In waterwinputten komt water van uiteenlopende leeftijden samen. Waterbedrijf Vitens en onderzoeksinstituut TNO ontwikkelden een methode om de ouderdom van het opgepompte water uiteen te rafelen.
Ons drinkwater bestaat uit een mix van water van verschillende leeftijden. Diep onder de Veluwe bevindt zich grondwater met een ouderdom tot maar liefst 20.000 jaar. Bij Hoenderloo wordt dit door waterbedrijf Vitens opgepompt. Ook in Noord-Brabant is in de diepere aardlagen oeroud water aanwezig. “Als waterbedrijf hebben we de ervaring dat ouder water in het algemeen het schoonst is,” vertelt Martin de Jonge, waterdeskundige bij Vitens. “Op dat oude water zijn we dan ook erg zuinig.”
Doordat grondwater traag stroomt (enkele meters per jaar), kan het enkele decennia duren voordat regenwater een waterwinput bereikt.
VitensMaar in waterwinputten wordt water van verschillende diepte tegelijkertijd naar boven gepompt. Een put steekt soms enkele honderden meters diep en het water wordt aangezogen met filters van wel 30 tot 40 meter lang. Grondwater uit diepere aardlagen is in de regel ook ouder.
Omdat luchtvervuiling pas iets is van de laatste twee eeuwen, hangt de leeftijd van het water direct samen met de kwaliteit ervan. Met een nieuwe analysemethode, die Vitens samen met TNO ontwikkelde, kan de ouderdom van het jonge ‘bestanddeel’ van het watermengsel nu heel nauwkeurig worden bepaald.
Gassen in grondwater
De nieuwe methode om het grondwater te dateren maakt gebruik van een combinatie van isotopen van tritium en de edelgassen helium, krypton en argon. Isotopen zijn atomen met hetzelfde aantal protonen, maar met een verschillend aantal neutronen. Hierdoor verschilt de massa. Isotopen zijn niet altijd stabiel en vervallen van nature in de loop van de tijd. Van dit principe wordt bij het dateren gebruik gemaakt. De gassen zijn aanwezig in de atmosfeer en zijn via regenval in het grondwater terecht gekomen.
Test met de waterstofbom ‘Ivy Mike’ in de VS in 1952.
Wikimedia CommonsWaterstofbom
Saillant detail is dat tritium van nature helemaal niet op aarde voorkomt, maar door de mens zelf in de atmosfeer is gebracht ten tijde van de experimenten met waterstofbommen, in de jaren ’50 van de vorige eeuw. Net als krypton en argon is het (overigens onschadelijke) tritium met regenwater in de bodem gesijpeld en uiteindelijk in het grondwater terechtgekomen.
Door de korte halfwaardetijd – de periode waarin de helft van de tritiumatomen verandert in helium – is de ouderdom nauwkeurig te meten. Dit snelle verval (van tien jaar) heeft ook een keerzijde. De Jonge: “In de zestig jaar vanaf het ontstaan is de hoeveelheid tritium dus zes maal gehalveerd, tot ca. 1,5 procent van de oorspronkelijke concentratie. Hierdoor is tritium nu soms moeilijk meetbaar, en dat neemt de komende jaren nog verder af”.
Tritium, met als chemisch symbool T of 3H, heeft twee neutronen meer in de kern dan waterstof (protium in de afbeelding) en één meer dan deuterium (2H). Het vervalt op natuurlijke wijze tot helium.
Wikimedia CommonsNauwkeurig dateren
“Het gebruik van tritium om grondwater te dateren is niet nieuw,” licht De Jonge toe. “Wat wél nieuw is, is dat we nu de verhouding tussen tritium en het vervalproduct helium meten. Dit geeft een grote nauwkeurigheid van plus of min twee jaar, van grondwater dat niet veel ouder is dan een halve eeuw. En dat is nu precies de periode van intensieve bodem- en luchtvervuiling. Van het water uit deze periode willen we als waterbedrijf juist alles weten, om onze waterproductie in de toekomst veilig te stellen.”
Datering van grondwater met behulp van isotopen maakt het mogelijk om de ouderdom van zeer oud water te bepalen. Met een combinatie van tritium/helium en krypton is nu ook zeer nauwkeurige datering van jong grondwater (tot zestig jaar oud) mogelijk geworden en kan bovendien de verhouding tussen het aandeel jong en oud water worden bepaald.
TNO14C voor het oudste water
Voor de periode vóór 1950 maakt Vitens gebruik van krypton, dat ook een korte halfwaardetijd heeft (net als tritium tien jaar). Argon vervalt langzamer en is daardoor geschikt voor dateringen tot duizend jaar geleden. De veel gebruikte C14-methode (koolstofdatering) wordt toegepast voor de ouderdomsbepaling van het alleroudste water, dat tussen 5000 en 20.000 jaar geleden als regenwater in de bodem is geïnfiltreerd. Om de C14-methode te gebruiken moet er wel koolstof in het monster aanwezig zijn.
Omslag na 1900
De verontreiniging van het grondwater waar waterbedrijven tegenwoordig last van hebben zijn van na 1900. Vóór die tijd was het grondwater gewoon schoon. De piek van de vervuiling van het grondwater in de twintigste eeuw lag na de Tweede Wereldoorlog, toen allerlei chemische verbindingen in het milieu terecht kwamen.
De verontreiniging van nitraten door vermesting vanuit de landbouw begon al eerder, zo’n eeuw geleden, maar nam sterk toe in de 70/80-er jaren. Daar kwamen toen ook de bestrijdingsmiddelen bij.
De Jonge: “Wat gewasbescherming betreft zijn de middelen nu wel sneller afbreekbaar, maar zien we een continue opeenvolging van nieuwe chemische verbindingen langskomen.”
Voorspellen met hydrologische modellen
Omdat grondwater heel traag stroomt, duurt het vaak enkele decennia of nog langer voordat een verontreiniging een waterwinput bereikt. Voor Vitens is het belangrijk om de grondwaterkwaliteit tot twintig jaar na nu te kunnen inschatten en het bedrijf maakt hiervoor gebruik van hydrologische modellen.
Door een gasmonster uit grondwater te analyseren met behulp van meerdere isotopen wordt duidelijk welke mix van leeftijden aanwezig is.
TNOMaar, zoals ieder wetenschappelijk model, hebben ook stromingsmodellen van grondwater zo hun beperkingen. De isotopenanalyse van het grondwater dient daarom als een controle op de (ouderdoms-)gegevens die de modellen leveren.