TU intern Juli 1999

TU intern - Juli 1999 - Wissenschaft

Wassersuche mit Magneten

Grundwasservorkommen können aus den verschiedensten Gründen von Interesse sein. Aus ihnen wird vielerorts der Trinkwasserbedarf gedeckt, an anderen Stellen, zum Beispiel bei der Errichtung von Gebäuden oder im Braunkohletagebau, kann das Vorkommen von Grundwasser störend sein. Gefahr kann vom Grundwasser dann ausgehen, wenn sich Kontaminationen damit unterirdisch verbreiten.

Mit der Untersuchung von Präsenz und Änderung des Grundwassers beschäftigen sich die Hydrogeophysiker. Vertreter dieser Fachrichtung aus zehn Ländern trafen sich kürzlich an der TU Berlin, um über Möglichkeiten und Potentiale einer neuen Methode zu diskutieren, die erstmals einen direkten Nachweis des Grundwassers von der Erdoberfläche aus verspricht und in Zukunft aufwendige Bohrungen oder Tunnelbauten überflüssig machen könnte.

Nicht nur im Braunkohletagebau sind Kenntnisse über Grundwasser wichtig

Das neue Verfahren, die Surface Nuclear Magnetic Resonance (SNMR), ist die Variante einer Methode, die vielen als Kernspinresonanztomographie aus der Medizin bekannt sein dürfte. Das Funktionsprinzip ist in beiden Fällen das gleiche. Es beruht darauf, daß die Protonen im Atomkern des Wasserstoffs, der ein Bestandteil der Wassermoleküle ist, ein klein wenig magnetisch sind und sie deshalb in einem Magnetfeld ausgerichtet werden können. Die Wasserstoffprotonen des Grundwassers sind im allgemeinen in Richtung des Erdmagnetfeldes orientiert. Werden sie durch ein Störfeld, welches an der Erdoberfläche erzeugt wird, aus ihrer Gleichgewichtslage gekippt, beginnen sie sich zu drehen. Wie ein Kreisel torkeln sie um ihre Achse und strahlen dabei nun selbst ein magnetisches Wechselfeld mit einer bestimmten Frequenz ab. Dieses wird in dem Maße schwächer, in dem die Torkelbewegung der Protonen abnimmt. Das Magnetfeld, das von den Protonen ausgeht, kann an der Erdoberfläche gemessen werden. Je mehr Wasserstoffkerne beteiligt sind, desto stärker wird das gemessene Magnetfeld. Auf diese Weise gibt das oberirdisch gemessene Magnetfeld Auskunft über die Präsenz und Menge des unterirdischen Wasservorkommens. Der Zeitraum, über den das Magnetfeld gemessen werden kann, liefert zusätzlich Informationen über die Größe der Poren, in denen das Wasser eingelagert ist. Diese ist entscheidend dafür, ob das Grundwasser gefördert werden kann.

An der TU Berlin beschäftigen sich Prof. Dr. Ugur Yaramanci vom Fachgebiet Angewandte Geophysik und seine Mitarbeiter mit der Entwicklung der SNMR. Um die Zusammenhänge zwischen Magnetfeld und Grundwasservorkommen quantitativ auswerten zu können, führten sie Untersuchungen zu Grundwasservorkommen bei Nauen und Haldensleben, beides hydrogeologisch gut bekannte Teststandorte, durch und verglichen ihre Ergebnisse mit anderen Methoden. Sie konnten zeigen, daß die SNMR eine wichtige Hilfe zur Untersuchung von Grundwasser und Sedimentbeschaffenheit ist. Zwar befinde sich die Methode noch in der experimentellen Phase, so Professor Yaramanci, aber man könne davon ausgehen, daß die SNMR ein wichtiges Instrument zur Grundwasserexploration werden wird.

urs