Besøg SCIENCE: Grundvands naturlige kemi

Hvordan dannes grundvand? Og hvilken kemi ville vores drikkevand have, hvis naturen alene skabte det? Meget af grundvandets kemi skabes af naturlige processer. Ved dette arrangement bliver dine elever venner med ’varedeklarationen’ på en helt almindeligt flaske Aqua d’Or kildevand.

Vi regner ud, at der er balance mellem antallet af positive og negative ioner i vand. Vi måler vandets elektriske ledningsevne, og ser, at det afhænger af saltindholdet.

Arrangementet giver en introduktion til grundvand og grundvandets geokemi. Havets salte bæres med vinden ind over land og bæres med infiltrerende nedbør til grundvandet. Derefter styrer to geokemiske reaktioner typisk 70% af grundvands naturlige kemi og stofindhold:

1) Det infiltrerende vand opløser kuldioxid fra respiration i rodzonen og der dannes kulsyre:
CO_2(g) + H₂O <-> H₂CO₃^*                                                           (1)

2) Kulsyren reagerer til ligevægt med kalcit, som det møder i grundvandsmagasinerne:

H₂CO₃^* + CaCO₃ <-> Ca²⁺ + 2HCO₃^–                                         (2)

Det vises, hvordan disse to processer udtrykkes som én kemisk reaktionsligning:

CO_2(g) + H₂O + CaCO₃ <-> Ca²⁺ + 2HCO₃^–                                 (3)

Forholdet på ét mol Ca²⁺ til to mol HCO₃^– er netop dét forhold, vi ser i meget grundvand (se Figur 1 og tilhørende figurtekst).

Undervisningen veksler mellem foredrag, demonstrationsøvelse, egen ’dataindsamling’ i form af øvelser hvor deltagernes egen CO₂-holdige udåndingsluft danner kulsyre i vand og sænker pH.

Karbonatsystemet bruges efterfølgende til beregninger af udåndingsluftens CO₂-koncentration (reaktionsligning 1).

Vi sammenligner derefter med data fra havets pH som er faldende pga. stigende koncentration af CO₂ i atmosfæren.

Vi ser, hvordan CO₂ reagerer med silikatmineraler, som frigiver K og Na til grundvandet, og hvordan denne viden kan fjerne CO₂ fra atmosfæren.

De styrende redox-reaktioner beskrives: ilt, nitrat, sulfat og jern styres af reaktioner med geologisk indlejret pyrit eller organisk stof.

Grundvandsstrømning og transporten af vand og stoffer i grundvandsmagasiner demonstreres for deltagerne i en ’grundvandsrende’, hvor vandet tilsættes farvestoffer.”

Varighed
Det samlede arrangement varer typisk 3 timer. Forløb på mellem 1½ og 4 timer kan arrangeres ved behov, efter aftale. Ligeledes kan det aftales, hvis der ønskes særlig vægt på en f.eks. karbonatsystemet, CO₂’s reaktion med silikatmineraler, eller redox-kemi.