Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
Radon als aquatischer Tracer

Radon als aquatischer Tracer

222Rn (Radon) ist ein natürliches radioaktives Edelgasisotop. Aufgrund seiner Eigenschaften (konservatives Verhalten) lässt es sich als aquatischer Tracer zur Untersuchung von advektiven und diffusiven Austauschprozessen in Seen und zwischen Grundwasser und Seen nutzen. Zum einen lässt sich unter geeigneten Schichtungsbedingungen in Seen anhand der Radon-Konzentrationsverteilung in der bodennahen Wassersäule der effektive diffusive Transport durch das Seesediment (eine der wesentlichen Quellen bzw. Senken für den Stoffhaushalt) quantifizieren. Zum anderen kann durch Messen von Radonkonzentrationen im See und im Grundwasser, welches mit dem See hydrologisch verbunden ist, die Stärke der Grundwasseranbindung durch Bilanzierung des Radons abgeschätzt werden. Man nutzt dabei aus, dass typische Radonkonzentrationen im Grundwasser in der Regel um mehrere Grössenordnungen höher sind, als im See. Einströmendes Grundwasser kann deshalb deutliche Radon-Signale im See erzeugen. Grund dafür ist, das Radon in der Bodenmatrix ständig nachproduziert wird, während es im See im Wesentlichen mit seiner Halbwertszeit von 3,8 Tagen zerfällt und mit der Atmosphäre austauscht. Wegen der niedrigen Konzentrationen in Oberfächenwässern ist der Anspruch an die Messungen dort relativ hoch.
Radon wird über seinen α-Zerfall in der Gasphase gemessen. Wasserproben werden aus verschiedenen Tiefen im See oder aus Grundwassermessstellenentnommen, entgast und die Aktivität des Radons in Radonmonitoren (RAD 7) bestimmt. Während Proben aus Brunnen hohe Zählraten mit entsprechend guter Statistik liefern, sind die Konzentrationen im See sehr niedrig, so dass eher grosse Proben entgast und entsprechend lange gezählt werden müssen. Das Bild unten zeigt charakteristische Radonkonzentrationen in der Wassersäule eines Baggersees während der Schichtungsphase im Sommer (T. Kluge et al., 2007). Der Peak in der Konzentration in einem bestimmten Tiefenbereich weist auf einen Zustrom von Radon-reichem Grundwasser und dessen weitgehendes Einschichten in diesem Tiefenbereich hin.
In unserer Gruppe arbeiten wir an der Weiterentwicklung von Entgasungs- und Messmethoden, speziell für niedrige Konzentrationen. Eine Anlage zur Entgasungmit Membrankontaktoren und der Aufkonzentration in Kühlfallen ist in der Entwicklungsphase. Ziel ist der mobile Einsatz der Apparatur zur direkten Messung der Proben im Feld.
Im Versuch F50/51 des physikalischen Fortgeschrittenenpraktikums an der Uni Heidelberg wird obiger Ansatz in einige Aspekten nachvollzogen.

 

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