Cseppkövek és korallok folyadékzárványaiban oldott nemesgázok vizsgálata Palcsu László MTA Atommagkutató Intézete Hertelendi Ede Környezetanalitikai Laboratórium Debrecen, Bem tér 18/c
Cseppkövek és korallok folyadékzárványaiban oldott nemesgázok vizsgálata Papp László és Major Zoltán
A múltbeli klíma vizsgálata cseppkövekkel (hımérséklet) Karbonát izotóp-összetétele ( 13 C, 18 O) Folyadékzárvány izotóp-összetétele ( 18 O, 2 H) Karbonát és folyadékzárvány 18 O összetételének eltérése k ö z v e t e tt Növekedési periódusok (hideg-meleg) Folyadékzárványok nemesgázai? közvetlen
A felszín alatti vizekben lévı nemesgázok Gázok oldhatósága folyadékban: Henry-féle oldódási törvény p i : az adott gáz parciális nyomása K H,i : az adott gázra vonatkozó Henry féle oldódási tényezı R: univerzális gázállandó T: hımérséklet
A felszín alatti vizekben lévı nemesgázok Vízben oldott nemesgázok méréstechnikája: -Mintázás: rézcsıbe -Mintafeltárás: gázkezelı vákuumrendszer, -cryo-rendszer -Nemesgázmérı tömegspektrométer
A felszín alatti vizekben lévı nemesgázok Tehát: Adott: 20-40 ml vízminta 0,5-2 % pontossággal meg lehet mérni a He, Ne, Ar, Kr, Xe koncentrációját 0,5-1 ºC pontossággal meghatározható a beszivárgási hımérséklet A módszer elınyei: A módszer hátrányai: - viszonylag egyszerő méréstechnika - korlátozott hozzáféréső minták - rossz felbontás: a rövid ideig tartó változások nem látszanak (keveredés, diszperzió) - az általában használt radiokarbon kormeghatározási módszer miatt csak kb. 30-40 ezer évig lehet visszamenni az idıben
Új lehetıség: cseppkövek folyadékzárványaiban oldott nemesgázok Folyadékzárványokra alapozott klímakutatás elınyei lehetnek: - Pontos datálás (U-Th módszer) - Jó idıfelbontás - Szélesebb idıspektrum Hátrányok (amit eddig tudunk): -Bonyolultabb méréstechnika (0,1-2 µl víz!) -Levegızárványok (neonanomália)
Sıt! Akár korallok is vizsgálhatóak! A tengerfelszín hımérsékletének (SST: sea surface temperature) múltbeli változását lehetne nyomon követni.
Eljárás a folyadékzárványok kinyerésére és a nemesgázok mérésére: -A cseppkövet vákuum alatt össze kell törni és a folyadékzárványokat fel kell szabadítani -A felszabaduló gázokból el kell választani a nemesgázokat -Szeparálni kell ıket egymástól -Tömegspektrométeres mérés
P=2,0052 Pa
Cseppkımérés
Vízmennyiség mérése a víz gıznyomásán keresztül 1100 1050 1000 y = 1526,8x + 37,134 Nyomás (0,01mbar) 950 900 850 800 750 700 650 600 0,400 0,450 0,500 0,550 0,600 0,650 0,700 Víz (mg) 900 800 700 y = 262,24x - 14,121 Nyomás (0,01mbar) 600 500 400 300 200 100 0 0,400 0,900 1,400 1,900 2,400 2,900 Víz (mg)
Heidelbergi mérések Mérési pontosságok Levegızárványok okozta nemesgáztöbblet T. Kluge: IUP Jahresbericht 2006, p. 124. Problémás hımérsékletmeghatározás T. Kluge, W. Aeschbach-Hertig: The way to noble gas paleotemperatures derived from fluid inclusions in stalagmites (poster), EGU General Assembly 2007, Vienna, Geophys. Res. Abstr., 9, EGU2007-A-02369. -Mintafeltárási eljárás kidolgozása a levegı- és folyadékzárványok elválasztására -Alacsony levegıtartalmú cseppkövek keresése
Új lehetıség: cseppkövek folyadékzárványaiban oldott nemesgázok Levegı/víz arányok különféle cseppkımintákban SD Bunker Höhle T. Kluge, T. Marx, D. Scholz, S. Niggemann, A. Mangini, W. Aeschbach-Hertig: A new tool for palaeoclimate reconstruction: noble gas temperatures from fluid inclusions in speleothems, Earth and Planetary Science Letters (2008) in press
T. Kluge: IUP Jahresbericht 2006, p. 124. T. Kluge, T. Marx, D. Scholz, S. Niggemann, A. Mangini, W. Aeschbach-Hertig: A new tool for palaeoclimate reconstruction: noble gas temperatures from fluid inclusions in speleothems, Earth and Planetary Science Letters (2008) in press
Mintafeltárási eljárás kidolgozása a levegı- és folyadékzárványok elválasztására: -A cseppkıminta összezúzása és melegítése vákuum alatt több lépcsıben -Mikrohullámú roncsolás (akár több lépcsıben, zúzással kombinálva) -Fagyasztott minta roncsolása (akár több lépcsıben, zúzással kombinálva) Eddigi eredmények (Heidelberg, Zürich): -A levegı/víz arányt le tudják csökkenteni a tizedére
Szalmacseppkövek győjtése NGT = barlanghımérséklet?
Saját eredmények
Saját eredmények 4,3E-05 3,8E-05 Víz 0 C 5 C 3,3E-05 2,8E-05 10 C 15 C 20 C 25 C Xe/Ar Xe/Ar 2,3E-05 Többletlevegı 1,8E-05 1,3E-05 8,0E-06 4,00E-04 6,00E-04 8,00E-04 1,00E-03 1,20E-03 1,40E-03 1,60E-03 1,80E-03 2,00E-03 Ne/Ar Ne/Ar Levegı
Saját eredmények 4,3E-05 3,8E-05 Víz 0 C 5 C Meteor-2 3,3E-05 10 C 15 C Meteor-3 Csodabogyós-Függıkert 2,8E-05 20 C 25 C Meteor-1 Béke Xe/Ar Xe/Ar 2,3E-05 Többletlevegı 1,8E-05 1,3E-05 Korall-1 8,0E-06 4,00E-04 6,00E-04 8,00E-04 1,00E-03 1,20E-03 1,40E-03 1,60E-03 1,80E-03 2,00E-03 Ne/Ar Ne/Ar Levegı
Saját eredmények 3,0E-08 2,5E-08 8,7 ± 1,5 C (CE-modell) Meteor-3 2,0E-08 Xe Xe (ccstp/g) 1,5E-08 1,0E-08 5,0E-09 Víz 0 C 5 C 10 C 15 C 20 C 25 C Meteor-2 Többletlevegı 12,4 ± 1,5 C (CE-modell) Meteor-barlang: 10,4 C (7,3-12,5 C) 0,0E+00 0,0E+00 5,0E-07 1,0E-06 1,5E-06 2,0E-06 2,5E-06 Ne (ccstp/g) Ne (ccstp/g)
Összefoglalás Mind a külföldi, mind a saját eredményeink biztatóak A mérési módszer, és az eredmények kiértékelésének finomításával jó eséllyel pontos képzıdési hımérsékleteket (barlang és tengerfelszín) lehet majd ezen módszerrel meghatározni
Köszönöm a figyelmet!