Instabile Dichteströmung im Subterranen Ästuar - Ein Multiplikator für den 'Iron curtain' und reaktive Transportprozesse?
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der submarine Grundwasseraustritt ist ein wichtiger Bestandteil des hydrologischen Kreislaufs und trägt zu den Nährstoff-, Kohlenstoff- und Metallflüssen von Küstenaquiferen in das Meer bei. Submarine Grundwasserautritte haben Einfluss auf Küstengewässer und Ökosysteme. Als „iron curtain“ bzeichnete Eisenablagerungen in subterranen Ästuaren können bestimmte Nährstoffe und Schadstoffe zurückhalten, bevor sie ins Meer gelangen. Der iron curtain entsteht durch Vermischung von sauerstoffhaltigen (hauptsächlich Meerwasser) und anoxischem eisenreichen (hauptsächlich süßes Grundwasser) im subterranen Ästuar. Unter bestimmten Bedingungen kann der Dichteunterschied zwischen Meer- und Süßwasser zu instabilen Strömungsmustern (Fingering-Flow) in tidebeeinflussten subterranen Ästuaren führen, in denen Meerwasser in einer Rezirkulationszelle im flachen Untergrund zirkuliert und dabei das austretende Süßwasser überlagert. Diese instabile Dichteströmung kann die Mischung im Untergrund verstärken und die Bildung des iron curtain intensivieren. Das Projekt hatte das Ziel, instabile Strömungsbedingungen in tidebeeinflussten subterranen Ästuaren mithilfe von Sandtank-Experimenten für verschiedene Kombinationen von Aquiferparametern und Randbedingungen zu untersuchen. Zudem sollte gezeigt werden, wie sich diese Bedingungen auf Mischung, Fließzeiten und die Bildung des iron curtain unter kontrollierten Laborbedingungen auswirken. Ein Prozess, der bisher nur durch generische numerische Modellierungen untersucht wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass Fingering-Flow in einem über einen Sandtank simulierten STE auftreten kann. Stabile und instabile Bedingungen konnten grob anhand eines zuvor entwickelten Stabilitätsdiagramms vorhergesagt werden, welches alle relevanten Systemparameter durch eine nichtdimensionale Analyse einbezieht und aus generischen Feldsimulationen abgeleitet wurde. Die Sandtank-Experimente zeigten zudem eine verstärkte Durchmischung von Süß- und Salzwasser sowie verlängerte Fließzeiten im USP während des Fingering-Flows im Vergleich zu stabilen Strömungsbedingungen. Zusätzliche reaktive Sandtank-Experimente mit anoxischem, eisenhaltigem Süßwasser und oxischem Meerwasser zeigten die Bildung des iron curtains in der schmalen Mischungszone dieser beiden Endglieder – ein Phänomen, das hier erstmals experimentell nachgewiesen werden konnte. Generische reaktive Stofftransportmodellierung auf Geländeskala zeigt stärkere und weiter ausgebreitete Eisenausfällungen bei instabilen im Vergleich zu stabilen Strömungsbedingungen im STE.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Exploring the phenomena of fingering flow upon oceanic oscillations [Oral Presentation]; Groundwater – Climate – Society; 28th Conference of the FH-DGGV, Jena, Germany
Delwar, R.B., Thissen, L., Grünenbaum, N., Greskowiak, J. & Massmann, G.
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Fingering flow in the subterranean estuary under tidal influence (laboratory experiments) [Oral Presentation]; Groundwater Sustainability and Poverty Reduction; 49th IAH Online Congress, Wuhan, China
Delwar, R.B., Grünenbaum, N., Greskowiak, J. & Massmann, G.
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Fingering Flow in the Subterranean Estuary under Tidal Influence. Copernicus GmbH.
Delwar, Rezwana Binte; Grünenbaum, Nele; Greskowiak, Janek & Massmann, Gudrun
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Visualizing reaction zones in tidal subterranean estuaries using physical tank experiments. Copernicus GmbH.
Grünenbaum, Nele; Greskowiak, Janek; Binte Delwar, Rezwana & Massmann, Gudrun
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Groundwater flow dynamics in tide dominated heterogeneous aquifers under laboratory conditions [Poster presentation]; Interacting Groundwater; 51st World Groundwater Congress (IAH); Davos, Switzerland
Delwar, R.B., Grünenbaum, N., Greskowiak, J. & Massmann, G.
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Investigating the occurrence of flow instabilities in coastal unconfined aquifers using sand tank experiments. Journal of Hydrology, 631, 130741.
Delwar, Rezwana Binte; Grünenbaum, Nele; Greskowiak, Janek & Massmann, Gudrun
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Visualizing the ‘iron curtain’ formation in the subterranean estuary using sand tank experiments. Hydrological Processes, 38(4).
Grünenbaum, Nele; Volk, Johanna; Delwar, Rezwana Binte; Bräunig, Laura; Massmann, Gudrun & Greskowiak, Janek
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Visualisation of Flow Dynamics in Tide‐Dominated Unconfined Coastal Aquifers Using Physical Experiments. Hydrological Processes, 39(4).
Delwar, Rezwana Binte; Grünenbaum, Nele; Greskowiak, Janek & Massmann, Gudrun
