Tritium und Krypton-85 als Isotope im Grundwasser

Tritium (3H) ist ein instabiles Isotop des Wasserstoffs mit einem Proton und zwei Neutronen im Kern und hat eine Halbwertszeit von 12,4 Jahren. Auf 1018 normale Wasserstoffatome entfällt 1 Tritium-Atom. Die Gesamtmenge von Tritium auf der Erde beträgt ca. 1,8 kg. Es entsteht in den obersten Schichten der Atmosphäre durch die Höhenstrahlung aus Stickstoffatomen. Die Atombombenversuche der 1960er Jahre brachten einen anthropogenen Tritiumeintrag in die Niederschläge, der etwa 1000fach höher als der natürliche Hintergrund war. Auch heute ist dieser Impuls oft noch messbar. Deshalb eignet sich 3H zur Altersbestimmung von relativ jungen Grundwässern. Der natürliche atmosphärische Tritium-Hintergrund im Niederschlag in Mitteleuropa lag bei etwa 6 TU (1 Tritium Unit = 3,2 pCi bzw. 0,12 Bq 3H pro Liter Wasser bzw. 1 3H pro 1018 H-Atome).

Krypton-85 ist ein instabiles Edelgasisotop und hat eine Halbwertszeit von 10,76 Jahren. Es eignet sich zur Altersbestimmung von relativ jungen Grundwässern. Im Gegensatz zu Tritium hat Krypton-85 seit 1955 durch anthropogenen Eintrag aus kerntechnischen Anlagen eine zunehmend steigende Aktivität in der Atmosphäre. Der natürliche, sehr geringe Hintergrund wird aus Reaktionen von kosmischen Neutronen mit dem stabilen Isotop 84Kr erzeugt. Das Edelgas 85Kr ist besonders gut zur Altersdatierung von Grundwasser geeignet, da es keine chemische Reaktion eingeht und nur minimal an Austausch- und Sorptionsprozessen beteiligt ist.

Bestimmt man beide Isotope des Grundwassers, lässt sich eine Aussage über die Mischung unterschiedlicher Alterskomponenten machen. Die Abbildung zeigt ein Auswertungsbeispiel.

Bestimmung von Tritium und Krypton-85 an einem Grundwassermesspunkt

Die Wasserprobe der Messstelle GW1 hat einen Tritiumgehalt von 3TU und einen Krypton-85 Gehalt von 15 dpm/ml. Aus der Interpretation der beiden Werte ergibt sich ein Anteil von 35% bis 40% junges Wasser mit einer Mittleren Verweilzeit von 14 bis 18 Jahren.