3.2 Naturlige kilder til salt i grundvand

Alt grundvand i Danmark er fra naturens side lagdelt og best√•r af fersk grundvand ovenp√• salt grundvand med en mellemliggende overgangszone med diffusionslag (se figur 3.2 og 3.4). Dybden til det salte grundvand varierer fra f√• meter langs vore kyster til 2-300 meter centralt under Jylland. For at udrede, hvorvidt vejsaltning udg√łr en trussel for en given grundvandsressource, er det derfor essentielt at kende bidraget fra alle kilderne til grundvandets saltindhold. Hver for sig bidrager kilderne til grundvandets gennemsnitskoncentration, og derfor kan de ogs√• tilsammen for√•rsage problemer, hvis der er tilstr√¶kkelig mange saltkilder, hvor der ikke samtidig sker en for√łget grundvandsdannelse.

Figur 3.2: Skitse som viser ligevægten mellem fersk grundvand over havniveau (h f) og den dybde, hvortil der kan cirkulere fersk grundvand under havniveau (hs). Desuden illustration af marint infiltrationsvand og residualvand samt overgangszone med diffusion.

3.2.1 Inddeling af salt grundvand

Da klorid i grundvandet kan stamme fra andre kilder end vejsalt, er det afg√łrende at kende de forskellige mulige kilder, for at kunne lave en kildeopsporing. Der skelnes i Danmark traditionelt imellemfersk grundvand, salt grundvand og salt, mineralsk grundvand (√ėrum og Christensen, 1936). Gr√¶nsen mellem fersk og salt grundvand s√¶ttes typisk ved 250 mg klorid pr. liter. Det salte grundvand kan underinddeles i de grundvandsforekomster, hvis saltindhold er mindre end eller lig med havvands, og de som har et h√łjere indhold.

Fersk grundvand er opst√•et som f√łlge af Danmarks nedb√łrsoverskud. Klorid i grundvand stammer s√•ledes f√łrst og fremmest fra nedb√łren og den atmosf√¶riske t√łrdeposition, da der f√łres store m√¶ngder salt (som aerosoler) ind fra havet i forbindelse med is√¶r storme. Nedb√łren ved Vestkysten har de h√łjeste gennemsnitlige kloridkoncentrationer, og m√•lte regnvandskoncentrationer svinger mellem 3 og 10 mg klorid pr. liter. Fersk grundvand i Danmark har s√•ledes et baggrundsniveau af klorid, som varierer fra sted til sted og fra √•r til √•r.

Salt grundvand kan underopdeles i ‚ÄĚmarint infiltrationsvand‚ÄĚ og ‚ÄĚ marint residualvand‚ÄĚ. Marint Infiltrationsvand kan findes ved kysterne, hvor havvand direkte kan str√łmme til, og findes udelukkende f√• hundrede meter fra recente kyster (f.eks. Olofsson, 1996). ‚ÄĚMarint residualvand‚ÄĚ er derimod vidt udbredt i Danmark og findes, hvor landh√¶vning eller -indvinding har medf√łrt, at tidligere havbundssedimenter er bragt ind p√• landjorden. S√•danne marine sedimenter har nemlig saltvand i porehulrummene, som langsomt vil vaskes ud oftest pga. lav-permeable lag, som har forhindret grundvandsstr√łmninger i at opferske porevandet.

Salt mineralsk grundvand h√łrer den dybere undergrund til, og er karakteriseret ved et saltindhold, som overstiger recent havvands pga. et tidligere varmere klima p√• dannelsestidspunktet. H√łjere kloridindhold end havvand i f.eks. kalkaflejringer kan skyldes opadrettet diffusion fra dybere aflejringer som f√łlge af kompaktion af disse (Bonnesen m.fl., 2009).

I praksis vil det dog ofte v√¶re sv√¶rt at afg√łre, hvorvidt der er tale om marint residualvand eller mineralsk grundvand ved kloridkoncentrationer under havvand, da store dele af landet har v√¶ret d√¶kket af hav inden for de seneste f√• millioner af √•r. Salt mineralsk grundvand kan dog enkelte steder i landet v√¶re en kilde til forh√łjede kloridkoncentrationer, ogs√• ved overfladen som f√łlge af opsivning langs forkastninger, f.eks. omkring Harte ved Kolding (Dinesen, 1961). Salt mineralsk grundvand og dets interaktion med overliggende ferske grundvand er kun i mindre grad unders√łgt (se dog Bonnesen, 2009; Klitten m.fl., 2006 samt Tesmer m.fl., 2007).

Figur 3.3: Skitsen viser et tv√¶rsnit igennem Jylland‚Äôs undergrund med 3-4 km h√łje salthorststrukturer (efter Vejb√¶k, 2006))

I figur 3.3 ses et tv√¶rsnit igennem Jylland med markante 3-4 km h√łje salthorststrukturer, som betyder, at grundvand dybere end 200-300 m er mineralsk saltvand pga. opl√łsning og diffusion af salt aflejret i Perm for 250 millioner √•r siden.

3.2.2 Dynamikken mellem salt og fersk grundvand

Det er forskellen i v√¶gtfylde mellem ferskvand (ca. 1,00 g/cm3) og saltvand som teoretisk afg√łrer, hvor dybt der kan findes fersk grundvand ovenp√• salt grundvand ved f.eks. kysten. Saltvandets typiske v√¶gtfylde er ca. 1.025 g/cm3 i Nords√łen, 1,02 g/cm3 i Storeb√¶lt og 1,01 g/cm3 i de indre farvande. Forholdet mellem dybden af ferskvand under havniveau og dybden af ferskvand over havniveau i grundvandsmagasinet et givet sted kan udtrykkes ved den s√•kaldte Ghyben-Herzberg formlen under hydrostatiske forhold:

hs = hf / ds - df

hvor hs er dybden af ferskvand under havniveau, hf er dybden af ferskvand over havniveau, ds er densiteten af det salte havvand, og df er densiteten af ferskvand. Se også figur 3.2.

Ved at anvende ovenst√•ende formel, vil man s√•ledes se, at formlen for Nords√łens vand i kontakt med fersk grundvand kan simplificeres til at h s/hf, Nords√łen = 40, mens den for salt vand fra de indre farvande vil v√¶re: hs/hf indre farvand = 100.

Dette viser i teorien, at ferskvand i hydrostatisk ligev√¶gtsforhold med marint infiltrationsvand fra de indre farvande kan skabe et st√łrre volumen af fersk grundvand under havniveau end ferskvand i ligev√¶gtskontakt med marint infiltrationsvand fra Nords√łen. Erfaringen er dog, at forl√łbet er langt mere komplekst end disse simple formler forudsiger. Is√¶r diffusion samt ler- og mergellag i undergrunden har vist sig vigtige ved at forhindre indtr√¶ngning af salt grundvand, mens forkastninger og kraftig oppumpning/-str√łmning af fersk grundvand omvendt fremmer optr√¶ngningen.

Gr√¶nsen mellem ferskvand og underliggende salt grundvand forekommer som en mange meter tyk overgangszone, og ikke som en skarp gr√¶nse, hvor fersk porevand afl√łses af st√¶rkt saltholdigt porevand (se figur 3,2 og 3,4). Dette best√•r af en s√•kaldt diffusionszone og en overgangszone, og kaldes samlet for saltvandsgr√¶nsen. Beliggenheden i undergrunden af denne gr√¶nse styres oftest ikke af det i dag eksisterende ferskvandstryk, dvs. den er ikke kontrolleret af en hydrostatisk ligev√¶gt mellem fersk- og saltvand, men derimod af de oftest heterogene geologiske forhold med f.eks. lav-permeable lag. Gr√¶nsen er aldrig skarp, men en gradvis stigende kloridkoncentration med dybden. Denne gradient m√• formodes at v√¶re betinget delvis af fortynding med nedtr√¶ngende ferskvand, og delvis af opad rettet diffusion af opl√łste salte som klorid m.v.

Figur 3.4: Opdelingen af grundvandszoner på grænsen mellem fersk og saltvand, hvor også porevandets indhold af klorid og stabile iltisotoper (18O/ 16O) er vist, Eksempel fra Skrivekridt ved Karlslunde (DGU Nr. 207.3850.). Fra Larsen m.fl., 2006.

Saltvandsgrænsen er udviklet som en jævn overgang over flere hundrede meters dybde, hvilket er et resultat af en passiv, opadrettet diffusion af residualt salt porevand fra lav-permeable zoner/blokke, og ved advektion hvor der kontinuert sker en opferskning med nedtrængende fersk grundvand (se figur 3.4).

Figur 3.5: Illustration fra √ėstsj√¶lland (modificeret fra Vestegnens Vandsamarbejde 2009a) som viser salt grundvands indtr√¶ngning til en indvindingsboring kan ske som f√łlge af, at filteret er sat i lag med marint residualvand, ved at marint residualvand tr√¶nger ind langs forkastninger som gennembryder ellers impermeable lag), som advektion/diffusion fra underliggende saltholdige lag, eller ved indstr√łmning af marint infiltrationsvand fra havet.

I figur 3.5 er det skematiseret, hvordan indvinding af grundvand kan medf√łre, at salt grundvand enten tr√¶nger op fra den dybere undergrund (marint residualvand) eller, i kystn√¶re omr√•der, at salt grundvand tr√¶nger ind fra havet (marint infiltrationsvand). Dette skyldes, at beliggenheden af saltvandsgr√¶nsen p√•virkes umiddelbart omkring indvindingsboringen, pga. at det ‚ÄĚtr√¶kkes med‚ÄĚ af den √łgede str√łmning af ferskvand eller det lokalt lavere piezometer tryk her (J√łrgensen m.fl., 2008). Denne opdomning af overgangszonen kendes ogs√• under √•er hvor en kraftig opad rettet str√łmning af fersk grundvand medf√łrer, at det underliggende salte grundvand s√• at sige rives med opad af str√łmmen (Mielby & Sandersen, 2005).

Langs vore kyster forventes der ikke en skarp adskillelse mellem marint infiltrationsvand og marint residualvand, da b√•de indtr√¶ngende havvand og h√¶vede marine sedimenter kan v√¶re til stede her. Yderligere vides det, at marint infiltrationsvand sj√¶ldent findes mere end f√• 100 meter fra kysten (Olofsson, 1999), og at indtr√¶ngningshastigheden her er relativ langsom (f.eks. J√łrgensen, 2008). Marint residualvand, som tr√¶nger op nedefra, forventes derfor at v√¶re langt den mest udbredte √•rsag til forh√łjet kloridindhold i fersk grundvand.