Ruprecht-Karls-Universitšt Heidelberg
Grundwasser und Paläoklima - Forschung

Grundwasser und Paläoklima - Forschung

 

Grundwässer stellen nicht nur die weltweit wichtigste Wasserressource dar, sondern speichern auch Informationen über das Paläoklima. Umwelttracermethoden liefern wichtige quantitative Grundlagen zur nachhaltigen Bewirtschaftung dieser Ressourcen, und ermöglichen die Rekonstruktion der gespeicherten Klimageschichte. Tracerforschung im Grundwasser berührt daher zwei der grossen aktuellen und zukünftigen Umweltprobleme: Die zunehmende Knappheit von Trinkwasser und die Klimaänderung.

Grundwasser Management

Isotopen- und Umwelttracermethoden zur Grundwasserdatierung (z. B. 3H-3He, 4He, CFCs, SF6, 14C) liefern charakteristische Zeitskalen für die Erneuerung von Grundwasserkörpern und den Transport von (Schad-)stoffen. Wichtige Fragestellungen betreffen das Selbstreinigungspotential verschmutzter Aquifere, das Kontaminationsrisiko von Wasserfassungen, und die nachhaltige Bewirtschaftung von Grundwasservorkommen in ariden Gebieten. Die primäre Information, die sich aus den Tracerdaten ableiten lässt, ist die Aufenthaltszeit des Grundwassers im Untergrund, das sogenannte Wasseralter. Daraus ergeben sich weitere Parameter wie Neubildungsrate, Fliessgeschwindigkeit, Durchlässigkeit, Mischungsverhältnisse, Stoffabbauraten usw. Oft werden Tracerdaten verwendet um solcher Parameter in numerischen Fliess- und Transportmodellen einzugrenzen.

Paläoklima Rekonstruktion

Aus den im Grundwasser gelösten Edelgasen lassen sich  zuverlässige quantitative Paläo-Infiltrationstemperaturen ableiten. Im Gegensatz zu anderen Temperaturproxys wie etwa den stabilen Isotopen, für die das Grundwasser ebenfalls ein geeignetes Archiv ist, muss nicht auf empirische Relationen zurückgegriffen werden. Daher eignen sich Edelgastemperaturen zur Eichung anderer Proxys. Eine Schwierigkeit bei der Berechnung von Edelgastemperaturen stellt das Phänomen des "Luftüberschusses" im Grundwasser dar. Andererseits scheint der Luftüberschuss ebenfalls Information über die Infiltrationsbedingungen zu enthalten. Die für die Bildung des Luftüberschusses relevanten Prozesse und Umweltbedingungen sowie seine Eignung als neues Paläoklimaproxy werden in Zusammenarbeit mit der Bodenphysik erforscht.

In Kooperation mit den entsprechenden Arbeitsgruppen am IUP Heidelberg soll die Anwendbarkeit der Edelgase in anderen Klimaarchiven (Eis, Porenwässer, Höhlensinter) untersucht werden.

Aktuelle Forschungsprojekte

1. Wasserdatierung durch Atom Trap Trace Analysis (ATTA) von 39Ar

 

2. Tiefen-Reservoir-Analyse und Charakterisierung von der Erdoberfläche (TRACE)

 

3. Dynamik reaktiver und inerter Gase in Bodenluft und Grundwasser im Kontext der Nutzung von Edelgasen als Umwelttracer

 

Abgeschlossene Projekte:

1. Grundwasserhydrologie der Odenwaldregion, Deutschland

2. Paläoklimatische Edelgasstudie im Nordchinesischen Tiefland

3. Grundwasserhydrologie von fruchtbargemachten Gebieten südwestlich des Nildeltas in Ägypten

4. Ansteigende Benutzung von Edelgasen als paläoklimatische Indikatoren - Projekt unseres EU Marie-Curie-Fellows Laszlo Palcsu

5. Paläoklimatische Edelgasstudie in Indien

6. Edelgaseinschlüsse in Höhlensintern

7. Alter und Neubildungsraten von Grundwasserreserven in Jordanien

8. Globaler Wandel und das Energiesystem: Beurteilung der Möglichkeiten und deren Auswirkungen - die physikalische Perspektive

9. Bestimmung der Grundwasserneubildungsrate im nordchinesischen Tiefland anhand von Umwelttracern und Grundwassermodellen


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