| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Principper for beregning af nitratreduktion i jordlagene under rodzonen

4. Udbredelse af nitratholdigt vand under forskellige geologiske forhold

Når det nitratholdige vand forlader rodzonen vil dets videre skæbne i høj grad være bestemt af de geologiske, hydrauliske og geokemiske forhold der er til stede i de underliggende jordlag.

Hidtidige undersøgelser af kvartære sedimenter i Danmark har vist en sammenhæng mellem udbredelsen af geokemiske zoner og forekomsten af nitratholdigt vand. Således forekommer nitrat typisk i iltede jordlag med gule, gulbrune, brune og gråbrune farver mens jordlag med grå, brungrå og sorte farver normalt ikke indeholder nitrat. Overgangen fra iltede (aerobe) jordlag til reducerede (anerobe) jordlag er beskrevet som redoxgrænsen, redoxfronten, nitratfronten og iltningsfronten.

I størstedelen af Danmark er den iltede zone dannet ved processer i perioden efter sidste istid (Weichsel-istiden), der sluttede for ca. 12 000 år siden. I andre områder, som f.eks. bakkeøerne i Vest- og Sønderjylland har iltningsprocesserne været aktive i meget længere tid, ofte i mere end 100 000 år. I perioder, som under sidste istid, har disse områder været stærkt domineret af periglaciale forhold.

Primært ilt, enten i gasform eller opløst i det nedsivende vand, har reageret med jordlagenes indhold af reducerende stoffer og bevirket dannelsen af en eller flere iltede zoner. I gennem de sidste ca. 60 år har nedsivningen af nitratholdigt vand fra dyrkede arealer ligeledes bidraget til iltningen af jordlagene. Det nedsivende vand fra landbrugsarealer indeholder nitrat som i iltningsækvivalenter svarer til ca. 5 gange antallet af iltningsækvivalenter i nedsivende vand fra hede- og plantagearealer (Postma og Boesen, 1990) og de seneste 60 års intensive landbrugsdrift har derfor bidraget med en "belastning" svarende til ca. 300 år med iltholdigt og nitratfattigt vand. Sammenlignet med de ca. 12 000 år med nedsivning af iltholdigt vand ses den øgede udvaskning af nitrat at spille en kun ubetydelig rolle for iltningen af jordlagene og dannelsen af iltede geokemiske miljøer.

Der foreligger ingen landsdækkende kortlægning af udbredelsen af den iltede zone. For at få en ide om udbredelsen af den iltede zone under forskellige geologiske forhold har det derfor været nødvendigt at indhente oplysninger fra en række enkeltstående undersøgelser, der i nogen tilfælde har været gennemført i forbindelse med studier af udbredelsen af nitrat, men som oftest er gennemført med et andet formål end at studere sammenhængen mellem forekomsten af nitrat og sedimenternes farver/farvemønstre.

Ved Rabis bæk syd for Viborg, i et område domineret af hedesletteaflejringer fra sidste istid (smeltevandssand og -grus), er redoxgrænsen påvist i en dybde på ca. 27 meter under terræn, figur 3 (Kristiansen et al., 1990). Ved Grundfør nordvest for Århus, i et område med heterogene geologiske forhold karakteriseret ved varierende tykkelser af ler fra sidste istid aflejret ovenpå sand fra sidste og næstsidste istid er redoxgrænsen påvist i 10-12 meters dybde i moræneler og i 30-40 meter dybde sandaflejringer, figur 4 (Ernstsen og Thorling, 1997). En undersøgelse af oplysninger fra i alt 439 boringer på Fyn viste en udbredelse af den iltede zone på 4-6 meter i områder med moræneler og 12-15 meter i områder med sandaflejringer (von Platen, ikke publiceret data). Ved en undersøgelse af moræneler, ligeledes af Weichselalder, ved Syv bæk syd for Roskilde blev redoxgrænsen i moræneler påvist i ca. 3 meter under terræn mens den i morænelersaflejringer med indslag af sand og/eller grus blev påvist ned til 7 meters dybde, figur 5 (Ernstsen,1990; Ernstsen et al., 1990).

Figur 3.
Principskitse, vertikalt snit gennem boretracéen i Rabis bæk opland, efter Kristiansen og Stockmarr (1991).
 

For såvel sandede som lerede aflejringer gælder det at udbredelsen af den iltede zone og placeringen af redoxfronten kan modificeres af en række lokale forhold der bl.a. er knyttet området geologiske og hydrologiske egenskaber og som er afgørende for mængden af nedsivende vand, vandets strømningsmønster og sedimenternes indhold af reducerende stoffer mm.

Figur 4.
Geologisk profil ved Grundfør med udbredelse af nitrat og iltholdigt grundvand (efter Ernstsen og Thorling, 1997).
  

Figur 5.
Sedimentprofiler for 11 boringer i oplandet til Syv bæk med redoxgrænse (Ernstsen et al 1990).
  

Figur 6.
Eksempler på forskellige morænelerstyper med forskellig geologisk opbygning og hydrologiske forhold.

Nogle eksempler på forskellige morænelerstyper er vist i figur 6. I områder med overfladenære sandlag med et kun ringe indhold af reducerende stoffer vil redoxgrænsen ofte ligger dybere end i områder uden overfladenære sandlag, type 1 og 2. Dybere permanent eller temporært umættede sandlag gør det muligt for ilt at trænge ind nedenfra hvorved der sker en iltning af lerlaget nede fra samtidig med at den iltede zone trænger ned fra overfladen, type 3. På sigt kan det bevirke at hele lerlaget over sandlaget bliver gennemiltet, type 4. Eksempler herpå kendes bl.a. fra Glimområdet sydvest for Roskilde (Ernstsen et al., 1990). Er sandlaget permanent vandmættet vil der ligeledes kunne ske en iltning af lerlaget nede fra hvis vandet i sandlaget indeholder ilt som ved diffusionsprocesser finder vej ind i det overliggende lerlag, type 5. Dette kan forekomme i områder hvor nedsivningen til sandlaget primært finder sted i mere hydraulisk aktive sedimenter uden for lerområdet, gennem de såkaldte "geologiske vinduer". Denne type kendes bl.a. fra området ved Lillebæk i den sydøstlige del af Fyn (Ernstsen, ikke publicerede data). Den samtidige iltning fra overfladen vil også her kunne føre til et gennemiltet dæklag af ler, type 6. I områder med ringe nedsivning som for eksempel hvor der forekommer smeltevandsler, vil den iltede zone normalt være af ringe tykkelse og her vil nedsivningen af ilt være markeret ved udbredelsen af rødbrune farvemønstre, type 7.

I nogle områder findes ikke blot en iltet zone men flere med gentagelser af oxiderede og reducerede lag, der har betydning for udbredelsen af nitrat samt jordlagenes evne til at reducere nitrat. Foruden de nævnte eksempler fra bl.a. Glim og Lillebæk hvor udbredelsen af flere iltede zoner forekommer indenfor de øverste ca. 10 meter viser et eksempel fra Grundfør nordøst for Århus iltede jordlag fra overfladen og ned til en dybde af 8 meter hvor reduceret sedimenter begynder at optræde ned til 20 meters dybde. Iltede jordlag optræder derefter ned til ca. 25 meter under terræn, hvor så det geokemiske miljø atter bliver reduceret (Ernstsen og Thorling, 1997). Lertykkelsen under sådanne heterogene geologiske forhold vil derfor kun i begrænset omfang bidrage med oplysninger om områdets sårbarhed overfor nitrat.

Undersøgelser af et bakkeø-hedeslette område omkring Ulfborg i Vestjylland viste at tykkelsen af iltede sand- og grusaflejringer varierede stærkt efter de geologiske forhold. Ved Mangehøj plantage var den iltede zone trængt til ca. 60 meters dybde, mens den i andre dele af området var 5-20 meter dyb (Gravesen et. al., 1990). Udbredelsen af den iltede zone var langt mindre i de dele af bakkeøerne, der var kraftigt påvirket af underliggende miocæne aflejringer med ler, pyrit og organisk materiale, hvor den havde bredt sig ned til dybder af 3 til 12 meter (GEUS, 1996). Ved Finderup, der er beliggende på den sydvestlige del af Skovbjerg Bakkeø, indeholder de kvartære aflejringer kun ringe mængder reducerende stoffer og her er iltholdigt grundvand målt ned til 140 meters dybe. Samtidig blev der registreret nitratholdigt vand ned til ca. 80 meters dybde (Ringkøbing Amtskommune, 1995).

Specielt for bakkeøerne, hvor processerne har kunne forløbe gennem meget lang tid, vil tykkelsen af de øverste jordlag med den iltede zone foruden udbredelsen af reducerende stoffer lokalt være præget af erosion og jordflydningsprocesser, der i begge tilfælde vil resultere i en nedslidning og udglatning af den overfladenære iltede zone.

Det generelle billede for unge kvartære aflejringer viser at udbredelsen af den iltede zone er begrænset til øvre jordlag i områder domineret af tykke lerlag. I disse områder vil det normalt kun være de forholdsvis overfladenære, sekundære grundvandsmagasiner der er påvirkede af nitrat, medens de dybere, primære magasiner stadig er reducerede og ikke indeholder nitrat. I områder med tykke sandaflejringer findes den iltede zone derimod ofte udbredt fra overfladen og ned i grundvandsmagasinerne og her vil nitratholdigt vand findes på langt større dybder end for lerområder.

I ældre sedimenter, som eksempelvis de tertiære aflejringer, kan iltningsprocesserne, og dermed dannelsen af iltede jordlag, have været aktive på et langt tidligere tidspunkt end tilfældet er for det unge kvartære landskab. Et forhold der bør inddrages når udbredelsen af nitrat og nitratreduktionskapaciteter kortlægges.

De geokemiske forhold har ikke blot betydning for udbredelsen af nitratholdigt vand men har også vist sig at påvirke de hydrauliske forhold under visse geologiske forhold. Således har en undersøgelser af et morænelersområde ved Flakkebjerg i Vestsjælland vist at den hydrauliske ledningsevne over og under redoxgrænsen er væsentlige forskellige (Harrar og Nilsson, 2001). Dette forhold har stor betydning for forståelsen af strømningsforhold, grundvandsdannelse samt nitratbelastningen af såvel overfladevand som grundvand.