Naturligt förekommande (geogena) grundvattenarsenikföroreningar är ett problem av global betydelse, med anmärkningsvärda förekomster i stora delar av de alluviala och deltaiska akvifererna i Syd- och Sydostasien. För att ta itu med detta problem har enorma forskningsinsatser ägnats under de senaste två decennierna för att bättre förstå källorna och distributionen av arsenikförorenat grundvatten. Nu, ett australiensiskt team av forskare från Flinders University, CSIRO och University of Western Australia, tillsammans med sina kollegor vid Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology (Eawag), har använt datormodellering för att integrera mycket av det som har lärts under åren i datorsimuleringar som efterliknar de komplexa interaktionerna mellan grundvattenflöden, transport av lösta ämnen och geokemiska reaktionsmekanismer. Sådana modeller är viktiga för att analysera fältobservationer, att reda ut vilka kemiska och fysikaliska processer som spelar en roll, och att förutsäga beteendet hos arsenik i akviferer - var och när föroreningar kan inträffa i framtiden. Resultaten av deras studie har nu publicerats i senaste numret av Naturgeovetenskap .

Rekonstruera det förflutna för att förutsäga framtida arsenikbeteende

Forskargruppen valde en mycket arsenikförorenad plats nära Hanoi (Vietnam) för att utveckla och testa sin datormodell. I ett första steg använde de de små koncentrationerna av tritium som hade kommit in i grundvattensystemet från atmosfären under atombombprovningens tider, och dess sönderfallsprodukt helium, en ädelgas, att rekonstruera hur snabbt och vart grundvattnet rörde sig under de senaste fem decennierna. När modellsimuleringarna väl kunde matcha koncentrationerna som mättes, ytterligare komplexitet lades till modellen för att simulera hur arsenik mobiliserades och transporterades i holocena akvifären.

Gränssnittet mellan flod och grundvatten fungerar som reaktionshotspot

På studieplatsen, förändringar i grundvattenflödet inträffade under de senaste 50 åren sedan staden Hanoi markant ökade utvinningen av grundvatten för att tillfredsställa dess stadigt ökande vattenbehov; detta visade sig vara den främsta utlösaren för arsenikföroreningar i akvifären. Datormodelleringen gjorde det möjligt för forskarna att lokalisera källan till arsenik ner till flodens lera som regelbundet avsätts i de mer långsamt strömmande zonerna i Red River. Det organiska materialet som fanns i dessa lera drev en biogeokemisk reaktion som ledde till utsläpp av arsenik och dess kilometerlånga transport till akvifären som ligger under byn Van Phuc, en process som fortsätter än i dag. Genom att använda sin utvecklade datormodell i prediktivt läge kunde forskarna illustrera samspelet mellan fyra nyckelfaktorer på utvecklingen och livslängden av arsenikutsläpp vid ytvatten/grundvattengränssnitt, (i) överflöd av reaktivt organiskt material; (ii) förekomsten av järnoxider; iii) Storleken på grundvattenflödet. och (iv) flodslamavsättningshastighet.