Ignorer kommandoer på båndet
Gå til hovedindhold
Naviger op
Log på
> Forsiden > Om GEUS > Fakta om GEUS > Årsberetninger > Årsberetning 1997

Jagten på rent vand

Specialartikler. Vandets kredsløb, kvalitet og alder. Grundvandets underjordiske strømning. Hvordan påvirker vi grundvandet? Landbrug, industri og husholdning.
Fra Årsberetning 1997

Klaus Hinsby khi@geus.dk

Hjemtag (download) pdf-fil:
(1008 Kb) 33-43.pdf

PDF-filer (Portable Document Format)
kan læses med Acrobat Reader.
Acrobat Reader er gratis
og kan hjemtages fra Adobes websted

Grundvand dannes af vand, der fordamper fra jordklodens overflade og senere falder som nedbør over landområderne for til sidst at ende i havet. Vandet indgår i et uendeligt kredsløb, hvor opholdstiderne i de enkelte led af kredsløbet er meget forskellige; fra få minutter til millioner af år. Det er tankevækkende, at et enkelt vandmolekyle kan opholde sig i vidt forskellige medier gennem tiden, bl.a. biologiske; f. eks. i en dinosaur, en hval, en plante eller i et menneske. Foto af nedbør

Betydelige dele af grundvandet belastes i dag af menneskets aktiviteter i en sådan grad, at det ikke længere kan anvendes som drikkevand uden en kostbar og omhyggelig rensning. Derfor vælger man normalt at lukke de forurenede indvindingsboringer og eftersøge nyt uforurenet grundvand. Af eksempler kan nævnes Københavns Vandforsyning, der i de senere år har lukket ca. 80 ud af omkring 750 vandforsyningsboringer primært på grund af forurening med pesticider og organiske opløsningsmidler, og Esbjerg Vandforsyning, der i øjeblikket eftersøger nye uforurenede vandressourcer svarende til omtrent 80 % af deres forbrug. Esbjergs eksisterende vandforsyning er delvist ødelagt af organiske opløsningsmidler, der menes at stamme fra bombningen af en flyveplads under anden verdenskrig.

GEUS arbejder nationalt og internationalt med at kortlægge grundvandsressourcerne og med at udvikle og forbedre redskaber til bæredygtig forvaltning af ferskvandsressourcen. Det gøres bl. andet ved opstilling af integrerede hydrologiske og geologiske modeller for grundvand og overfladevand, inklusive mere specielle tilfælde som gletcherafsmeltning på Grønland og lignende. GEUS har for egne midler eksempelvis netop afsluttet en 345 m dyb boring på Rømø. Boringen er udført i et delvist EU financieret forskningsprojekt vedrørende forvaltning af kystnært grundvand.

I det følgende gives en kort beskrivelse af hvordan og hvornår vi begyndte at påvirke grundvandet, hvilke processer og stoffer vi kan registrere i det, og hvor vi normalt finder "det rene gamle vand". Yderligere opfordres der til, at vi i nær fremtid tager stilling til, hvordan vi ønsker at forvalte vores dybtliggende grundvandsressourcer.

Vandets kredsløb, kvalitet og alder
Grundvand dannes af vand, der først og fremmest fordamper fra havet og senere falder som nedbør over landområderne. Her siver nedbøren stille og roligt ned gennem jordens umættede zone til grundvandet, hvor det fortsætter rejsen tilbage til havet gennem jorden og vandløbene (fig.1). Uforurenet nedbør er groft set en fortyndet udgave af havvand, idet vanddampene i atmosfæren fortættes omkring små havsaltpartikler og falder som regn; men nedbør som er upåvirket af mennesket forekommer ikke længere på jorden.

Utilstrækkelige mængder af rent ferskvand er et globalt problem, der har stor international opmærksomhed (FN 1997), og forureningen af grundvandet er stigende over hele verden (Falkenmark og Wärneryd, 1998). Grundvandets kvalitet er gennem de sidste 50 år i stigende grad blevet påvirket af menneskets aktiviteter. Den stigende belastning af grundvandet og det omgivende miljø er nøje knyttet til den kraftige befolknings- og forbrugsvækst og dertil knyttede produktionsformer og affaldsmængder. I takt med forureningen af atmosfæren, nedbøren og de øvre jordlag forurenes en større og større del af grundvandsressourcen. Konsekvensen heraf er, at rent drikkevand forudses at blive et af det 21. århundredes store globale problemer (Henriksen og Madsen, 1997), der potentielt kan resultere i krig (Baumann, 1998).

En stor del af grundvandet i dybere dele af grundvandsmagasinerne er ældre end 50 år; det vil sige at vandet, som har dannet grundvandet, er faldet som nedbør for mere end 50 år siden. I dette "gamle" vand kan vi normalt ikke registrere menneskelig påvirkning eller forurening. Generelt vil man registrere ungt forurenet vand i toppen af grundvandsmagasinerne, men under et bestemt dybdeniveau findes gammelt "jomfrueligt" vand (Hinsby et al., 1998a og b). I fig. 2, der er baseret på en tysk undersøgelse, er dette forhold illustreret ved beliggenheden af grænsen mellem tritiumholdigt og tritiumfrit grundvand. Tritium findes ikke i grundvand, der er ældre end 50-100 år. Der forekommer en naturlig baggrundsværdi for tritium i nedbør, men tritiumindholdet blev forhøjet op mod 1000 gange i begyndelsen af 60-erne umiddelbart efter en række atomforsøg i atmosfæren. Den radioaktive tritiumisotop har en halveringstid på 12.4 år, og da baggrundsværdien er relativt, lille henfalder tritiumisotopen indenfor 50-100 år til et ikke målbart niveau.

Grundvand kan dog være meget ældre end 100 år. Eksempelvis udnyttes grundvand, som er dannet i slutningen af sidste istid, og som har opholdt sig i grundvandsmagasiner i omkring 20.000 år, mange steder i verden, blandt andet i England, Frankrig, USA og Estland. Dette grundvand indvindes normalt fra flere hundrede meters dybde. Fig. 3 viser et geologisk profil fra en klassisk undersøgelse i "East Midlands Triassic sandstone" magasinet i England (Edmunds et al., 1982) med påvisning af forskellige vandtyper og -aldre (bemærk! pleistocæn viser istidsvand). Grundvand der er mellem 100 og 45.000 år gammelt dateres ved hjælp af C 14 -metoden, eventuelt med støtte fra stabile ilt-isotoper o.a., der kan angive faldende temperatur ved overgangen til sidste istid.
I forskning vedrørende anvendelsen af stabile isotoper i det hydrologiske kredsløb udførte den danske geofysiker Willi Dansgaard et stort pionerarbejde (f.eks. Dansgaard, 1954), der har resulteret i omfattende globale forsknings- og moniteringsprogrammer. Disse programmer har stor betydning for etablering af en bæredygtig forvaltning af ferskvandsressourcerne.

Grundvandets underjordiske strømning
For bedre at forstå, hvordan grænsen mellem ungt forurenet grundvand og gammelt rent grundvand (fig. 2 og 3) dannes, kan grundvandets strømning i grundvandsmagasinerne med fordel beskrives ved hjælp af "stempelstrømningsmodellen". Ved stempelstrømning bevæger de opløste stoffer sig med grundvandet langs strømningslinier uden mærkbar spredning af stoffet i grundvandet. Det medfører at gammelt grundvand dybt i grundvandsmagasinerne, inklusive stoffer, der er opløst heri, langsomt fortrænges af ungt grundvand ofte med opløste forureninger. Det gamle og det unge grundvand vil med tiden strømme ud til recipienterne (vandløb, søer og havet), fig. 1. Det skal bemærkes, at der kun tales om vand, der deltager i vandets naturlige kredsløb.

"Stempelmodellen" bruges ofte til at beskrive strømning og stoftransport i sandede grundvandsmagasiner, der er den fremherskende magasintype i Danmark. Andre strømningsmodeller eksisterer f.eks. for opsprækkede bjergarter og karstområder. I sidstnævnte tilfælde vil grundvandet ofte være blandinger af grundvand med flere forskellige aldre, idet sprækker med forskellige typer grundvand kan løbe sammen og blandes i en større sprække (fig. 4a og b). Blandingen af forskellige vandtyper med forskellige aldre kan opstå ved sådanne naturlige processer, men kan også fremkomme under prøvetagning i sandmagasiner, hvis boringernes udbygning ikke forhindrer "kortslutning" mellem forskellige grundvandsmagasiner, der fra naturens hånd er adskilt af lerlag. Sådanne blandinger og kortslutninger kan afsløres ved analyse af forskellige sporstoffer, og mængdeforholdene mellem de enkelte vandtyper vil i mange tilfælde kunne fastlægges ved hjælp af sporstofferne.

Hvordan påvirker vi grundvandet ?
Skønt menneskets påvirkning af atmosfærens og nedbørens sammensætning har været markant stigende i de sidste par hundrede år, hvilket man kan måle i is- og søbundskerner, så kan disse påvirkninger generelt ikke spores i grundvandet så lang tid tilbage. Målbare globale ændringer i grundvandskemien forårsaget af menneskelige aktiviteter forekommer først i de seneste ca. 50 år, illustreret f.eks ved den blotte tilstedeværelse eller det forhøjede indhold af tritium (H3),krypton (Kr85) og freon (CFC-gasser) i grundvandet.

De "menneskeskabte" sporstoffer anvendes derfor til at definere "ungt grundvand" dvs. grundvand, der er yngre end 50 år (Plummer et al., 1993). Sporstoffer som tritium kaldes hændelsesmarkører. De markerer hændelser som f.eks. de omtalte atomprøvesprængninger i atmosfæren i begyndelsen af 60-erne. Prøvesprængningerne forårsagede en meget markant top i atmosfærens og dermed nedbørens indhold af en række radioaktive isotoper i 1963.

Stoffer som krypton og CFC-gasser kaldes miljøsporstoffer. Det er stoffer som vedvarende udledes til miljøet og kun langsomt nedbrydes, således at de transporteres rundt og kan genfindes i de forskellige dele af vandets kredsløb. Krypton-85 koncentrationen i atmosfæren er langsomt stigende på grund af stadige udslip fra klodens atomkraftværker. CFC-gasserne, der siden 1920erne har været anvendt som køle- og opblæsningsmiddel i industrien, slipper ligeledes ud til atmosfæren.Disse gasser nedbrydes kun langsomt og medvirker samtidig til nedbrydning af ozonlaget. En del af krypton og CFC gasserne i atmosfæren opløses i nedbøren og siver ned gennem jordlagenes umættede zone (fig. 1) til grundvandet.

Ved at sammenholde målinger af gasserne i grundvandet med koncentrationsmålinger i atmosfæren gennem tiden er det muligt, et hvilket som helst sted på jorden at bestemme hvornår nedbøren faldt og begyndte sin vandring mod grundvandet og dermed gøre det muligt at foretage en aldersbestemmelse af vandet.

Som supplement til ovenfor nævnte sporstoffer er det ofte muligt lokalt at anvende andre sporstoffer til påvisning af ungt, forurenet grundvand. Det er især kemikalier som anvendes i landbrug og industri, der forurener grundvandet; men affald fra almindelige husholdninger kan også forurene, f.eks. lækager på olie- og septiktanke eller nedsivning fra deponeret husholdningsaffald. Forureninger forekommer naturligvis ikke overalt, men afhænger af produktionsmetoder og befolkningstæthed. Forureninger fra landbrug er "fladebelastninger" da de forekommer regionalt, mens forureninger fra lossepladser og industrilækager stammer fra "punktkilder". Mange steder kan man måle forureninger i grundvandet, selv langt fra den oprindelige punktkilde, som et tydeligt "fingeraftryk" af menneskelig aktivitet, og som en indikation på ungt vand og uheldig omgang med kemikalier.

Det er ikke alle målelige menneskelige påvirkninger af grundvandet, der er skadelige eller uheldige for miljøet, men en stor del af de nævnte stoffer er enten sundhedsskadelige for mennesker og dyr eller med uheldig effekt på naturlige balancer i miljøet. Man kan inddele stofferne i kategorier, der er defineret af deres effekt på miljøet. Tager vi landbruget som eksempel, så kan stofferne herfra inddeles i tre kategorier:
1) Stoffer uden toksiske effekter på planter, dyr og mennesker og generelt uden negative påvirkninger af miljøet , f.eks. klorid.
2) Stoffer med ingen eller relativt ringe toksisk effekt, men med mulighed for negativ påvirkning af miljøet gennem forstyrrelse af den naturlige balance, f.eks. nitrat, der kan medføre algeopblomstring, iltsvind og fiskedød.
3) Stoffer med betydelig toksisk effekt på planter, dyr og mennesker f.eks. pesticider, der produceres og anvendes netop på grund af deres skadelige virkninger på planter og dyr.

Landbrug
Blandt de mest alvorlige og sundhedsskadelige forureninger fra landbruget hører pesticiderne. Pesticider udgør en meget stor gruppe af giftstoffer som anvendes til en lang række mere eller mindre specifikke formål indenfor landbrug, gartneri, havebrug o.l., og de kan spores i grundvand dannet indenfor de sidste 50 år. En hel del pesticider er blevet forbudt gennem årene på grund af deres giftighed overfor mennesker og dyr. Et eksempel er DBCP, der stadig registreres i mange grundvandsmagasiner i U.S.A. trods det faktum at DBCP ikke er blevet anvendt siden 1979. Det illustrerer forsinkelseseffekten. Hvis stoffet nemlig ikke nedbrydes relativt hurtigt, eller kun nedbrydes under sjældent forekommende geokemiske forhold i grundvandsmagasinerne, så vil disse stoffer kunne registreres i grundvandet i årtier eller måske århundreder. Det medfører også at de stoffer, som udgør det største forureningsproblem for vores drikkevand i øjeblikket, og muligvis i de næste årtier, teoretisk set kan være stoffer, der ikke har været anvendt de sidste 20 år eller mere. Omvendt vil svært nedbrydelige stoffer, der evt. først er taget i brug for nylig, for alvor kunne dukke op i danske vandforsyningsboringer om 20-30 år. Den nye CFC- teknik til aldersbestemmelse af ungt grundvand (Hinsby et al., 1997, Hinsby et al., in prep.), som i øjeblikket integreres i Vandmiljøplanens overvågningsprogram, forventes at kunne give værdifulde oplysninger om pesticidernes spredning i grundvandet.

Industri
En af de mest almindelige og alvorlige industriforureninger af grundvandet stammer fra opløsningsmidlet TCE (trichlorethylen). Kun en lille del af et TCE-spild kan opløses i vand og transporteres med grundvandet gennem grundvandsmagasinerne. TCE er i lighed med olie kun svagt opløseligt i vand, men er modsat olie tungere end vand. Tunge ikke blandbare væsker som disse tilhører en stofgruppe, der samlet benævnes DNAPL-s (Dense Non Aqueous Phase Liquids). Stoffernes egenskaber er meget uheldige ved spild eller lækage, idet de hurtigt kan sprede sig horisontalt over store områder, og/eller synke dybt ned i grundvandsmagasinerne. Samtidig kan de trænge ind i de mindste sprækker i bjergarterne(Hinsby et al.1996), hvor de i praksis er umulige at fjerne igen. Her kan forureningen så ligge i århundreder og langsomt men sikkert forurene meget store mængder grundvand.

TCE-forureninger er et eksempel på, at selv om grundvand er forurenet, er det ikke nødvendigvis sikkert, at grundvandet er dannet indenfor de sidste halvtreds år. TCE-forureningen på eller ved jordoverfladen kan således være trængt gennem sprækker og kanaler i de øvre jordlag ned til grundvand i underliggende magasiner (fig. 5), hvor grundvandet kan være dannet for mange hundrede år siden. Derved er det muligt at true store mængder gammelt, uforurenet grundvand.

Husholdning
Historisk set er der ingen tvivl om at virus og bakterier er ansvarlige for langt de største forurenings- og sundhedsproblemer, der har været forbundet med brugen af overfladevand og overfladenært grundvand. Koleraepidemier er velkendte eksempler fra de forrige århundreder. Årsagen til disse forureninger er primært dårlig adskillelse af spildevand og drikkevand. Alvorlig forurening fra husholdninger er i dag sjældne. Lækager fra septiktanke o.l. med udslip af sygdomsfremkaldende virus og bakterier, eksempelvis Salmonella, medfører dog lejlighedsvis stadig alvorlige grundvandsforureninger selv i den vestlige verden. Det anslås således at knapt 1 million amerikanere hvert år bliver syge af drikkevand med for højt indhold af virus og bakterier. Ca. 900 af disse sygdomstilfælde har dødelig udgang. Grundvandsforureninger fra husholdning og landbrug vurderes at være ansvarlig for ca. halvdelen af sygdomstilfældene (Yates and Yates, 1993). De amerikanske tal er, ligesom tal fra resten af den vestlige verden, intet at regne mod tilsvarende tal fra udviklingslandene.

Det er omtalt, hvordan jordens voksende befolkning i stigende grad påvirker kvaliteten af grundvandet. Behovet for bedre beskyttelse og udnyttelse af grundvandsressourcen er åbenlys. Det er nødvendigt at kontrollere og styre udviklingen af det unge grundvands kvalitet, således at det i fremtiden kan anvendes som drikkevand. De dybtliggende velbeskyttede grundvandsressourcer udgør et alternativ til det unge forurenede vand, men ressourcerne er begrænsede, og det bør overvejes hvorvidt dele af dem skal reserveres til eventuelle nødsituationer. I hvilket omfang vi kan og bør udnytte dybtliggende gammelt grundvand må undersøges nøjere. Det kan være af stor betydning at have velbeskyttede reserver af gammelt uforurenet grundvand i tilfælde af længere varende tørke, alvorlige forureningsulykker (f. eks. på atomkraftværker) eller biologisk, kemisk, atomar krig eller terror (Hansen, 1998). Vandforsyningskonflikter opfattes af nogle højtstående militærfolk som værende blandt de potentielt farligste konflikter i det næste århundrede (Baumann, 1998).

Danmark har stærke traditioner og stor viden på miljø- og grundvandsområdet. Denne viden, som vil være til stor gavn ved den fremtidige forvaltning af den nationale grundvandsressource, kan også anvendes i rådgivnings og samarbejdsprojekter i Østeuropa og den tredie verden til gavn for det regionale og globale miljø.

Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse bidrager gennem deltagelse i nationale og internationale forsknings- og rådgivningsprojekter til at forbedre redskaberne til fordeling af klodens ferskvandsressourcer. Den videnopbygning der foregår gennem etableringen af den Nationale Vandressource Model, driften af Vandmiljøplanens overvågningsprogram og udviklingen af nye metoder til aldersbestemmelse af grundvand vil få stor betydning for den fremtidige administration af grundvandsressourcen.

Referencer:
Figur 2 efter Seiler & Lindner, 1995
Figur 3 efter Edmunds et al., 1996
Figur 4a efter Freeze & Cherry, 1979
Figur 4b efter White, 1993
Figur 5 modificeret efter Mackay and Smith, 1993
Baumann, T. 1998: Krig om vand ? Udenrigs 1 - 1998, 69-76.
Dansgaard, W. 1954: The O18-abundance in fresh water. Geochimica et Cosmochimica Acta, 6, 241-260.
Edmunds, W.M., Barker, J.A., Buckley, D.K., Darling, W.G., Milne, C.J. and Smedley, P.L.. 1996: Coastal aquifers of the UK: palaeowaters, natural controls and human influences. In: Edmunds, W.M. (ed.): Background and description of study areas. Background report for the EU project "PALAEAUX" - Management of coastal aquifers in Europe - Palaeowaters, natural controls and human influence, EU Fourth Frame-work Programme (Climatology and Natural Hazards), ENV4-CT95-0156 British Geological Survey.
Edmunds, W.M., Bath, A.H. & Miles, D.L. 1982: Hydrochemical evolution of the East Midlands Triassic sandstone aquifer, England. Geochimica et Cosmochimica Acta 46, 2069-2081.
Falkenmark, M. & Wärneryd, O. 1998: Preface to the Report from the international workshop "How to cope with degrading groundwater quality in Europe" . In: Hilding-Rydevik, T. & Johansson, I. (eds.): FRN-Report 98:4 Swedish Council for Planning and Coordination of Research.
FN 1997. Comprehensive assessment of the freshwater resources of the world. Report of the Secretary-General. Economic and Social Council Commission on sustainable development, fifth session, 7-25 April.
Freeze, R.A. & Cherry, J.A. 1979: Groundwater. New Jersey: Prentice-Hall, Englewood Cliffs 604 pp.
Hansen, J.S.1998: Øget Risiko for biologisk terror. Univers, Berlingske Tidende 4. Sektion, 21-4-98, 4-5.
Henriksen, H.J. & Madsen, B. 1997: Ferskvand ! Det 21. århundredes hovedproblem ? (also available in english: "Freshwater! the 21st century-s most serious resource problem ? "). Geologi - Nyt fra GEUS, 2/97.
Hinsby, K., Thomsen, A., Laier, T., Engesgaard, P., Larsen, F., Jensen, K.H., Busenberg, E. & Plummer, L.N. in prep: Transport and degradation of CFC-gases in a sandy aquifer with pyrite controlled nitrate reduction, Rabis Creek, Denmark.
Hinsby, K, Loosli, H.H. & Edmunds, W.M. 1998: Palaeo/modern water interface. In: Edmunds, W.M. (ed.):
Second annual report from the EU research project "PALAEAUX" - Management of coastal aquifers in Europe - palaeowaters, natural controls and human influence. British Geological Survey.
Hinsby, K., Larsen, F., Nielsen, O.J., & Laier, T. 1998: Grundvandets alder. Naturens Verden 2/98, 72-80.
Hinsby, K., Laier, T., & Dahlgaard, J. 1997: Datering af grundvand - ved hjælp af CFC. Geologisk Nyt 2/97, 6-9.
Hinsby, K., McKay, L.M., Jørgensen, P.R., Lenczewski, M., & Gerba C. 1996: Fracture aperture measurements and migration of solutes, viruses and immiscible creosote in a column of clay-rich till. Ground Water 34, 1065-1075.
Mackay, D.M. & Smith, L.A. 1993: Organic Contaminants. In: Alley, W.M. (ed.): Regional Ground-Water Quality 323-343. New York: Van Nostrand Reinhold.
Plummer, L.N., Michel, R.L., Thurman, E.M. & Glynn, P.D 1993: Environmental tracers for age dating young ground water. In: Alley, W.M. (ed.): Regional Ground-Water Quality, 255-294. New York: Van Nostrand Reinhold.
Poulsen, E.M. & Rasmussen, J.D. 1996: Vand skal der til - Esbjerg Vandforsyning 1896-1996. Esbjerg Byhistoriske Arkiv, skriftrække B nr.18,143pp. Esbjerg.
Seiler, K.-P. & Lindner, W. 1995: Near-surface and deep groundwaters. Journal of Hydrology 165, 33-44.White, W.B. 1993: Analysis of Karst Aquifers. In: Alley, W.M. (ed.): Regional Ground-Water Quality 471-489. New York: Van Nostrand Reinhold.
Yates, M.V. & Yates, S.R. 1993: Pathogens. In: Alley, W.M. (ed.): Regional Ground-Water Quality, 383-404. New York: Van Nostrand Reinhold.

 

 

 Genveje

 
Jagten på rent vand