Ny teknologi skal give superpræcise grundvandsmodeller

Forskere fra Institut for Ingeniørvidenskab og Institut for Geoscience, Aarhus Universitet, har udviklet en teknologi, der kan bruges til at kortlægge hydrogeologiske og geologiske strukturer i undergrunden.

Teknologien introduceres nu i et nyt forskningsprojekt støttet med 6 mio. kr. af Danmarks Frie Forskningsfond, og den kan være banebrydende i forhold til meget præcist at kunne bestemme og modellere grundvandets bevægelser og undergrundens 3D-struktur.

Det fortæller lektor Jakob Juul Larsen fra Institut for Ingeniørvidenskab, som leder projektet:

”Ved hjælp af NMR-målinger kan vi påvirke brintatomer i vandmolekyler i jorden. Metoden er sådan set velkendt, men teknologien har indtil videre været alt for langsom og alt for følsom over for støj. Derfor har vi her på universitetet specialudviklet vores egen NMR-sender. I det nye projekt arbejder vi med en ny type NMR pulssekvenser, som meget hurtigere end før kan give os langt mere præcise og detaljerede data om jordlagenes vandindhold og deres evne til at opmagasinere og transportere vand,” siger han.

NMR står for Nuclear Magnetic Resonance eller kernemagnetisk resonans og betyder kort og godt, at man påvirker brintatomer i vandmolekyler i jorden ved hjælp af et menneskeskabt magnetfelt på jordoverfladen.

Brintatomer har et såkaldt kernespin, som principielt – ligesom små magneter – retter sig ind efter jordens magnetfelt, enten med eller imod feltet. En puls fra det kunstigt skabte magnetfelt ændrer brintatomernes spin-retning, og når pulsen dør ud, falder atomerne igen tilbage i den retning, de havde før. Tilbagefaldet udsender et elektromagnetisk felt, som man kan måle.

”Vi læser således udelukkende signalet fra brintatomerne, og dermed kan vi aflæse vandindholdet i den givne jord, vi måler på. Samtidig er tilbagefaldet afhængig af bl.a. de geologiske aflejringer, vandet er bundet til, og på den måde kan vi aflæse, hvilke jordforhold, der er tale om,” siger Jakob Juul Larsen.

Det giver forskerne præcis viden om undergrundens struktur og sammensætning, og det er ganske vigtigt, forklarer lektoren. I mange tilfælde hænger det nemlig sammen med miljø og klimaforandringer.

En af konsekvenserne ved klimaforandringer er mere ekstreme vejrforhold, eksempelvis større risiko for skybrud såvel som lange tørkeperioder. Øget nedbør kan have store konsekvenser i form af oversvømmelser af veje og boliger, og ligeledes har mangel på nedbør voldsomme konsekvenser for samfund og landbrug. På trods af forskelligheden af disse to typer begivenheder kræver risikohåndteringen af dem det samme: Nøjagtige grundvandsmodeller, der kan forudsige, hvordan vand opmagasineres og bevæger sig i undergrunden.

Og her er overfladebaserede NMR-målinger en lovende teknologi, hvis man kan håndtere den støj, der ellers normalt skjuler de målinger, man foretager, siger lektoren:

”Når vi laver målinger her i Danmark, er der simpelthen så meget støj, som ligger sig oven i det NMR-signal, vi får fra jorden. Elnettet genererer eksempelvis enormt meget støj, der skjuler brintatomernes signaler. Derfor har vi ledt efter en metode, der kan grave det lille bitte signal frem fra det, der i princippet er et støjhelvede, og det er der, vores nye teknologi har en fordel,” siger han og fortsætter:

”Vi har bygget et helt nyt sendersystem, som giver os mulighed for at skrue voldsomt op for antallet af målinger, og det er helt nødvendigt, hvis den her metode virkelig skal hjælpe os med at aflæse undergrunden. I dag tager det op mod en hel dag at lave én NMR-måling, men vi forventer at kunne mangedoble det antal med resultaterne fra det nye projekt.”

Det nye forskningsprojekt, kaldet ”Flood and drought - Tracking water in the shallow subsurface” skal kunne kortlægge en given geologi meget præcist ned til ca. 30 meters dybde og kan benyttes over hele jorden.

”Der er problemer med grundvandet over alt i hele verden. Enten er der for lidt, eller også er der for meget, eller også er det forurenet. Det er super vigtigt, at vi har teknologien til bedre at kortlægge grundvandet i alle lande, således at vi kan finde ud af, hvordan vi bedre passer på det i fremtiden,” siger Jakob Juul Larsen.