Montage eines Porendruckwassersensors im Bereich der Vollrohrstrecke

Recover. Refill. Record.

Forschungsmessstellenbau am Lehrstuhl für Hydrogeologie - Teil 2 & LIAG-Sektion Bohrlochgeophysik erneut im Hainich
Montage eines Porendruckwassersensors im Bereich der Vollrohrstrecke
Foto: Heiko Minkmar
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Meldung vom: | Verfasser/in: Dr. Robert Lehmann
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Bohrkampagne 2023 – fortgesetzt.

Prof. Kai Uwe Totsche und Dr. Michaela Aehnelt inspizieren einen Bohrkern im Liner

Foto: Robert Lehmann

Im zweiten Teil unserer Nachrichten zu aktuellen Explorations- und Bauarbeiten im Hainich Critical Zone Exploratory informieren wir über weitere der vielfältigen Aktivitäten unseres Feldteam um Prof. Kai Uwe Totsche, u.a. zu Bohrkerngewinn und Probenahmen ("Recover(y)"), Ausbauarbeiten der Grundwassermessstellen ("Refill"), und Installation von Sensoren für das Langzeitmonitoring ("Record").

Siehe Teil 1 

LIAG-Bohrlochgeophysik-Messteam erneut im Hainich 

Sonic-Sonde des LIAG auf dem Weg ins Bohrloch

Foto: Robert Lehmann

So machen Forschung und Wissenschaft großen Spaß

Thomas Grelle

Erneut durften wir Thomas Grelle und Carlos Lehne im Hainich willkommen heißen – für bohrlochgeophysikalische Messungen im Rahmen der sehr geschätzten Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Angewandte GeophysikExterner Link (LIAG) aus Hannover. 

Das Messteam der Sektion Gesteinsphysik & BohrlochgeophysikExterner Link, erkundete mit bohrlochgeophysikalischen Tools wie z.B. Spectral-Gamma-Ray, Akustischem Imager (Borehole Televiewer), IP-Sonde (induzierte Polarisation) und NMR-Sonde (Nuklear-Magnetische-Resonanz) die Schichtenfolgen der Warburg-, Meißner- und Trochitenkalk-Formation. Im Kernbohrloch der zweiten Messstelle, hangaufwärts, zeigten sich die Gesteine z.T. stark verwittert und über weite Bereiche wassergesättigt.

Gutes Messwetter, exzellente Zusammenarbeit mit dem Bohr-/Brunnenbauunternehmen und v.a. der intensive und fruchtbare Austausch zu Messresultaten und hydrogeologischen Befunden – am Bohrplatz und per Webkonferenz – machten auch unseren Kollegen aus Hannover laut Thomas Grelle: "großen Spaß". 

Siehe Galerie

Messstellenbau am Lehrstuhl für Hydrogeologie - Teil 2

  • Teil 1

    Klüftiger und poröser Kalkstein der Trochitenkalk-Fm. im Oberen Muschelkalk ist ein guter Grundwasserleiter

    Foto: Robert Lehmann

    Grundwasser-)Messstellenbau am Lehrstuhl für Hydrogeologie zeichnet sich durch folgende Kriterien aus:

    Repräsentative Lage und Kompartimente:
    Messstellen erstrecken sich über das  Grundwasserneubildungs- und Entlastungsgebiet und umfassen sowohl die phreatische Zone (permanent gesättigter Grundwasserraum), als auch die Aerationszone. Forschungsmessstellen(-bündel) weisen separate Filterstrecken (Multilevel-Beobachter) auf, zum Monitoring der Grundwasserqualität in verschiedenen Ökosystemkompartimenten und von multidirektionalen FließbewegungenExterner Link.

    Exploration und Gesteinsprobenahme:
    Der Errichtung einer Forschungsmessstelle geht zumeist eine durchgehende Gewinnung von Bohrkernproben voraus. Diese dienen uns für die Untersuchung der unterirdischen Ökosystemkompartimente bezüglich u. a. Hohlraum-/Porenraumarchitektur, reaktiver mineralischer Oberflächen und endolithischer mikrobieller GemeinschaftenExterner Link.

Filterrohr

Foto: Robert Lehmann

Filterstrecken, die nicht filtern

Prof. Kai Uwe Totsche

Unsere Forschungsmessstellen(bauwerke) zeichnen sich aus durch: 

Minimierung von Artefakten für Langzeitmonitoring:
An Bohrungen und Messstellenbau stellen  wir hohe Qualitätsanforderungen. So müssen Bohrwerkzeuge und Ausbaumaterialien fremdstoffrei, d.h. gründlich gereinigt (u.a. rostfrei) sein. Als Bohrspülung kommt zumeist Grundwasser aus unseren Messstellen vor Ort zum Einsatz. Die sogenannte Filterstrecke, der perforierte Teil des Brunnenrohres im Bereich des Zielgrundwasserleiters soll im Gegensatz zu herkömmlichen Brunnen oder Messstellen nicht filtern. Hierfür nutzen wir als sogenanntes Filtermaterial grobkörnige Glaskugeln, die geringe Oberflächen und als Ringraumhinterfüllung hohe Durchlässigkeiten bieten – d.h. explizit nicht filtern –, damit das gesamte mobile Inventar (siehe auch Lehmann et al. 2021Externer Link) im Grundwasser, einschließlich Grundwasserfauna beobachtet werden kann.

Grundwasserdatensammler, Datensicherung

Foto: Heiko Minkmar

In situ-Monitoring:

Zum Monitoring der Druckverhältnisse, Untergrundtemperaturen und der physikochemischen Beschaffenheit kommen Pegeldatenlogger und z.T. Multiparametersonden in der Filterstrecke zum Einsatz. Untergrundtemperatur sowie Sauerstoffgehalt, der mittels optischer Sensoren gemessen wird, sind wichtige UmweltracerExterner Link, u. a. zur Untersuchung der hydrogeologischen Konnektivität der Untergrundkompartimente. Im Vollrohrbereich der Messstellen kommen mehrere Porenwasserdrucksensoren zur Beobachtung multidirektionaler FließbewegungenExterner Link zum Einsatz. Siehe Galerie.

Kernbohrung & Probenahme

Der letzte Liner bei Endteufe 59 Meter

Foto: Robert Lehmann

Vorprofil passt auf ~1 Meter!

Dr. Michaela Aehnelt

Ende August wurde die Endteufe unserer zweiten Kernbohrung, am Südrand von Kammerforst, mit 59 Metern erreicht. Entsprechend unserer Bohrkernansprache durch Dr. Michaela Aehnelt vor Ort, wurde die zunächst aus Nachbarbohrungen projizierte Basis der Trochitenkalkformation mit nur ca. 1 m Abweichung vom Vorprofil angetroffen. Hier, am Mittelhang des Hainichrückens bzw. im Grundwasserneubildungsgebiet, erlaubt die neue Messstelle Beoachtungen im Hauptgrundwasserleiter (Trochitenkalkformation) mittels späterer Probenahmen sowie der Druckverhältnisse in den Kalkstein-Mergel-Wechselfolgen des Oberen Muschelkalks mittels Porenwasserdrucksensoren und Pegeldatenloggern.

Die Kernbohrungen beim Messstellenbau dienen der Ermittlung der Schichtenfolge, samt Verwitterungserscheinungen sowie der Probenahme von Gesteinsmaterial für u. a. mineralogische und molekularbiologische Untersuchungen der unteridischen Lebensräume.

LIAG-Bohrlochgeophysikmessteam im Einsatz

Die Bohrlochmessungen der LIAG-Sektion Gesteinsphysik & BohrlochgeophysikExterner Linkergänzen erneut wertvolle Daten zur Aufklärung der hydrogeologischen Funktionen der Gesteine, insbesondere aufgrund der quasi-kontinuierlichen Aufzeichnung für Tiefenkorrektur von Bohrkerndaten sowie aufgrund verschiedener Eindringtiefen im Vergleich zu Befunden aus der Bohrkernansprache.

Messstellenbau

Ende August wurde die erste Messtelle fertiggestellt. Der Bau beider Forschungsmessstellen komplettiert das Messnetz, dass wir im Rahmen unseres von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFGExterner Link) geförderten Sonderforschungsbereichs AquaDiva betreiben.

Nach der Kernbohrung erfolgte zunächst die Aufweitung des Bohrlochs mittels Rollmeißel zwecks sicherer Unterbringung und teufengerechten Hinterfüllung des Messrohrs und der Sensoren mit Glaskugelfiltermaterial im Bereich der Filterstrecke und Ton-Zement-Suspension im Bereich des Vollrohres.

Robert Lehmann, Dr.
Wiss.Mitarbeiter
Lehrstuhl Hydrogeologie
Robert Lehmann
Foto: FSU/Hydrogeologie
Raum H 107
Wöllnitzer Straße 7
07749 Jena Google Maps – LageplanExterner Link

Kontakt:

Kai Uwe Totsche, Prof. Dr.
Lehrstuhl Hydrogeologie
Prof. Dr. Kai Uwe Totsche
Foto: FSU/Hydrogeologie
Raum H 104
Burgweg 11
07749 Jena Google Maps – LageplanExterner Link