Umwelttracer im Grundwasser der Nordchinesischen Tiefebene zum Studium von Paläoklima und Grundwassererneuerung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Nordchinesische Tiefebene ist eine sehr dicht besiedelte Region mit intensiver Landwirtschaft und großer wirtschaftlicher Bedeutung für China. Das Grundwasser wird intensiv für Bewässerungszwecke verwendet, was verbreitet zu markanten Absenkungen der Wasserspiegel geführt hat. Die tieferen Grund Wasserleiter enthalten Wasser, das bis zu 35.000 Jahre alt ist und damit ein interessantes Klimaarchiv darstellt. In diesem Projekt wurden Edelgase und andere Spurenstoffe im Grundwasser der Nordchinesischen Tiefebene gemessen, um daraus Grundwasseralter zu bestimmen sowie die Temperaturgeschichte der Region zu rekonstruieren. Die Datierung des jungen Grundwassers im Infiltrationsgebiet zeigte, dass es eine starke Grundwassemeubildung gibt, welche über die Menge des Niederschlags hinausgeht. Dies ist nur durch eine Rezyklierung des zur Bewässerung geförderten Grundwassers zu erklären. Dennoch gehen die Grundwasserspiegel weiter zurück. Hieraus ergeben sich zwei Konsequenzen für die ökonomische Nutzung von Grundwasser in der Nordchinesischen Tiefebene. Erstens sind die derzeit geförderten Mengen an Grundwasser zur Bewässerung, Trinkwasserversorgung und die industrielle Verwendung nicht nachhaltig, da sie über der durch den Niederschlag bestimmten Grundwasserneubildungrate liegen. Zweitens sind die vertikalen Fließgeschwindigkeit des Grundwassers in den ungespannten Aquiferen, angetrieben durch anthropogen verursachte Gradienten sehr hoch, sodass im Falle einer Verunreinigung diese rasch in tiefere Schichten vordringen kann. Die sich daraus ergebenden Risiken für die Wasserversorgung sollten im Rahmen eines nachhaltigen Wassermanagements in Betracht gezogen werden. Die aus den Edelgaskonzentrationen mit Hilfe der Radiokohlenstoffdatierung gewonnene Temperaturzeitreihe zeigt, dass es in dieser Gegend Ostasiens vor rund 30.000 Jahren 4 - 5 °C kälter war als heute. Die Temperatur der kältesten Phase der letzten Eiszeit vor etwa 20.000 Jahren konnte nicht bestimmt werden, da aus dieser in der Region vermutlich sehr trockenen Periode kein Grundwasser gefunden wurde. Die Bestimmung der Temperaturdifferenz zwischen der Eiszeit und der heutigen Warmzeit ist von großer Bedeutung für die Klimaforschung, da Klimamodelle durch Simulation der eiszeitlichen Bedingungen getestet werden können. Die Edelgasmethode liefert zuverlässige absolute Temperaturen, wie sie bisher für Ostasien nicht vorhanden waren. Wichtige Erkenntnisse resultierten aus dem Vergleich der Edelgastemperaturen mit dem bekannten Klimaindikator der stabilen Isotope des Wassers. Die stabilen Isotope eröffnen die Möglichkeit, neben dem Grundwasser diverse andere Klimaarchive zu interpretieren. Solche Archive wie z. B. Tropfsteine, Sedimente oder Eisbohrkerne weisen eine bessere zeitliche Auflösung auf, jedoch stellen die Isotope kein absolutes Thermometer dar. Hier helfen die Ergebnisse dieser Arbeit, indem sie zeigen, dass die stabilen Isotope in der Region des ostasiatischen Monsuns neben der Temperatur auch stark durch die Intensität des Niederschlages, und damit die Stärke des Monsuns, beeinflusst sind. Dadurch ist es möglich, einerseits die Temperatursensitivität der Isotope in dieser Region zu bestimmen, und andererseits den zeitlichen Verlauf der Monsunstärke zu rekonstruieren. Die Ergebnisse sind im Einklang mit anderen Studien, die eine Abnahme des Monsuns über die letzten 10.000 Jahre anzeigen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Aeschbach-Hertig, W., A. M. Kreuzer, C. von Rohden, Z. Chen, 2007. A noble gas record of groundwater recharge, paleoclimate, and mantle degassing in the North China Plain, 17th Goldschmidt conference. Cologne. Geochim. Cosmochim. Acta. 71 (suppl.): A7.
- Kreuzer, A. M., C. von Rohden, W. Aeschbach-Hertig, 2007. Noble gas paleo-temperatures in the North China Plain. Proceedings of the 4th Mini Conference on Noble Gases in the Hydrosphere and in Natural Gas Reservoirs, Potsdam. Abstr. Vol. p.6, DOT: 10.2312/GFZ.mga.036.
- Kreuzer, A. M., C. Zongyu, R. Kipfer, W. Aeschbach-Hertig, 2006. Environmental Tracers in Groundwater of the North China Plain. In: Isotopes in Environmental Studies - Aquatic Forum 2004. IAEA, Vienna, C&S Papers Series 26/P: 136-139
- Kreuzer, A. M., W. Aeschbach-Hertig, C. von Rohden, R. Kipfer, C. Zongyu, 2006. Groundwater recharge and paleoclimate in the North China Plain. DPG-Fruhjahrstagung Heidelberg, E-Verhandl. DPG, UP1.3.
- Kreuzer, A. M., W. Aeschbach-Hertig, C. von Rohden, R. Kipfer, C. Zongyu, I. Hajdas, G. Bonani, 2006. Noble gas temperature record from the North China Plain. EGU General Assembly 2006, Vienna. Geophys. Res, Abstr., 8, EGU06-A-03815.
- Kreuzer, A. M., W. Aeschbach-Hertig, C. von Rohden, R. Kipfer, Z, Chen, G. Bonani, 2006. Groundwater recharge and paleoclimate in the North China Plain. 34th IAH congress, Beijing, China.
- Kreuzer, A. M., W. Aeschbach-Hertig, C. Zongyu. 2004. Environmental Tracers in Groundwater of the North China Plain. International Conference on Isotopes in Environmental Studies - Aquatic Forum 2004. IAEA, Monte-Carlo, Monaco. IAEA-CN- 118/73, p.129.
- Kreuzer, A., 2007. Paläotemperaturstudie mit Edelgasen im Grundwasser der Nordchinesischen Tiefebene. Dissertation, Universität Heidelberg, 146 pp. (Siehe online unter: http://www.ub.uni-heidelberg.de/archiv/7347 )
- Von Rohden, C. L., A. M. Kreuzer, W. Aeschbach-Hertig, Z. Chen, 2006. Dating young groundwater in the North China Plain. 34th IAH congress, Beijing, China.
- Von Rohden, C., A. M. Kreuzer, W. Aeschbach-Hertig, Z. Chen, 2007. Dating young groundwater in the North China Plain. EGU General Assembly 2007, Vienna. Geophys. Res, Abstr., 9, EGU2007-A-02825.
