Locating Zones and Quantify the Submarine Groundwater Discharge into the Eastern Shores of the Dead Sea-Jordan

Abstract

Ziel der vorliegenden Studie war es, die Grundwasser-Austrittszonen entlang des östlichen Randes des Toten Meeres zu lokalisieren und die austretenden Mengen zu bestimmen. Die Studie basiert auf der Anwendung verschiedener Techniken: erstens der Temperatur- und Tiefen-Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit; zweitens Verfolgung eines natürlichen chemischen Tracers (Radon 222); drittens thermische Abbildung durch Infrarot-Aufnahmen und letztens der elektromagnetischen Strahlungsmessung. Zusätzlich wurden schematische geologische und hydrogeologische Modelle des Untersuchungsgebietes berücksichtigt.Der Wasserkörper des Toten Meeres teilt sich in zwei Schichten entsprechend der elektrischen Leitfähigkeit (EC) und dem Temperatur-Verlauf mit der Tiefe. Die obere Schicht wird unterteilt in zwei Glieder. Das obere erstreckt sich von der Wasseroberfläche bis in eine Tiefe von 15 bis 25 m. Das untere Glied reicht von dieser Grenze bis in eine Tiefe von 40 m ; es is charakterisiert durch hohen TDS -Gehalt und niedrige EC. Die untere Schicht wurde von 40 m Tiefe bis zur Endtiefe der Beprobung (ca 100 m) beobachtet. Laborexperimente wurden ausgeführt, um die Beziehung zwischen EC bei gegebener Temperatur und den ungewöhnlich hohen TDS -Gehalten des Toten Meeres zu bestimmen. Die Experimente zeigen, daß die EC ihren Maximalwert von 202 mS/cm bei einer Salinität von etwa 267 g/l erreicht, von wo aus die EC mit weiter steigendem TDS wieder sinkt und bei 404 g/l etwa 175 mS/cm beträgt. Der niedrigste EC - Wert von 156 mS/cm wurde bei einem TDS von etwa 460 g/l beobachtet.Im Suweimah - Gebiet strömt das Grundwasser in den oberen 16 m des Toten Meeres ein. Im Zarka Ma'in - Gebiet geschieht das in den obersten 25 m, und im Mujeb-Gebiet in den oberen 18 m. Als Grund für den höchsten TDS-Gehalt im unteren Schichtglied der oberen Wasserschicht wird die sehr hohe Evaporation durch sehr hohe Sommer-Temperaturen am Toten Meer angesehen. Dadurch steigt die Dichte der obersten Wasserschicht über die der darunterliegenden. Darauf sinkt Wasser dieser dichtesten obersten Zone unter die Zone, die auf Grund des einströmenden Grundwassers leichter ist und daher zum Aufsteigen tendiert.Die Messung des natürlichen Tracers Radon 222 zeigt, daß die höchsten Radon-Konzentrationen in Gebieten nahe der Küste vorliegen. Das bedeutet, daß der größte Grundwasserzustrom nahe der Küstenlinie stattfindet. Weiterhin wurden die höchsten Radon-222-Konzentrationen in Zarqa Ma'in in einer Tiefe von 7 m gefunden, in den übrigen 3 Stationen wurden sie in einer Tiefe von 12 m beobachtet. Auch das zeigt, daß die Grundwasser-Eintritte in den oberen 20 m des Toten Meeres liegen in Übereinstimmung mit den EC- und Temperatur-Befunden. Die Menge des eindringenden Grundwassers wurde mit Hilfe des Radon-222 -tracers zu 135,7 million m3/Jahr für das Suweimah-Gebiet, zu etwa 128,5 Millionen m3/Jahr für das Zarqa Ma'in-Gebiet, zu etwa 33,7 Million m3/Jahr für das Zara -Gebiet und zu etwa 90,3 Million m3/Jahr für das Mujeb-Gebiet geschätzt. Die Gesamtmenge des über dei östliche Küstenlinie des Toten Meeres eintretenden Grundwassers beträgt damit 388,2 Millionen m3/Jahr. Zusaetzlich wurde der submarine Grundwasser-Zustrom zu 181 MCM/jahr abgeschaetzt, basierend auf der mischung der TDS- Gehatter, und mittels Darcy s Gesetz ist 57 MCM/jahr. Zusammenfassend liegt der submarine Grundwasser- Zustrom wohl zwischen 200 und 300 MCM/jahr.Thermische Infrarot-Abbildung (TIR) wurde benutzt, um thermische Anomalien entlang der Ostküste zu identifizieren und so die exakten Grundwassereintritte zu lokalisieren. Das Verfahren zeigt auch die landseitig benachbarten Quellen. Eine Vielzahl von untermeerischen Grundwasseraustrittten wurde identifiziert, wobei die hauptsächlichen Zonen die Zarqa Ma'in - Zara - und Mujeg -Gebiete sind. Die höchsten Temperatur-Differenzen zwischen Grundwasser und Oberflächenwasser des Toten Meeres wurde in Zarqa Ma'in und Zara Gebieten gefunden, da dort heiße Quellwässer in das Tote Meer fließen. Die TIR-Abbildungen zeigen, daß der Grundwassereintritt bis zu zwischen 350 und 750 m von der Küstenlinie entfernt liegt.Die elektromagnetische Strahlung (EMR) identifiziert durch Energie-Anomalien aktive Störungen und Brüche und auch Lösungshohlräume (Erdfälle) landseitig entlang der Ostküste. Diese Elemente werden als Schwächezonen für die subaquatischen Grundwasserzutritte betrachtet. Die höchste EMR wurde in dem Suweimah- Gebiet beobachtet, wo viele größere Störungen und nicht- durchgebrochene Lösungshohlräume identifiziert wurden. Das unterstützt die Befunde mittels des chemischen Tracers, die die höchsten Grundwasserzutritte in diesem Gebiet anzeigen. Aber auch in den Zara-, Zarqa- und Mujeb-Gebieten wurden einige größere Störungen und nicht- durchgebrochene Lösungshohlräume beobachtet.Die geologischen und hydrogelogischen Modelle zeigen, daß die Hauptfließrichtung des Grundwassers westwärts und nordwestwärts in Richtung Totes Meer verläuft.