The 3H/3He Groundwater Age-Dating Method And Applications
Groundwater age-dating is an important tool for quantifying and managing water resources. Groundwater age is the elapsed time between recharge (at the land surface or water table) and the time when groundwater is sampled. If groundwater is sampled at the point of discharge from an aquifer, then the...
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| Tipo de recurso: | artículo |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2021 |
| País: | Brasil |
| Institución: | Secretaria de Infraestrutura e Meio Ambiente do Estado de São Paulo |
| Repositorio: | Derbyana |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ojs.revistaig.emnuvens.com.br:article/740 |
| Acceso en línea: | https://revistaig.emnuvens.com.br/derbyana/article/view/740 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Idade das águas subterrâneas; Hidrologia isotópica; Traçadores am-bientais; Recarga; Transporte de contaminantes; Caracterização de aquíferos Groundwater age; Isotope hydrology; Environmental tracers; Groundwater recharge; Contaminant transport; Aquifer characterization |
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The 3H/3He Groundwater Age-Dating Method And Applications O método de datação 3H/3He e suas aplicações para águas subterrâneas |
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Idade das águas subterrâneas; Hidrologia isotópica; Traçadores am-bientais; Recarga; Transporte de contaminantes; Caracterização de aquíferos Groundwater age; Isotope hydrology; Environmental tracers; Groundwater recharge; Contaminant transport; Aquifer characterization |
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Groundwater age-dating is an important tool for quantifying and managing water resources. Groundwater age is the elapsed time between recharge (at the land surface or water table) and the time when groundwater is sampled. If groundwater is sampled at the point of discharge from an aquifer, then the age represents the groundwater transit time. Groundwater that has recharged in recent decades is considered young groundwater. In many areas, the quality and quantity of young groundwater has been impacted by human activities and groundwater age-dating is useful for quantifying current and historical water and contaminant fluxes into and through aquifers. This review is focused on the tritium-helium (3H/3He) method, which is a robust and widely applied age-dating technique for young groundwater. We present the development of the 3H/3He method and practical considerations for sampling groundwater in shallow unconfined aquifers. Along the way, we highlight available resources: (1) educational software for building intuition around groundwater age-dating and selection of sampling sites and (2) software that can be used to calculate 3H/3He age from noble gas and 3H data. We also highlight strengths and potential uncertainties associated with the method. For example, while other age-dating techniques require a known historical record of tracer concentration in the atmosphere, the 3H/3He age-dating technique does not require such historical records. However, the 3H/3He method requires measurement of two tracers to produce a groundwater age estimate (“apparent age” or “tracer age”). Precise measurement of 3H and noble gases, plus careful analysis of noble gas data to calculate the tritiogenic 3He (i.e., the portion of 3He derived from decay of 3H in the aquifer) is required to calculate the groundwater apparent age. Sampling for noble gases is sometimes challenging and requires specialized sample containers and technique. We also introduce basic sampling methods in this review but highlight how practitioners should work closely with a noble gas laboratory to obtain the correct containers and assess field conditions and/or the overall feasibility of projects. Lastly, the review highlights recent applications of the 3H/3He method, including recharge rate estimation, characterization of contaminant input histories for aquifers, quantifying groundwater transit times by sampling at aquifer discharge points, and the use of isotope data to constrain and inform numerical and statistical models of groundwater and contaminant movement in the subsurface. |
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The 3H/3He Groundwater Age-Dating Method And ApplicationsO método de datação 3H/3He e suas aplicações para águas subterrâneasIdade das águas subterrâneas; Hidrologia isotópica; Traçadores am-bientais; Recarga; Transporte de contaminantes; Caracterização de aquíferosGroundwater age; Isotope hydrology; Environmental tracers; Groundwater recharge; Contaminant transport; Aquifer characterizationGroundwater age-dating is an important tool for quantifying and managing water resources. Groundwater age is the elapsed time between recharge (at the land surface or water table) and the time when groundwater is sampled. If groundwater is sampled at the point of discharge from an aquifer, then the age represents the groundwater transit time. Groundwater that has recharged in recent decades is considered young groundwater. In many areas, the quality and quantity of young groundwater has been impacted by human activities and groundwater age-dating is useful for quantifying current and historical water and contaminant fluxes into and through aquifers. This review is focused on the tritium-helium (3H/3He) method, which is a robust and widely applied age-dating technique for young groundwater. We present the development of the 3H/3He method and practical considerations for sampling groundwater in shallow unconfined aquifers. Along the way, we highlight available resources: (1) educational software for building intuition around groundwater age-dating and selection of sampling sites and (2) software that can be used to calculate 3H/3He age from noble gas and 3H data. We also highlight strengths and potential uncertainties associated with the method. For example, while other age-dating techniques require a known historical record of tracer concentration in the atmosphere, the 3H/3He age-dating technique does not require such historical records. However, the 3H/3He method requires measurement of two tracers to produce a groundwater age estimate (“apparent age” or “tracer age”). Precise measurement of 3H and noble gases, plus careful analysis of noble gas data to calculate the tritiogenic 3He (i.e., the portion of 3He derived from decay of 3H in the aquifer) is required to calculate the groundwater apparent age. Sampling for noble gases is sometimes challenging and requires specialized sample containers and technique. We also introduce basic sampling methods in this review but highlight how practitioners should work closely with a noble gas laboratory to obtain the correct containers and assess field conditions and/or the overall feasibility of projects. Lastly, the review highlights recent applications of the 3H/3He method, including recharge rate estimation, characterization of contaminant input histories for aquifers, quantifying groundwater transit times by sampling at aquifer discharge points, and the use of isotope data to constrain and inform numerical and statistical models of groundwater and contaminant movement in the subsurface.A determinação dos tempos de residências das águas subterrâneas é uma ferramenta importante na quantificação e gestão correta dos recursos hídricos. Por definição, a idade da água subterrânea indica o tempo decorrido entre a sua recarga no aquífero e o momento em que é tomada a amostra de água subterrânea. Se essa amostra for tomada no ponto de descarga de um aquífero, a idade representa o tempo de trânsito da água subterrânea. Águas subterrâneas recarregadas nas últimas décadas são consideradas jovens. Em muitas áreas, a qualidade e a quantidade dessas águas têm sido impactadas por atividades humanas, fazendo com que a datação dessas águas seja útil na quantificação dos fluxos de água e contaminantes para o interior e através dos aquíferos. Esta revisão enfoca a aplicação do método do trítio-hélio (3H/3He), uma técnica robusta e amplamente aplicada de datação dos tempos de residência de águas subterrâneas recentes. O artigo apresenta o desenvolvimento do método 3H/3He e considerações práticas relativas a amostragem de água subterrânea em aquíferos rasos não confinados. Ao longo do texto são enfatizados algumas ferramentas disponíveis: (1) software educacional para construir intuição em torno da datação da água subterrânea e seleção de locais de amostragem e (2) software que pode ser usado para calcular a idade 3H/3He a partir de dados de gases nobres e 3H. Também são destacados os pontos fortes e as incertezas potenciais associadas ao método. Por exemplo, enquanto outras técnicas de datação requerem um registro histórico conhecido da concentração do traçador na atmosfera, a técnica de datação 3H/3He não requer tais registros históricos. Por outro lado, o método 3H/3He requer a medição de dois traçadores para produzir uma estimativa da idade da água subterrânea (“idade aparente” ou “idade do traçador”). Medições precisas de 3H e gases nobres, além de uma análise cuidadosa dos dados de gases nobres necessários ao cálculo do 3He tritiogênico (isto é, a porção de 3He derivada do decaimento radioativo do 3H no aquífero), são necessárias para calcular a idade aparente da água subterrânea. As técnicas de amostragem para gases nobres são desafiadoras e requer amostradores específicos. Também são abordados métodos básicos de amostragem nesta revisão, apesar da recomendação de que os trabalhos de campo devam ser efetuados em estreita colaboração com o laboratório responsável pelas determinações das concentrações de gases nobres, como forma de se utilizar amostradores corretos e avaliar as condições de campo e/ou a viabilidade geral dos projetos. Por último, a revisão destaca as recentes aplicações do método 3H/3He, incluindo estimativa de taxa de recarga, caracterização de histórias de entrada de contaminantes para aquíferos, quantificação de tempos de trânsito de água subterrânea por amostragem em pontos de descarga de aquíferos e o uso de dados de isótopos para elaborar modelos numéricos e estatísticos de movimento da água subterrânea e contaminantes no subsolo.Instituto de Pesquisas Ambientais, Secretaria de Infraestrutura e Meio Ambiente/SP2021-10-24info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfapplication/pdfhttps://revistaig.emnuvens.com.br/derbyana/article/view/74010.14295/derb.v42.740Derbyana; Vol. 42 (2021)Derbyana; Vol. 42 (2021)Derbyana; v. 42 (2021)2764-1465reponame:Derbyanainstname:Secretaria de Infraestrutura e Meio Ambiente do Estado de São Pauloinstacron:SIMAESPenghttps://revistaig.emnuvens.com.br/derbyana/article/view/740/718https://revistaig.emnuvens.com.br/derbyana/article/view/740/719Copyright (c) 2021 Troy Gilmore, Mikaela Cherry, Didier Gastmans, Eric Humphrey, Douglas Kip Solomoninfo:eu-repo/semantics/openAccessGilmore, TroyCherry, MikaelaGastmans, DidierHumphrey, EricSolomon, Douglas Kip2021-10-25T14:07:33Zoai:ojs.revistaig.emnuvens.com.br:article/740Revistahttps://revistaig.emnuvens.com.br/derbyanaPUBhttps://revistaig.emnuvens.com.br/derbyana/oaiderbyana.journal@gmail.com | shiruma@sp.gov.br2764-14652764-1465opendoar:2021-10-25T14:07:33Derbyana - Secretaria de Infraestrutura e Meio Ambiente do Estado de São Paulofalse |
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