Welche unterschiedlichen Faktoren beeinflussen den Grundwassertransport?

Grundwassertransport ist die Bewegung von Stoffen, insbesondere Schadstoffen, im Grundwasser. Die Zone des Grundwassers, in der sich Schadstoffe ansammeln, wird als Grundwasserwolke bezeichnet. Federn haben verschiedene Formen, Größen und Transportraten. Zu den verschiedenen Faktoren, die den Grundwassertransport beeinflussen, gehören die Geologie und Hydrologie der Grundwasserleiter sowie die physikalischen, chemischen, biologischen und radiologischen Eigenschaften der Schadstoffe im Grundwasser.

Grundwasserleiter sind unterirdische Gesteins- und Bodenformationen, die mit Wasser gesättigt sind. Das Grundwasser wandert durch die Poren zwischen Boden und Gesteinspartikeln und durch Risse, Spalten und Brüche in hartem Grundgestein. Die Bewegung von Verunreinigungen wird stark von den vorhandenen Gesteinsarten und Böden beeinflusst. Wichtige geologische Faktoren sind die Textur und Größe der Partikel sowie die physikalischen Eigenschaften der Poren und anderer Räume, durch die das Grundwasser fließt.

Durchlässigkeit oder hydraulische Leitfähigkeit ist die Leichtigkeit, mit der sich Grundwasser durch unterirdische Formationen bewegt. Große, locker gepackte Partikel wie Kies und stark gebrochenes Grundgestein sind durchlässiger als Tone, dicht gepackte Schlammpartikel und festes Gestein. Größe, Verteilung und Vernetzung der Freiflächen bestimmen maßgeblich, wie leicht das Grundwasser und die darin enthaltenen Schadstoffe von Ort zu Ort wandern können.

Chemische Eigenschaften spielen auch beim Grundwassertransport eine wichtige Rolle. Einige Verunreinigungen lösen sich in Wasser, andere sind unlöslich. Gelöste Substanzen werden tatsächlich Teil des Grundwassers und können nicht leicht von diesem abgetrennt werden. Unlösliche Substanzen verhalten sich viel unabhängiger. Sie können sehr dicht sein und nicht leicht mitgenommen werden. Sie können sich auch in Poren festsetzen oder an gezackten Partikelkanten hängen bleiben. Die chemische Natur der Schadstoffe sowie die Temperatur und der pH-Wert des Grundwassers bestimmen weitgehend, welche Substanzen im Wasser löslich oder unlöslich sind.

Aufgelöste Verunreinigungen oder gelöste Stoffe werden beim Fließen des Grundwassers mitgeführt. Diesen Transportvorgang nennt man Advektion. Die Schadstoffe bewegen sich grundsätzlich mit der gleichen Durchflussrate und in der gleichen Richtung wie das Grundwasser. Der vorbeugende Grundwassertransport ist am häufigsten bei hochpermeablen Grundwasserleitern mit großen Netzwerken miteinander verbundener Poren oder Räume.

Durch mechanisches Mischen und molekulare Diffusion werden gelöste Stoffe im gesamten Grundwasser verteilt. Mechanische Vermischung tritt als natürliche Folge der Bewegung durch und um Boden- und Gesteinspartikel auf. Molekulare Diffusion ist eine Mischung, die auf molekularer Ebene zwischen einigen Verbindungen und Wasser stattfindet. Die Dispersion verdünnt die Schadstoffkonzentrationen allmählich und erzeugt eine elliptisch geformte Wolke, in der sich die Schadstoffe nahe der Hinterkante der Wolke stark konzentrieren und zur Vorderkante hin verdünnen.

Einige Kontaminanten wie Erdölprodukte lösen sich nicht leicht im Grundwasser. Stattdessen schwimmen sie auf dem Grundwasserspiegel oder sinken je nach Dichte auf den Grund des Grundwasserleiters. Sie können etwas dispergiert werden, aber ihre Federn bewegen sich viel langsamer als die Federn von gelösten Stoffen und Verunreinigungen, die sich leicht im Grundwasser verteilen.

Effekte, die den Grundwassertransport verlangsamen, werden als Verzögerungsfaktoren bezeichnet. Ein Hauptverzögerungsfaktor ist die Adsorption. Dies tritt auf, wenn Verunreinigungen aufgrund elektrostatischer Anziehungskräfte an Boden- oder Gesteinspartikeln haften bleiben. Verbindungen, die sich im Grundwasser nicht leicht lösen oder dispergieren lassen, werden leicht adsorbiert. Andere Verzögerungsfaktoren umfassen die Porenreibung und den Filtereffekt, der auftritt, wenn feste, unlösliche Verunreinigungen aufhören, sich zu bewegen, weil sie sich in den Poren festsetzen oder von zerklüfteten Erd- oder Gesteinspartikeln zerrissen werden.

Schließlich können Kontaminanten physikalische, chemische, biologische oder radiologische Umwandlungen erfahren, die ihre Grundwassertransportraten verändern. Eine Verunreinigung kann beispielsweise die Phasen von einer Flüssigkeit in ein Gas ändern. Chemische Reaktionen zwischen Kontaminanten und natürlichen biologischen und radiologischen Prozessen können auch eine Verbindung in eine andere umwandeln. Die neu erstellten Verbindungen können sich schneller oder langsamer als die vorherigen Verbindungen bewegen.