Fra nedbør til grunnvann

Grunnvann er i volum verdens mest brukte råstoff fra undergrunnen og utgjør nesten halvparten av alt drikkevann globalt. Et tynt jordlag over grunnvannet – den umettede sonen – er med på å beskytte grunnvannet mot forurensning.

Modellering av forurensning som infiltrerer i grunnen under snøsmeltingen som her varer 31 dager, linjen nederst viser hvordan grunnvannsspeilet øker i samme periode. Foto: Helen K. French

Grunnvann defineres som området der volumet mellom sand- og jordpartikler (porer) og alle berggrunnssprekker er fylt med vann. Dette kalles også mettet sone og er avgrenset oppad av grunnvannsspeilet. Over er den umettede sonen der porene er fylt med både luft og vann. Grunnvann dannes blant annet ved at nedbør infiltrerer gjennom jorda.

Umettet sone er et fantastisk effektivt rensefilter som beskytter grunnvannet. Her kan nedbrytbare forurensninger brytes helt ned av mikroorganismer som alltid finnes i jorda. For at nedbør skal nå grunnvannet, må det først passere den kritiske jordoverflaten som kan være isbelagt og hindre infiltrasjon, og som har planterøtter som i gjennomsnitt tar opp ca. 50 prosent av årsnedbøren.

I umettet sone kan vanntransporten gå i rykk og napp avhengig av forholdene over bakken. Det er en «kamp» mellom gravitasjonskreftene som drar vannet ned, og kapillærkreftene som drar vannet opp. Kapillærkreftene skyldes kontakten mellom små porer og vannets overflatespenning. Om vinteren kan nedbør akkumuleres som snø, da vil vannet i umettet sone holdes igjen av kapillærkreftene og vannet står stille. Det samme er ofte tilfellet om sommeren når mye av nedbøren tas opp av planter i vekstsesongen. Dette gjør at vann i umettet sone kan ha lang oppholdstid, fra noen uker til titalls år.

Når nedbør infiltrerer, kan det bringe med seg forurensinger fra overflaten. For å opprettholde en god grunnvannskvalitet er det viktig at vi har kontroll på prosessene i umettet sone. I figuren ser vi hva som kan skje i en fem meter dyp umettet jord der vinterens snødekke smelter og infiltrerer. Modellen viser hvordan en forurensning kan transporteres uregelmessig nedover fordi jorda har stor variasjon i vannledningsevne samtidig som grunnvannsspeilet stiger.

Selv om det er luft i porene er det er en myte at det alltid er oksygen i umettet sone. Også her kan nedbrytningsprosessen bli anaerob, noe som vises ved at løst jern og mangan måles i vann fra umettet sone. Løst jern og mangan er typiske indikatorer på lavt oksygeninnhold fordi den oksiderte formen av disse mineralene ikke er vannløselig. Anaerob nedbrytning er mindre effektiv og kan gi mange uheldige nedbrytningsprodukter.

Vannprøvetaking i umettet sone er utfordrende fordi jordvannet må suges ut av jorda gjennom et filter som likner på jorda (for eksempel et keramisk filter). Metoden er arbeidskrevende og over tid tettes ofte filteret med biofilm og utfellinger slik at man ikke lenger får prøvetatt jordvannet.

Kombineres indirekte geofysiske overvåkningsmetoder med målinger av grunnvannsstand og vanninnholdet i jorda, har vi et bedre verktøy for overvåkning av forurensning i umettet sone enn det som vanligvis benyttes i dag.