Original paper

Long-Term Solute Migration Profiles in Clay Sequences

Falck, W. Eberhard; Bath, Adrian H.; Hooker, Paul J.

Kurzfassung

Tonabfolgen werden oft als hydraulische Barrieren verwendet, um die Umwelt vor dem Einfluß schädlicher Abfallstoffe zu schützen. Wegen der Langzeitbeständigkeit mancher dieser Stoffe müssen sie oft über geologische Zeiträume interniert werden. Die Dauer von Laborexperimenten ist normalerweise auf wenige Wochen bis einige Monate beschränkt, weswegen die Migrationswege kurz und infolgedessen die Probendicken limitiert sind. Großräumige Variationen in der Materialbeschaffenheit, die das Migrationsverhalten wesentlich beeinflussen können, bleiben so möglicherweise unentdeckt. Aus diesem Grunde wurde das Studium natürlicher Fallbeispiele, in denen Anfangs- und Randbedingungen hinreichend bekannt sind, vorgeschlagen. Zwei Beispiele wurden hier untersucht, ein tiefreichendes Tonprofil und eine Abfolge von tonigen Seesedimenten. Konzentrationsprofile inerter, gelöster Stoffe wurden bestimmt und unter Zuhilfenahme sinnvoller Annahmen über Anfangs- und Randbedingungen eine Hypothese des Migrationsverhaltens aufgestellt. Diese Hypothese wurde auf reaktive Wasserinhaltsstoffe angewandt und ermöglichte Einsicht in Reaktionsmechanismen und Massenumsatzraten. Derartige Modellvorstellungen erlauben die Abschätzung ,ungünstigster Fälle' für Migrationsgeschwindigkeiten und -weiten gelöster Stoffe. Radionuklide oder Schwermetalle bewegen sich aufgrund ihres Sorptionsverhaltens in jedem Falle langsamer.

Abstract

Clay sequences are often used as hydraulic barriers to protect the environment from the influence of hazardous wastes. Owing to their persistence these wastes have to be contained over long time-scales. The time-scale of laboratory experiments is usually restricted to the order of weeks or months, hence migration distances are small and consequently sample size is limited and large scale properties which can influence the overall migration behaviour may go undetected. Examples from nature were therefore investigated, as natural analogues, where concentration profiles have developed under well understood conditions and time frameworks. Two examples, a deep clay and a clayey lake bottom sedimentary sequence are studied here. Present day concentration proflles of inert constituents have been measured and hypotheses for migration mechanisms have been derived using estimates for initial and boundary conditions. These hypotheses were applied to reactive constituents so gaining an insight into reaction mechanism and rate. Using these models a 'worst case' estimate can be given for the migration times and penetration depths of solutes. Radionuclides or heavy metals will migrate slower owing to the effects of Sorption etc.

Keywords

Long-term monitoringexperimental studiesclaylacustrine Sedimentstransportmigrationsolutesradionuclidesheavy metalsnumerical modelcase study Scotland (Loch Lomond)England (BradwellEssex)