48. ISBN 978-87-7871-213-4.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *