Natuurlijk voorkomende (geogene) arseenverontreiniging van het grondwater is een probleem van mondiaal belang, met opmerkelijke gebeurtenissen in grote delen van de alluviale en delta-aquifers in Zuid- en Zuidoost-Azië. Om dit probleem aan te pakken, zijn de afgelopen twee decennia enorme onderzoeksinspanningen geleverd om de bronnen en distributie van met arseen verontreinigd grondwater beter te begrijpen. Nutsvoorzieningen, een Australisch team van wetenschappers van Flinders University, CSIRO en de Universiteit van West-Australië, samen met hun collega's van het Zwitserse Federale Instituut voor Aquatische Wetenschap en Technologie (Eawag), hebben computermodellering gebruikt om veel van wat in de loop der jaren is geleerd te integreren in computersimulaties die de complexe interacties tussen grondwaterstroming nabootsen, transport van opgeloste stoffen en geochemische reactiemechanismen. Dergelijke modellen zijn belangrijk om veldwaarnemingen te analyseren, te ontrafelen welke chemische en fysische processen een rol spelen, en om het gedrag van arseen in watervoerende lagen te voorspellen - waar en wanneer in de toekomst vervuiling kan optreden. De resultaten van hun onderzoek zijn nu gepubliceerd in het laatste nummer van Natuur Geowetenschappen .

Het verleden reconstrueren om toekomstig arseengedrag te voorspellen

Het onderzoeksteam selecteerde een zeer met arseen verontreinigde site in de buurt van Hanoi (Vietnam) om hun computermodel te ontwikkelen en te testen. In een eerste stap gebruikten ze de kleine concentraties tritium die tijdens het testen van atoombommen vanuit de atmosfeer in het grondwatersysteem waren gekomen, en zijn vervalproduct helium, een edelgas, om te reconstrueren hoe snel en waar het grondwater zich de afgelopen vijf decennia heeft bewogen. Zodra de modelsimulaties de gemeten concentraties konden matchen, extra complexiteit werd aan het model toegevoegd om te simuleren hoe arseen werd gemobiliseerd en getransporteerd in het Holoceen aquifer.

Het grensvlak rivier-grondwater fungeert als reactiehotspot

Op de studieplek, veranderingen in de grondwaterstroming hebben zich de afgelopen 50 jaar voorgedaan sinds de stad Hanoi de winning van grondwater aanzienlijk verhoogde om aan de gestaag toenemende vraag naar water te voldoen; dit bleek de belangrijkste oorzaak van arseenverontreiniging in de watervoerende laag te zijn. Dankzij de computermodellering konden de onderzoekers de bron van arseen lokaliseren tot in de riviermodder die regelmatig wordt afgezet in de langzamer stromende zones van de Rode Rivier. De organische stof in die modder voedde een biogeochemische reactie die leidde tot het vrijkomen van arseen en het kilometerslange transport ervan naar de watervoerende laag onder het dorp Van Phuc, een proces dat tot op de dag van vandaag voortduurt. Gebruikmakend van hun ontwikkelde computermodel in voorspellende modus, konden de onderzoekers het samenspel illustreren van vier sleutelfactoren op de evolutie en levensduur van arseenafgifte aan oppervlaktewater/grondwaterinterfaces, (i) de overvloed aan reactief organisch materiaal; (ii) de overvloed aan ijzeroxiden; (iii) de grootte van de grondwaterstroming; en (iv) de afzettingssnelheid van riviermodder.