Hversu gamalt er vatnið sem ég drekk úr krananum heima hjá mér?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hversu gamalt er vatnið sem ég drekk úr krananum heima hjá mér?
Allt vatn sem við drekkum er „upphaflega“ regnvatn. Megnið af regnvatninu hefur gufað upp úr sjónum á suðlægari breiddargráðum, borist inn yfir landið með lægðum, þést og fallið til jarðar. Þaðan streymir það aftur til sjávar eftir ýmsum leiðum og hin eilífa hringrás lokast.

Hve gamalt vatnið er í kalda krananum heima hjá þér fer eftir því hvar þú átt heima en örugglega er það yngra en 8-10 ára, og sennilega miklu yngra. Sums staðar eru vatnsból yfirborðsvatn og þá gæti vatnið verið sólarhrings gamalt; annars staðar kemur vatnið úr borholum sem tengjast djúpum og langt að komnum grunnvatnsstraumi – þá getur það verið miklu eldra. Um þetta er vöngum velt í eftirfarandi.

Hugsum okkur að maður fari upp í Bláfjöll og safni regnvatni á flösku í einn sólarhring og setji tappa í. Eftir eitt ár gæti hann sagt að vatnið í flöskunni væri eins árs. Regnið sem féll sama sólarhring á vatnasvæði Gvendarbrunna, milli Rauðhóla og Bláfjalla, sígur niður í hraunið og sameinast þar grunnvatnsstraumi sem flæðir í átt til sjávar. Sá straumur er samsafn úrkomu sem fallið hefur á ýmsum tímum og mismunandi stöðum innan vatnasvæðisins og jafnvel ennþá lengra í burtu. Borholurnar við Gvendarbrunna fanga hluta af straumnum – en hversu gamalt er vatnið?

Páll Theodórsson mældi lekt hrauna nærri Straumsvík með því að dæla geislavirku sporefni (joð-131 -- ¹³¹I) niður í borholu og taka síðan sýni úr nokkrum borholum í um 75 m fjarlægð. Streymið reyndist vera um 20 m/dag eða 7,5 km/ár.^[1] Fjarlægðin frá Kóngsfjalli til Gvendarbrunna er um 10 km, þannig að samkvæmt þessu gæti elsti hluti vatnsins (regn sem féll 10 km frá Gvendarbrunnum) verið hálfs annars árs gamalt.^[2] Að auki sýna þrívetnismælingar (sjá neðar) að allt kalt vatn á Íslandi er yngra en 10 ára.

Svo vill til að ekki er allt vatn eins, þannig að hægt er að vissu marki að tímasetja það eða rekja uppruna þess. Slík einkenni eru meðal annars uppleyst efni í vatninu en þó miklu fremur samsætugerð vatnsins sjálfs. Vatn, H₂O, er samsett úr vetni (H) og súrefni (O) og af hvoru frumefni eru í náttúrunni þrjár samsætur, súrefni með atómþunga 16, 17 og 18 og vetni með atómþunga 1, 2 og 3 (Tafla 1). Í þessu spjalli koma allar samsæturnar við sögu utan ¹⁷O.

Tafla 1. Samsætur súrefnis og vetnis

Súrefni-16 (O-16)	16O	99,756%
Súrefni-17 (O-17)	17O	0,039%
Súrefni-18 (O-18)	18O	0,205%
Vetni (einvetni, prótíum)	1H	99,985%
Tvívetni (deuterium)	2H eða D	0,015%
Þrívetni (tritíum)	3H eða T	T1/2=12,26 ár

Þrívetni (³H) er geislavirkt, með helmingunartíma 12,26 ár. Samsætan myndast í háloftunum fyrir áhrif geimgeisla á atómkjarna efna í andrúmsloftinu. Það var bandaríski vísindamaðurinn Libby sem skömmu eftir seinna stríð uppgötvaði geislakol (C-14) og í framhaldi af því þrívetni. Geislavirkt kolefni (¹⁴C, geislakol) hefur verið notað síðan 1949 til aldursgreininga í jarðfræði og fornleifafræði. Á sama hátt mátti nota þrívetni til að aldursgreina vatn: Regnvatn með tiltekinn styrk þrívetnis-geislunar seytlar niður í jörðina og einangrast frá raka andrúmsloftsins; eftir rúm 12 ár hefur geislunin minnkað um helming, eftir 24 ár er hún fjórðungur hinnar upphaflegu geislunar og svo framvegis. Náttúrlegur styrkur þrívetnis-geislunar í regnvatni er einkum bundinn hnattstöðu, þannig að fræðilega séð mátti meta út frá deyfingu geislunar þess hve lengi vatnið hafði verið neðanjarðar. En ekki hafði Libby fyrr sýnt fram á þennan möguleika en aðferðin var eyðilögð þegar styrkur þrívetnis í andrúmsloftinu meira en hundraðfaldaðist árið 1952 en þá sprengdu Bandaríkjamenn sína fyrstu vetnissprengju. Næstu 10 árin létti ekki tilraunum stórvelda á þessu sviði. Hins vegar varð árið 1952 eins konar viðmiðunarpunktur í aldursgreiningu vatns: Vatnið er annað hvort eldra eða yngra en 1952. Í öllum sýnum af köldu vatni sem tekin voru 1960-‘62 var há geislun, allt að 3000 þrívetniseiningar (Þ.E.), en í sýnum af jarðhitavatni sem tekin voru úr ýmsum borholum 1967 og ’68 var geislunin „ómenguð,“ 2-3 Þ.E. Samkvæmt því var jarðhitavatnið eldra en 16 ára en kalda vatnið yngra en 8-10 ára.^[3]

Tvívetnishlutfallið breytist með öðrum hætti. Í meðal-sjóvatni (SMOW) er hlutfallið milli O-18 og O-16: ¹⁸O/¹⁶O = 1/500 og milli tvívetnis og einvetnis, D/H = 1/6410. Þetta þykja óþægilegar tölur að fást við þannig að skilgreint er frávik frá SMOW-staðli, δ¹⁸O‰ framborið delta O-18 og δ²H ‰ eða δD‰ framborið delta D, tvívetnisfrávik, en ‰ merkir að frávikið frá staðlinum sé í þúsundustu pörtum, prómille:

δ¹⁸O ‰ = {R_sýni/R_SMOW – 1)*1000

þar sem R_sýni merkir hlutfallið ¹⁸O/¹⁶O í sýni og R_SMOW sama hlutfall í sjó. Fyrir vetnishlutföllin gildir sama formúla, þar sem R_sýni er ²H/¹H í sýni.

δD ‰ = δ²H ‰ = {R_sýni/R_SMOW – 1)*1000

Myndin hér að neðan (2. mynd) sýnir áhrif uppgufunar og úrkomu á þessi hlutföll. Í sjónum er frávikið δ = 0, loftrakinn (gufan) fyrir ofan er „léttari“ (negatíft frávik), því léttari samsæturnar gufa hraðar upp en hinar þyngri og loftrakinn léttist enn eftir því sem meira rignir úr honum yfir landinu.

„Létting“ úrkomunnar sést vel á 3. mynd þar sem tvívetnisfrávikið (δ²H) er um –50‰ við ströndina en –94‰ við vesturbrún Hofsjökuls. Á landinu öllu mældust lægstu gildi í úrkomu –106‰ á Bárðarbungu og í Kverkfjöllum. Þessar niðurstöður eru úr rómaðri rannsókn Braga Árnasonar sem hófst fyrir um 50 árum. Bragi mældi tvívetnisfrávikið (δ²H) í úrkomu, lindum og jarðhitavatni um land allt með það fyrir augum að rekja upprunastaði hinna ýmsu grunnvatnskerfa í landinu. Niðurstöðurnar birti hann í bók árið 1976.^[4]

Í bókinni er kafli um aldur grunnvatns á Íslandi. Þar segir frá því að á tveimur stöðum á NA-landi, á Húsavík og á Hafralæk 18 km þar fyrir sunnan, mældist jarðhitavatn miklu léttara en annars staðar á landinu, δD = —130‰ og —142‰. Gaddjöklar geyma úrkomu liðinna árþúsunda ómengaða, þar á meðal samsætuhlutföll súrefnis og vetnis og styrk gróðurhúsalofttegunda. Í borkjörnum frá Grænlandsjökli kemur fram að δD úrkomu á ísöld (eldri en 10.000 ára) var 50‰ til 100‰ „léttari “ en nú. Samkvæmt því er jarðhitavatnið á Húsavík og Hafralæk eina vatnið á Íslandi sem fallið hefur sem úrkoma fyrir 10.000 árum eða fyrr.

Eðli máls samkvæmt duga tvívetnismælingar til þess að rekja upprunastað vatns en ekki til beinna aldursgreininga. Sé upprunasvæðið hins vegar þekkt (út frá tvívetnismælingum) og vatnsleiðni bergsins skynsamlega metin má slá á aldur vatns í lindum eða borholum. Dæmi um slíkt eru í bók Braga fyrir þrjú jarðhitasvæði á höfuðborgarsvæðinu: Elliðaár: 600 ár; Laugarnes: 1000 ár; Mosfellssveit: 50 ár.

Í stuttu máli: Drykkjarvatn á Íslandi er yngra en 8-10 ára en aldur jarðhitavatns kannski 25 til 10.000 ára.

Tilvísanir:

1. ^ Páll Theodórsson 1969. The tracing of groundwater movement at Straumsvík. Research Report of the Science Institute of the U. of Iceland.
2. ^ Í grein um grunnvatn í bókinni Vatns er þörf eftir Sigurjón Rist (Menningarsjóður 1990) segir Freysteinn Sigurðsson raunar að í vel eða sæmilega lekum jarðlögum muni rennslishraði grunnvatns vera frá 0,1 til 10 metrar á dag.
3. ^ Páll Theódórsson 1968. Þrívetni í jöklum og grunnvatni á Íslandi. Jökull 18: 350-358.
4. ^ Bragi Árnason 1976: Groundwater systems in Iceland traced by deuterium. Vísindafélag Íslendinga, Reykjavík 1976.

Myndir:

• SiOWfa13: Science in Our World: Certainty and Controversy. (Sótt 17. 2. 2014).
• GNS Science. (Sótt 17. 2 2014).
• Bragi Árnason 1968. Tvívetni í grunnvatni og jöklum á íslandi. Jökull18: 337-349.
  ...