Accuracy of CFC groundwater dating in a crystalline bedrock aquifer: Data from a site in southern Sweden

The concentrations of chlorofluorocarbons (CFC-11, CFC-12, and CFC-113) and tritium were determined in groundwater in fractured crystalline bedrock at Finnsjön, Sweden. The specific goal was to investigate the accuracy of CFC dating in such an environment, taking potential degradation and mixing of water into consideration. The water was sampled to a depth of 42 m in three boreholes along an 800-m transect, from a recharge area to a local discharge area. The CFC-113 concentration was at the detection limit in most samples. The apparent recharge date obtained from CFC-11 was earlier than from CFC-12 for all samples, with a difference of over 20 years for some samples. The difference was probably caused by degradation of CFC-11. The CFC-12 dating of the samples ranged from before 1945 to 1975, with the exception of a sample from the water table, which had a present-day concentration. Conclusions about flow paths or groundwater velocity could not be drawn from the CFCs. The comparison between CFC-12 and tritium concentrations showed that most samples could be unmixed or mixtures of waters with different ages, and the binary mixtures that matched the measured concentrations were determined. The mixing model approach can be extended with additional tracers.

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Resumen Precisión en la datación de aguas subterráneas utilizando CFC en un acuífero de rocas cristalinas: datos provenientes de un sitio al sur de Suecia.Se determinaron las concentraciones de clorofluorucarbonos (CFC-11, CFC-12, y CFC-113) y de tritio en aguas subterráneas alojadas en rocas cristalinas fracturadas de Finnsjön, Suecia. El objetivo específico consistió en investigar la precisión de la datación de aguas subterráneas con CFC en este tipo de ambiente, tomando en consideración la degradación potencial y la mezcla de agua. Las muestras de agua se tomaron a una profundidad de 42 m en tres pozos ubicados a lo largo de una línea de 800 m transversal a una zona de recarga y de zona de descarga local. En la mayoría de las muestras se encontró que la concentración de CFC-113 estuvo en el límite de detección. La edad que se estimó en todas las muestras para la recarga aparente en base a CFC-11 fue más joven que la edad proveniente de CFC-12, con una diferencia de más de 20 años para algunas muestras. Esta diferencia fue causada probablemente por la degradación del CFC-11. La datación CFC-12 de las muestras varió de antes de 1945 a 1975, con la excepción de una muestra tomada en el nivel freático, la cual presentó concentración actual. No fue posible obtener conclusiones acerca de las trayectorias de flujo o la velocidad de agua subterránea a partir de los CFCs. La comparación entre las concentraciones de CFC-12 y tritio mostró que la mayoría de las muestras pueden tener composición sencilla o bien consistir de mezclas de aguas de diferentes edades. Esta comparación también permitió determinar las mezclas binarias que corresponden a las concentraciones medidas. Pueden utilizarse trazadores adicionales para ampliar el modelo de mezclas propuesto.

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Résumé Précision de la datation au CFC dans un aquifère rocheux-fracturé: données dun site du sud de la Suède.Les concentrations en chlorofluorocarbones (CFC-11, CFC-12, CFC-113) et entritium ont été déterminées dans leau souterraine dun massif fracturé à Finnsjön en Suède. Le but de cette étude est de mieux cerner la précision de la méthode de datation au CFC dans ce type denvironnement hydrogéologique, tout en considérant déventuels phénomènes de dégradation et de mélange deaux. Leau a été échantillonnée à une profondeur de 42 mètres dans trois forages alignés sur 800 mètres entre une zone de recharge et une zone de déversement. Les concentrations en CFC-113 sont dans la plupart des échantillons à la limite de détection. Pour tous les échantillons, la date de la recharge établie avec le CFC-11 est antérieure à la date établie avec le CFC-12. La différence entre les deux dates peut dépasser 20 ans et sexplique—probablement—par la dégradation du CFC-11. Les dates de recharge de la nappe mesurées au CFC-12 sont comprises entre 1945 et 1975, excepté pour un échantillon qui possède une concentration actuelle. Il nest pas possible de tirer des conclusions concernant la direction des écoulements et la vitesse de leau souterraine. La comparaison entre CFC-12 et tritium montre que des échantillons pourraient être soit le résultat du mélange deaux dâges différents, soit des échantillons non-mélangés. Dans le cas dun mélange binaire, les rapports du mélange composant la concentration mesurée sont déterminés. Lapproche par modèle de mélange peut être étendue à des traceurs additionnels.