Use of 3D visualisation to enhance groundwater stable isotope data and its interpretation, Lockyer Valley, southeast Queensland

The use of stable isotope ratios δ18O and δ2H are well established in assessment of groundwater systems and their hydrology. The conventional approach is based on x/y plots and relation to various MWL’s, and plots of either ratio against parameters such as Clor EC. An extension of interpretation is the use of 2D maps and contour plots, and 2D hydrogeological vertical sections. An enhancement of presentation and interpretation is the production of “isoscapes”, usually as 2.5D surface projections. We have applied groundwater isotopic data to a 3D visualisation, using the alluvial aquifer system of the Lockyer Valley. The 3D framework is produced in GVS (Groundwater Visualisation System). This format enables enhanced presentation by displaying the spatial relationships and allowing interpolation between “data points” i.e. borehole screened zones where groundwater enters. The relative variations in the δ18O and δ2H values are similar in these ambient temperature systems. However, δ2H better reflects hydrological processes, whereas δ18O also reflects aquifer/groundwater exchange reactions. The 3D model has the advantage that it displays borehole relations to spatial features, enabling isotopic ratios and their values to be associated with, for example, bedrock groundwater mixing, interaction between aquifers, relation to stream recharge, and to near-surface and return irrigation water evaporation. Some specific features are also shown, such as zones of leakage of deeper groundwater (in this case with a GAB signature). Variations in source of recharging water at a catchment scale can be displayed. Interpolation between bores is not always possible depending on numbers and spacing, and by elongate configuration of the alluvium. In these cases, the visualisation uses discs around the screens that can be manually expanded to test extent or intersections. Separate displays are used for each of δ18O and δ2H and colour coding for isotope values.

Assessment of pre- and post-flood groundwater recharge via 3D visualisation, Lockyer Valley, southeast Queensland

The Lockyer Valley in southeast Queensland supports important and intensive irrigation which is dependant on the quality and availability of groundwater. Prolonged drought conditions from ~1997 resulted in a depletion of the alluvial aquifers, and concern for the long-term sustainability of this resource. By 2008, many areas of the valley were at < 20% of storage. Some relief occurred with rain events in early 2009, then in December 2010 - January 2011, most of southeast Queensland experienced unprecedented flooding. These storm-based events have caused a shift in research focus from investigations of drought conditions and mitigation to flood response analysis. For the alluvial aquifer system of the valley, a preliminary assessment of groundwater observation bore data, prior to and during the flood, indicates that there is a spatially variable aquifer response. While water levels in some bores screened in unconfined shallow aquifers have recovered by more than 10 m within a short period of time (months), others show only a small or moderate response. Measurements of pre- and post-flood groundwater levels and high-resolution time-series records from data loggers are considered within the framework of a 3D geological model of the Lockyer Valley using Groundwater Visualisation System(GVS). Groundwater level fluctuations covering both drought and flood periods are used to estimate groundwater recharge using the water table fluctuation method (WTF), supplemented by estimates derived using chloride mass balance. The presentation of hydraulic and recharge information in a 3D format has considerable advantages over the traditional 2D presentation of data. The 3D approach allows the distillation of multiple types of information(topography, geological, hydraulic and spatial) into one representation that provides valuable insights into the major controls of groundwater flow and recharge. The influence of aquifer lithology on the spatial variability of groundwater recharge is also demonstrated.

Synthese, Tritierung, 99m Tc-Markierung und Evaluierung von Benzamid-Derivaten zur Visualisierung der D 2, D 3-Rezeptoren

Die Diagnose und Therapie von neurodegenerativen Krankheiten, wie beispielsweise Morbus Parkinson besitzt in der heutigen Gesellschaft eine immer größere Bedeutung. Über moderne, bild¬gebende nuklear¬medizinische Verfahren wie SPECT und PET ist es mit geeigneten Radioliganden möglich, Morbus Parkinson vor dem Auftreten von Symptomen zu diagnostizieren. Ein wichtiger Ansatzpunkt zur Diagnose von Morbus Parkinson ist die Visualisierung der postsynaptischen Dopamin-Rezeptoren über radioaktiv (11C, 18F, 123I) markierte Benz¬amid-Derivate. Auf Grundlage der (S)-Pyrolidin-2,3-dimethoxy-Benzamid-Struktur des 18F-Liganden Fallypride wurden verschiedene 99mTc-markierte Benzamid-Derivate als potentielle Radio¬liganden zur Parkinson-Diagnostik entwickelt. Um das Potential von Metall-konjugierten Benzamiden abschätzen zu können, wurden zunächst einfache Vergleichssubstanzen entwickelt. Diese sollten die Einführung eines Chelators simulieren und wurden hierfür hinsichtlich ihrer in vitro-Bindungsaffinitäten zu den Dopamin-, Serotonin- und adrenergen Rezeptoren evaluiert. Die zunächst entwickelten Derivate mit unterschiedlichen Kettenlängen zur Kopplung des Chelators zeigten für die Propylkette Affinitäten im nanomolaren Bereich. Im Anschluss sollten basierend auf diesen Ergebnissen vier verschiedene Chelatoren (Carbony-Cyclopentadienyl, Amido-Cyclopentadienyl, 2-Pyridyl-Imin und N2S2) über eine Propylkette an die 5-Position der Benzamidgrundstruktur gekoppelt werden. Die geplante Synthese des Carbonyl-Cyclopentadienyl-Derivates gelang jedoch nicht. Für die weiteren Chelatoren (Amido-Cyclopentadieny, 2-Pyridyl-Imin und N2S2) konnten die jeweiligen Markierungs¬vorläufer und Rhenium-Komplexe dargestellt werden, die ebenfalls hinsichtlich ihrer Bindungs¬affinitäten evaluiert wurden. Die erzielten Affinitäten zeigten, dass eine Über¬tragung der Affinitäten der einfachen Vergleichssubstanzen auf die komplexeren Metall-Benzamide nicht möglich war. Insbesondere der N2S2-Rhenium-Komplex besitzt nur noch geringe Affinität (490 - 900 nM) zu den D2- und D3-Rezeptoren. Die mittel-affinen 2-Pyridyl-Imin- und Amdio¬cyclopentadien-Komplexe wurden mit 99mTc markiert und die Markierungsausbeute hinsichtlich Reaktionstemperatur, Markierungs-vorläuferkonzentration und Heizmethoden optimiert. Dabei konnte der Imin-Komplex quantitativ mittels fac-[99mTc(CO)3(H2O)3]+ in 30 Minuten bei 45°C markiert werden. Der Amido-Cyclopentadien-Komplex konnte über die Umsetzung des Ferrocen-Markierungsvorläufer mit Mn(CO)5Br und [99mTcO4]- in Ausbeuten von bis zu 60 % markiert werden. Im Anschluss an die Markierungen wurden die 99mTc-Komplexe über HPLC isoliert und in in vitro-Auto¬radiographien von Rattenhirnschnitten weiter evaluiert. Die erhaltenen Ergebnisse bestätigten die für die Rhenium-Komplexe erzielten Affinitäten und zeigten keine spezifische Anreicherung in bestimmten Hirnarealen. Aus diesen Ergebnissen kann ge¬schlossen werden, dass die dargestellten 99mTc-Benzamide aufgrund mangelnder Affinitäten und einer hohen unspezifischen Bindung keine geeigneten Liganden zur Darstellung der D2- und D3- Rezeptoren sind. Um die dargestellten 99mTc-Benzamide mit [18F]Fallypride vergleichen zu können, wurde zusätzlich [3H]Fallypride dargestellt. Hierfür wurde zunächst der Nor-Markierungsvor¬läufer synthetisiert und die Markierungsausbeute optimiert. Die finale Umsetzung mit [3H]Methylnosylat ergab nach HPLC-Aufreinigung 15 mCi [3H]Fallypride mit einer radio¬chemischen Reinheit von >99,5 %. Erste Autoradiographien zeigten eine hohe Anreicherung des Liganden im Striatum, verbunden mit einer sehr niedrigen unspezifischen Bindung.