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Gelöste Gase und Gasisotope in Grundwasser

Probennahmen von gelösten Gasen sind meist nicht ohne Atmosphärenkontamination möglich. Handelt es sich um reduzierende Systeme, kann eine Korrektur des Atmosphärenanteils über den Sauerstoffmesswert vorgenommen werden.

Die Gasgemische im Grundwasser setzen sich aus den so genannten Luftkomponenten

  • Stickstoff (N2)
  • Sauerstoff (O2)
  • Kohlendioxid (CO2)
  • Argon (Ar)
  • Helium (He)
  • und weitere Edelgase

und den Kohlenwasserstoffen 

  • Methan
  • Ethan
  • Propan
  • i- und n-Butan
  • und weitere höhere Kohlenwasserstoffe

zusammen.

Gelöster Stickstoff im Grundwasser kann außer durch den Atmosphäreneintrag noch eine Anreicherung über den Abbau von Stickstoffkomponenten und Organik erfahren. Eine Beurteilung kann über das N2/Ar-Verhältnis und den Isotopengehalt 15N-N2 erfolgen.

Grundwasser mit hohen Kohlendioxid-Gehalten (Säuerlinge) beziehen ihr CO2 meist aus vulkanischen Quellen. Dies kann über die Isotopensignatur (13C-CO2) beurteilt werden.

Neben der Atmosphäre kann der Argon-Gehalt noch durch eine Beimischung von radiogen produziertem Argon (40Arrad) aus dem radioaktiven Zerfall von Kalium-40 (40K) erhöht sein. Hierzu gibt das 40Ar/36Ar-Verhältnis des Thermalwassers Aufschluss.


Abb. 1: Heliumisotopengehalte in verschiedenen Grundwässern.

Helium im Grundwasser stammt außer dem mit dem Niederschlag eingetragenen atmosphärischen Anteil noch aus Ausgasungen des Erdmantels und aus radiogener Produktion im Gestein. Diese Prozesse können anhand der Bestimmung von Heliumisotopengehalten (3He/4He) unterschieden und quantifiziert werden.

 

 


Abb. 2: Isotopengeochemische Charakterisierung von Kohlenwasserstoffen, verändert nach Bernard et al. (1978).

Abb. 3: Isotopengeochemische Charakterisierung von Methan, verändert nach Whiticar et al. (1986).

Für den Ursprung des im Thermalwassersystem gelösten Methans kommen zwei unterschiedliche Bildungsprozesse im Untergrund in Frage: eine thermische Bildung und/oder ein mikrobieller Abbau von organischer Materie unter anaeroben Bedingungen. Eine Unterscheidung der Bildungsprozesse ist durch die Untersuchung des 13C-CH4- und 2H-CH4-Isotopengehaltes des Methans und der höheren Kohlenwasserstoffe möglich.

 

 

 

 

 

 

 

Weiterer Aufschluss kann auch die Kohlenstoff-14-Gehaltsbestimmung von Methan (14C-CH4) geben, die z.B. bei einer Herkunft aus Torf- und Moorsedimenten eine Bestimmung des Bildungsalters erlaubt oder auch bei Deponiegas bestimmte Fragestellungen beantworten lässt.

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Durch die DAkkS nach DIN EN ISO 17025 akkreditiertes Prüflaboratorium
Die Akkreditierung bezieht sich auf die in der Anlage genannten Prüfverfahren

Workshop

Am 19./20.Oktober 2017 veranstaltet die Hydroisotop GmbH einen Workshop zum Thema „Isotope im Grundwasser“.