A vízkörforgás (folytatás)

Dr. Fórizs István

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

-18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4

18O [‰]

D [

‰]

Szárazföldi hozzájárulás

Globális CsVV

85%50%

70% Tengervíz

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

-18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4

18O [‰]

D [

‰]

Párolgás: párolgási vonal

GCsVV

20%

40%60%

80%

20%

40%60%

80%

100%

Kezdeti víz (jég), pl. tó (hó)

Magyarországi csapadékCsapadék, Debrecen környéke

y = 7,4503x + 2,7292

R2 = 0,9653

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2

18O [‰]VSMOW

D [

‰] V

SM

OW

Téli-nyári csapadékvíz-vonalDebrecen környéke

y = 7,9658x + 9,3626

R2 = 0,9576

y = 7,0303x - 0,105

R2 = 0,9252

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2

18O

D

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0

18O [‰]

D [

‰]

5 °C, m=8,95

25 °C, m=8,2330 °C, m=8,0

Csapadékvíz-vonal meredeksége

Nyírőlapos (Hortobágy), 100 m tszf.

Üveghuta, 300 m tszf.

Eszkimó-jegesbarlang1100 m tszf.

Hortobágy, Nyírőlapos, June 2002

D = 7.5*18O - 0.9

R2 = 0.9818

-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-12.0 -11.5 -11.0 -10.5 -10.0 -9.5 -9.0 -8.5 -8.0 -7.5 -7.0

18O [‰]VSMOW

D [

‰] V

SM

OW

CGWL: Groundwater Line of the Carpathian BasinGMWL: Global Meteoric Water LineCGWL: Groundwater Line of the Carpathian BasinGMWL: Global Meteoric Water Line

GMWL

CGWL

D = 7.518O - 0.9

R2 = 0.9818

Nyírőlapos

D = 7.918O + 6.8

R2 = 0.9652

Üveghuta

D = 7.518O + 11.5

R2 = 0.9528

Focul ViuIce Cave

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-14.0 -13.0 -12.0 -11.0 -10.0 -9.0 -8.0 -7.0 -6.0

18O [‰]VSMOW

D [

‰] V

SM

OW

Magassági hatás: d-többlet növekszik

Helyi (csapadék)víz vonalak• 1979-1985 Abádszalók, Deák József

D = 7,2*18O + 0,1 ‰

• 2001-2002 Debrecen: Palcsu László D = 8,5*18O + 2,9 ‰

• 2001-2003 Debrecen: Palcsu László (2003: rendkívül száraz év)

D = 7,5*18O – 7,4 ‰• 1974-1975 Oradea: Ţenu 1981

D = 6,7*18O – 3,1 ‰

• Rétegvíz vonal – Kárpát-medence, Deák JózsefD = 7,6*18O + 6 ‰

Alkalmazási példa

Klímaváltozás

Klímaváltozás Levantéban

Jégkorszaki beszivárgású víz

(Sinai, Negev)

Jelenlegi beszivárgású víz

(Sinai, Izrael)Délnyugati

trajektóriájú mai csapadék

Északnyugati trajektóriájú mai

csapadék

Klíma- és történelmi változások

Cellulózban C-O izotópok

Szakértés

Kútvíz izotópos adatai (Magyarország)

• Trícium: 3 TE

• 18O -10,7 [‰]VSMOW

• 14C-tartalom: 30 [%]modern

Jég fúrómagok, GISP2 fúráshely 13

1950

1955

1960

1965

1970

1975

1980

1985

1990

-50 -45 -40 -35 -30 -25 -20

18O [‰]VSMOW

Év

Jég fúrómagok, GISP2 fúráshely 13 és 15GISP2 program

1960

1961

1962

1963

1964

1965

1966

1967

1968

1969

1970

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

-50 -45 -40 -35 -30 -25 -20

18O [‰]VSMOW

Év

13-as hely

15-ös hely

Jég fúró-ma-gok,

GISP2

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

110000

-44 -42 -40 -38 -36 -34 -32 -30

18O [‰]VSMOW

kor

[év]

Jég fúró-magok, GISP2

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

-45 -40 -35 -30 -25

18O [‰]VSMOW

kor

[év]

Jég-fúrómagok

KormeghatározásKormeghatározás

• Trícium

• CFC

• Radiokarbon

Trícium

• Keletkezése: 147N + 1

0n 126C + 3

1H• Bomlása: 3H 3He + β-

• Felezési idő: 12,36 év• Természetes szint csapadékban 1950

előtt Magyarországon: kb. 5 TE (éves átlag).

Budapest éves trícium átlag

1

10

100

1000

10000

1953

1955

1957

1959

1961

1963

1965

1967

1969

1971

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

Trí

ciu

m-t

arta

lom

[T

E]

1977 előtti becsült adat (Bécs és Ottawa alapján)

Budapest éves trícium átlag

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1953

1955

1957

1959

1961

1963

1965

1967

1969

1971

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

Trí

ciu

m-t

arta

lom

[T

E]

Trícium csapadékban Budapestnél

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985

Trí

ciu

m-t

arta

lom

[T

E]

A tríciummal való kormeghatározás módjai

• 1963-as csúcs mozgási sebessége

• Radioaktív bomlás időfüggése:

- Csak tríciummal.

- 3H-3He együtt.

Az 1963-as 3H csúcs kimutatása

A trícium radioaktív bomlása

At=A0e-λt

⇓t=-17,93•ln(At/A0) [év]

• Ahol At a mért, A0 a kezdeti trícium aktivitás, λ bomlási együttható, t eltelt idő.

• Feltételek: nem volt vízkeveredés, A0

ismert vagy becsülhető

A csapadék trícium-tartalma Budapesten1953-1997, Süveges M. (VITUKI)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1953 1957 1961 1965 1969 1973 1977 1981 1985 1989 1993 1997

Trí

ciu

m [

TE

]

3H-3He módszer• Bomlás: 3H 3He + β-

• At=A0e-λt

• A0 At + 3He

• t=-17,93•ln {At / (At + 3He)} [év]

• Feltételek:1) A trícium bomlásából keletkezett 3He nem távozik a

rendszerből.

2) Nincs jelentős hélium föláramlás.

3) A mért 3He-ból levonom a levegőből beoldódott 3He-at (a mért 4He segítségével).

Kormeghatározás CFC-ékkel

• C, F és Cl atomokból fölépülő, kizárólag mesterséges eredetű vegyületek (pl. a freon).

• Nem bomlanak el!• Kormehatározásra használt CFC

vegyületek:

CFC-11 (CCl3F)

CFC-12 (CCl2F2)

CFC-113 (C2Cl3F3)

Radiokarbon (14C)

• Keletkezése: 147N + 1

0n 146C + 1

1p

• Bomlása: 146C 14

7N + β-

• Felezési idő: 5730 év.

• Alkalmazás: 0-40 000 (60 000) év.

Vizek radiokarbon (14C) kormeghatározása

At=A0e-λt

⇓t=-8267•ln(At/A0) [év]

• Ahol At a mért, A0 a kezdeti radiokarbon aktivitás, λ bomlási együttható, t eltelt idő.

• Feltételek: nem volt vízkeveredés, A0

ismert vagy becsülhető.

A0 becslése

• A0 a beszivárgó vízben oldott szervetlen karbonát (DIC) 14C-tartalma [%]modern-ben kifejezve.

• A DIC alapvetően talajgázból származik, de mindig oldódik be valamennyi 14C-mentes karbonát is.

• A0 értéke a tapasztalatok szerint 60-95% között változik, Magyarországon Deák József (VITUKI) szerint a 60% a jellemző.

A0 becslése (folyt. 1)

A beszivárgás utáni események

1) Széndioxid gáz öblíti át a víztestet.

2) További 14C-mentes karbonát oldódik be a vízbe.

3) Az oldott karbonát egy része kicsapódik.

A0 becslése (folyt. 2)Széndioxid gáz öblíti át a víztestet

1) Szénhidrogén telepek környezetében fordul elő, pl. az Alföldön több helyen. A nagyon idős, 14C-mentes szerves anyag érésének terméke. Ilyen esetben vagy a ténylegesnél jóval nagyobb kor adódik, vagy mérhetetlenül kevés a 14C.

2) Fölismerhetőség: a DIC 13C értéke -20 és -30 [‰] közötti (a szerves anyag 13C értéke kb. -25 [‰]PDB).

A0 becslése (folyt. 3)14C-mentes karbonát oldódik be a vízbe

Korrekció statisztikai adatok alapján:

T = -8267•ln [At / (q•A0)]

q hígulási arány beszivárgási terület

0,65-0,75 karszt

0,75-0,90 üledék finomszemcsés karbonáttal, pl. lösz

0,90-1,00 kristályos kőzetek

A0 becslése (folyt. 4)

14C-mentes karbonát oldódik be a vízbe

Korrekció kémiai összetétel segítségével:

mDICbeszivárgás

q = ───────────

mDICminta

A0 becslése (folyt. 5)

14C-mentes karbonát oldódik be a vízbe

Korrekció kémiai összetétel segítségével:

mDICminta = mDICbeszivárgás +[mCa2+ + mMg2+ -mSO4

2- + ½(mNa+ + mK+ - mCl-)]

Koncentrációk mol/liter-ben.

A0 becslése (folyt. 6)

Korrekció kémiai összetétel segítségével:

A klorid forrása: NaCl

A szulfát forrása: gipsz

• Víz-agyagásványok közti kationcsere:

A0 becslése (folyt. 7)

Víz 2:1 szerkezetű agyagásvány

Na+ (+ K+)

Ca++ (+ Mg++)

A0 becslése (folyt. 8)

Korrekció 13C segítségével:

13Cminta - 13Ckarbonát

q = ───────────────,

13Ctalajgáz - 13Ckarbonát

ahol 13Ckarbonát = 0 ‰ közeli

13Ctalajgáz = -23 ─ -25 ‰

Egyéb korrekció

• A fölső légköri természetes 14C keletkezés nem állandó erősségű. A 0-12000 éves tartományra kalibráló görbét alkalmaznak, ha valódi korokat akarnak számolni.

• Egyébként a Libby-féle hibás felezési idővel számolnak, hogy a számolt korok összevethetőek legyenek a régen számoltakkal.

14C szerves anyagban

• Csak gyorsító-tömegspektrométerrel mér-hető a kis anyagmennyiség miatt.

• Akkor alkalmazható, ha a vízben lévő szerves anyag a beszivárgó vízzel együtt került a felszín alá, később nem kevere-dett hozzá egyéb forrásból 14C-mentes szerves anyag.

Feladat

• Számoljuk ki a víz korát, ha At = 15 [%]modern, a 13CDIC= -12‰!

10305évqA

A8267lnt

0

t

023

012

δ-δ

δδq

karb13

beszivárgó13

karb13

DIC13

CC

CC

Feladat (folyt.)

• Ha ez a víz Magyarországon van és 18O = -9,6‰ vs. VSMOW, akkor mit mondhatunk a számolt korról?