Ruprecht-Karls-Universitšt Heidelberg
Grundwasser und Paläoklima - Methoden

Luftüberschuss ("excess air") im Grundwasser


Die Erfahrung aus vielen Messungen gelöster konservativer Gase (meist Edelgase) im Grundwasser hat gezeigt, dass deren Konzentrationen fast immer über dem erwarteten Lösungsgleichgewicht mit der Atmosphäre liegen. Die Zusammensetzung des Gasüberschusses relativ zum Lösungsgleichgewicht belegt dessen atmosphärischen Ursprung, weshalb sich die Bezeichnung Luftüberschuss (engl. excess air) eingebürgert hat (Heaton und Vogel, 1981). Ursache des Luftüberschusses sind zweifellos kleine Luftblasen, die bei einem Anstieg des Grundwasserspiegels in der so genannten quasi-gesättigten Zone eingeschlossen werden (Faybishenko, 1995).
Ursprünglich wurde angenommen, "excess air" im Grundwasser komme durch vollständige Auflösung dieser eingeschlossenen Luftblasen zustande (Heaton und Vogel, 1981; Andrews et al., 1979) und habe daher exakt dieselbe Zusammensetzung wie Luft. Die genauere Untersuchung von Edelgasdatensätzen, u.a. mittels inverser numerischer Methoden (Ballentine und Hall 1999; Aeschbach-Hertig et al. 1999), hat jedoch gezeigt, dass diese Annahme in vielen Fällen nicht zutrifft. Als Abhilfe sind deshalb komplexere Modelle zur Bildung des Luftüberschusses entwickelt worden (Stute et al. 1995, Aeschbach-Hertig et al. 2000), welche eine Fraktionierung der Zusammensetzung des Luftüberschusses relativ zu Luft beinhalten.
Nach unserer Erfahrung hat sich das Modell der Bildung und Zusammensetzung des Luftüberschusses durch Äquilibrierung zwischen Wasser und eingeschlossenen Blasen im abgeschlossen System sehr gut bewährt (Aeschbach-Hertig et al. 2000). Dieses Modell liefert auch eine theoretische Grundlage für die Interpretation des Luftüberschusses als Indikator für die Umweltbedingungen bei der Infiltration (Aeschbach-Hertig et al. 2002a). Es zeigt, dass der hydrostatische Druck einen dominierenden Einfluss auf die Größe des Luftüberschusses hat. Da der hydrostatische Druck mit Wasserspiegelschwankungen verknüpft ist, kann letztlich ein Zusammenhang zwischen Luftüberschuss und Infiltrations- bzw. Niederschlagsintensität vermutet werden (Aeschbach-Hertig et al. 2002a, Beyerle et al. 2003, Kulongoski et al. 2004). Diese Zusammenhänge wurden im wesentlichen auch durch detaillierte Untersuchungen zum Luftüberschuss unter kontrollierten Bedingungen bestätigt (Holocher et al., 2002, 2003).
Aufgrund der Bedeutung der Luftüberschuss-Korrektur für die 3H-3He und SF6-Methode kombinieren wir heute wenn immer möglich vollständige Edelgasmessungen mit diesen Datierungsmethoden. Sowohl die Infiltrationstemperatur als auch die Luftüberschuss-Komponente können dann mittels der inversen Modellierung zuverlässig bestimmt werden und fliessen korrekt (inkl. allfälliger Fraktionierung) in die Altersberechnung ein.

 

Referenzen

Zurück zur Übersicht der Methoden

 

zum Seitenanfang
Seitenbearbeiter: webmaster