Stabilizotóp-geokémia III. Dr. Fórizs István MTA Geokémiai Kutatóintézet

Hasonló dokumentumok
Stabilizotóp-geokémia II. Dr. Fórizs István MTA Geokémiai Kutatóintézet

Dr. Fórizs István MTA Geokémiai Kutatóintézet

A MAGYARORSZÁGI CSAPADÉK STABILIZOTÓP-

A FÖLD VÍZKÉSZLETE. A felszíni vízkészlet jól ismert. Összesen km 3 víztömeget jelent.

Határréteg mechanizmus vizsgálata nyílt vízi és nádas vízi jellegzónák között. Kiss Melinda

A Szegedi Tudományegyetem Éghajlattani és Tájföldrajzi Tanszékének jelentése évi kutatási tevékenységéről

Fotó készült: november 11. Fotódokumentációs túra: Horváth Sándor, John Szilárd

Természetes nyomjelzők alkalmazása vízföldtani modellekben a Szentendreisziget

A SZIKESEDÉS IZOTÓP-HIDROGEOKÉMIAI VIZSGÁLATA A HORTOBÁGYI NYÍRŐ-LAPOSON

A légkör víztartalmának 99%- a troposzféra földközeli részében található.

óra C

Stabilizotóp-geokémia. Demény Attila MTA Geokémiai Kutatóintézet

A magyarországi csapadék forrásrégióinak vizsgálata

A légköri nedvesség forrásrégiójának meghatározása trajektória-elemzéssel valamint csapadékminták hidrogén- és oxigénizotópos vizsgálatával

Izotóphidrológiai módszerek alkalmazása a Kútfő projektben

Izotópanalitika alkalmazásának lehetıségei a Felsı-Tisza-vidéki holtmedrek vízpótlásának meghatározásában. Babka Beáta

IZOTÓPGEOKÉMIAI VIZSGÁLATOK A CSÍKI- MEDENCE ÁSVÁNYVIZEIBEN

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

A csapadék stabil oxigénizotóp értékének variogram vizsgálata a Kárpát-medencében

Hófelhalmozódás és hóolvadás számítása a tavaszi nedvesítettségi viszonyok regionális becslése érdekében. dr. Gauzer Balázs, Bálint Gábor VITUKI

Modern geokémiai módszerek a paleoklíma kutatásban

Hidrometeorológiai értékelés Készült január 27.

Környezeti kémia II. A légkör kémiája

Stabil izotóp geokémia - Bevezetés

A GLOBÁLIS MELEGEDÉS ÉS HATÁSAI MAGYARORSZÁGON

TERMÉSZETTUDOMÁNY JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

A talaj termékenységét gátló földtani tényezők

Földtani alapismeretek III.

Hogyan ismerhetők fel az éghajlat változások a földtörténet során? Klímajelző üledékek (pl. evaporit, kőszén, bauxit, sekélytengeri karbonátok,

ÁSVÁNYVIZEINK EREDETÉNEK, EREDETISÉGÉNEK ÉS VÉDETTSÉGÉNEK VIZSGÁLATA

letén Demény Attila, Kele Sándor, Kern Zoltán, Schöll-Barna Gabriella

Sekély víztartók utánpótlódásának meghatározása izotóp-vízkémiai vizsgálatokkal

1. ábra A δd és δ 18 O értékek elhelyezkedése a helyi vízvonalhoz képest

2018. április. Havi hidrometeorológiai tájékoztató. 1. Meteorológiai értékelés

Trícium ( 3 H) A trícium ( 3 H) a hidrogén hármas tömegszámú izotópja, egy protonból és két neutronból áll.

A vízgyűjtő, mint a hidrogeográfiai vizsgálatok alapegysége Jellemző paraméterek. Az esésgörbe

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

ADATOK A SZÉKELYFÖLDI ÁSVÁNYVIZEK STABILIZOTÓP GEOKÉMIAI KUTATÁSÁHOZ

Környezeti elemek védelme III. Vízvédelem

A jövő éghajlatának kutatása

Stabilizotóp-geokémia. Demény Attila MTA CSFK Földtani és Geokémiai Intézet

Meteorológiai információk szerepe a vízgazdálkodásban

Versenyző iskola neve:. Település:... Csapat neve:... Csapattagok nevei:... Természetismereti- és környezetvédelmi vetélkedő

AZ EGRI TERMÁLVIZEK EREDETE, TERMÉSZETES NYOMJELZŐK ALAPJÁN

Radioanalitika stabil izotópok segítségével

15. elıadás SZERVES ÜLEDÉKES KİZETEK

Az anyagok lehetséges állapotai, a fizikai körülményektől (nyomás, hőmérséklet) függően. Az anyagokat általában a normál körülmények között jellemző

A csapadék stabilizotóp-összetételt meghatározó folyamatok becslése a WRF modell segítségével

Gelencsér András egyetemi tanár Pannon Egyetem MTA Levegıkémiai Kutatócsoport

Bevezetés a földtörténetbe

Vízgazdálkodástan Párolgás

2014. november havi hidrometeorológiai és vízgazdálkodási helyzetértékelés a TIVIZIG működési területére

Havi hidrometeorológiai tájékoztató

2014. december havi hidrometeorológiai és vízgazdálkodási helyzetértékelés a TIVIZIG működési területére

AZ ÉGHAJLATI ELEMEK IDİBELI ÉS TÉRBELI VÁLTOZÁSAI MAGYARORSZÁGON A HİMÉRSÉKLET

Általános klimatológia Bevezetés a klimatológiába előadás

2013. február havi hidrometeorológiai és vízgazdálkodási helyzetértékelés a TIVIZIG működési területére

A Balaton vízforgalmának a klímaváltozás hatására becsült változása

A térkép I. 11 A térkép II. 12 Távérzékelés és térinformatika 13

2014. április havi hidrometeorológiai és vízgazdálkodási helyzetértékelés a TIVIZIG működési területére

Sósvíz behatolás és megoldási lehetőségeinek szimulációja egy szíriai példán

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

Talaj- és vízmintavétel. A mintavétel A minták csomagolása A minták tartósítása

Melléklet. 4. Telep fluidumok viselkedésének alapjai Olajtelepek

ÉGHAJLAT. Északi oldal

Vízminőség, vízvédelem. Felszín alatti vizek

A klímaváltozás a Balatonnál a meteorológiai számítások tükrében

Havi hidrometeorológiai tájékoztató

A talajok fizikai tulajdonságai II. Vízgazdálkodási jellemzık Hı- és levegıgazdálkodás

Stabilizotóp-geokémia VIII. Dr. Fórizs István MTA Geokémiai Kutatóintézet

A DUNA, mint az emberi. és s elszenvedıje. Mika János. Eszterházy Károly Fıiskola, Eger Országos Meteorológiai Szolgálat. Budapest, október 20.

Az Alföld rétegvíz áramlási rendszerének izotóphidrológiai vizsgálata. Deák József GWIS Kft Albert Kornél Micro Map BT

MÓDOSÍTOTT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAH / nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

A Bodrog-folyó vízkémiai adatainak elemzése egy- és kétváltozós statisztikai

JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

2014. május havi hidrometeorológiai és vízgazdálkodási helyzetértékelés a TIVIZIG működési területére

A PAKSI ATOMERŐMŰ C-14 KIBOCSÁTÁSÁNAK VIZSGÁLATA A KÖZELI FÁK ÉVGYŰRŰIBEN

Felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák vízigénye és állapota a Nyírség és a Duna-Tisza köze példáján keresztül

KLÓR. A Cl geokémiailag: erősen illó, oldható mobilis.

Ivóvízbázisok sérülékenysége a klímaváltozással szemben. Rotárné Szalkai Ágnes, Homolya Emese, Selmeczi Pál

METEOROLÓGIAI MÉRÉSEK és MEGFIGYELÉSEK

EURÓPA TERMÉSZETFÖLDRAJZA

Vízjárási események: folyók, tavak és a talajvíz

JAVÍTÓ- ÉS OSZTÁLYOZÓ VIZSGA KÖVETELMÉNYEI FÖLDRAJZBÓL HATOSZTÁLYOS GIMNÁZIUM. 7. évfolyam

2015. február havi hidrometeorológiai és vízgazdálkodási helyzetértékelés a TIVIZIG működési területére

TALAJVÉDELEM XI. A szennyezőanyagok terjedését, talaj/talajvízbeli viselkedését befolyásoló paraméterek

Havi hidrometeorológiai tájékoztató

Havi hidrometeorológiai tájékoztató július

Havi hidrometeorológiai tájékoztató január

Stabil izotóp geokémia - Bevezetés

Radon, mint nyomjelzı elem a környezetfizikában

MÉRÉSI JEGYZİKÖNYV. A mérési jegyzıkönyvet javító oktató tölti ki! Mechatronikai mérnök Msc tananyagfejlesztés TÁMOP

Palackozott ásványvizek és minőségbiztosítás: izotóphidrológiai ellenőrzés

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

A Tisza vízgyőjtı helyzetértékelése 2007

A XXI. SZÁZADRA BECSÜLT KLIMATIKUS TENDENCIÁK VÁRHATÓ HATÁSA A LEFOLYÁS SZÉLSŐSÉGEIRE A FELSŐ-TISZA VÍZGYŰJTŐJÉN

A VÍZ: az életünk és a jövőnk

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

1. Magyarországi INCA-CE továbbképzés

Függőleges mozgások a légkörben. Dr. Lakotár Katalin

Átírás:

Stabilizotóp-geokémia III Dr. Fórizs István MTA Geokémiai Kutatóintézet forizs@geokemia.hu

Vízkörforgás

Alapfogalmak Frakcionációk Egyensúlyi frakcionáció: a két fázis között izotópcsere játszódik le, az adott izotóp megoszlása a két fázis milyenségétıl és a hımérséklettıl függ. Pl. vízpára(felhı)-víz rendszer (kondenzáció, általában zárt rendszer)

Alapfogalmak Frakcionációk Kinetikus (nem-egyensúlyi) frakcionáció: a folyamat egyirányú, vagy majdnem teljesen egyirányú, pl. párolgás, kicsapódás: a könnyebb molekulák gyorsabban távoznak. Tisztán kinetikus pl. ha a relatív páratartalom 0.

HIDROLÓGIAI IZOTÓPEFFEKTUSOK Szélességi hatás: az egyenlítıtıl a sarkok felé haladva a csapadék izotóposan egyre könnyebb, pl. az Észak-Amerika-i kontinensen a δ 18 O érték változása 0,5 /szélességi fok (Yurtsever, 1975). Magassági hatás: adott helyen (pl. hegységekben) egyre magasabban mérve, a csapadék izotóposan egyre "könnyebb", 0,15-0,5 /100 m a δ 18 O érték csökkenése, átlagban 0,28 /100 m (Gat, 1980; Bowen, 1986).

HIDROLÓGIAI IZOTÓPEFFEKTUSOK Kontinentális hatás: a kontinensek peremétıl azok belseje felé haladva a δ 18 O érték változása -2,4 /1000 km (Bowen, 1986).

δ 18 O Kontinentális hatás

A tengervízbıl képzıdött felhıbıl kicsapódó elsı csapadék δ értéke szinte mindig negatívabb mint a tengervíz δ értéke, mert párolgáskor nem-egyensúlyi, kicsapódáskor pedig egyensúlyi a frakcionáció.

HIDROLÓGIAI IZOTÓPEFFEKTUSOK Hı

Hımérsékleti hatás (folyt.) Globális: Yurtsever (1975) az általa vizsgált adathalmazon a következı összefüggést találta: δ 18 O = 0,52*T - 14,96 Lokális Bécs: (IAEA, 1992) δ 18 O = 0,41*T - 13,90 Lokális Abádszalók (Alföld): (Deák 1995) δ 18 O = 0,37*T - 12,8

Hımérsékleti hatás (folyt.) -3 Csapadék, Abádszalók 1977-1988 (Deák 1995) -5 δ 18 O [ ] VSMOW -7-9 -11-13 -15-5 0 5 10 15 20 25 Hımérséklet C

Hımérsékleti hatás (folyt.) Csapadék, Abádszalók 1977-1988 (Deák 1995) -3-5 δ 18 O [ ] VSMOW -7-9 -11-13 -15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Hónapok

Mi a magyarázata a hımérsékleti hatásnak? A kicsapódáskori felhı hımérséklete nem lehet az oka, mert az éppen ellenkezı hatású. Ugyanazon δ értékő felhıbıl kisebb hımérsékleten pozitívabb δ értékő csapadék hullik ki. Tehát más δ értékő felhı érkezik pl. Budapestre nyáron és télen. De miért?

Rayleigh frakcionáció (desztilláció) nyár tél

Hımérséklet-delta érték összefüggés A felhı keletkezési helye és a csapadékhullás helye közti hımérsékletkülönbség határozza meg a δ 18 O értéket. Minél nagyobb a különbség, annál negatívabb a csapadék δ 18 O értéke. Nyáron kisebb a különbség, mint télen.

Hımérsékleti hatás (folyt.) Csapadék Budapesten (VITUKI telephely) δ 18 O [ ] VSMOW 0-2 -4-6 -8-10 -12-14 -16-18 -20 Nyár Tél Nyár Tél Nyár Tél 1997 febr 1997 jún 1997 okt 1998 febr 1998 jún 1998 okt 1999 febr 1999 jún 1999 okt 2000 febr 2000 jún Dátum

Jég fúrómagok, GISP2 fúráshely 13 és 15 GISP2 program 1980 1979 1978 1977 1976 1975 1974 13-as hely 15-ös hely 1973 1972 1971 Év 1970 1969 1968 1967 1966 1965 1964 1963 1962 1961 1960-50 -45-40 -35-30 -25-20 δ 18 O [ ] VSMOW

δ 18 O [ ] VSMOW -45-40 -35-30 -25 0 5000 GISP2 kor [év] 10000 15000 20000 25000 Jég fúrómagok, Jég- kor- szak 30000

Jég-fúrómagok

Megjegyzés A hidrológiai izotópeffektusok egyaránt igazak az oxigénre és a hidrogénre is!

Izotópos víz-vonalak: csapadékvíz vonal, rétegvíz vonal, stb.

Elsıdleges párolgás: Csapadékvíz vonal (CsVV) 40 20 0 Tengervíz -20 δd [ ] -40-60 -80-100 50% 85% 100% -120-140 Globális CsVV -18-16 -14-12 -10-8 -6-4 -2 0 2 4 δ 18 O [ ]

Csapadékvíz vonalak (CsVV) Globális referencia: (Craig 1961) Craig, H. (1961) Isotopic variation in meteoric waters. Science, N.Y. 133:1702-1703 δd = 8*δ 18 O + 10 Meredekség (8) oka: meredekség 1000 lnα 1000 lnα víz pára víz pára ( H ) ( O) = 8,2 25 C-on

Csapadékvíz-vonal (CsVV) Globális: (RóŜanski et al. 1993) δd = 8,13*δ 18 O + 10,8 Kárpát-medencei rétegvíz vonal: (Deák 1995) δd = 7,8*δ 18 O + 6 Kelet-Mediterrán: (Gat & Carmi 1970) δd = 8*δ 18 O + 22

40 Másodlagos párolgási hatás: Párolgás tóból 20 0 δd [ ] -20-40 -60-80 -100-120 -140 40% 20% 60% GCsVV 80% 100% 80% 60% Kezdeti víz (jég), pl. tó (hó) 40% 20% -18-16 -14-12 -10-8 -6-4 -2 0 2 4 δ 18 O [ ]

Párolgási egyenes meredeksége (s) vs. levegı relatív páratartalma (h) 40 20 75%, s=5,2 0-20 95%, s=6,8 δd [ ] -40-60 -80-100 -120 0%, s=3,9 25%, s=4,2-140 -18-16 -14-12 -10-8 -6-4 -2 0 2 4 δ 18 O [ ]

Párolgási vonal: Csepel-sziget 0-10 -20 Helyi csapadékvízvonal Kavicsos-tó δd [ ] VSMOW -30-40 -50-60 -70-80 M04 M06 M09 M02 M05 M03 M01 M08 M07 Tavi üledék Párolgási vonal -90-100 -13-11 -9-7 -5-3 -1 1 δ 18 O [ ] VSMOW

Párolgás közelrıl Homogén légoszlop h << 100% Átmeneti zóna h < 100% Levegı Határréteg h = 100% Víz Homogén vízoszlop

Párolgási hatások Elsıdleges párolgási hatás: vízbıl pára lesz Másodlagos párolgási hatás: a víz egy része elpárolog, a maradék víz izotópos összetétele megváltozik, izotóposan nehezedik.

Másodlagos párolgási hatás a lokális csapadékvíz-vonalon A száraz levegıbe hulló csapadék egy része még a levegıben elpárolog. δd [ ] VSMOW 50 0-50 -100 Csapadék Debrecen környékén (2001-2004) GCsVV L y = 6,6966x - 11,569 R 2 = 0,8665-150 -200-25,0-20,0-15,0-10,0-5,0 0,0 5,0 10,0 δ 18 O [ ] VSMOW

Eltérı izotópos vízvonalak Hortobágy-Üveghuta -40-50 -60 δd [ ] VSMOW -70-80 Nyírılapos Üveghuta -90-100 -13,0-12,0-11,0-10,0-9,0-8,0-7,0-6,0 δ 18 O [ ] VSMOW

Deutérium többlet = d-többlet Definíció: d = δd 8 δ 18 O δd = 8 δ 18 O + d 40 A Globális Csapadék-víz Vonal esetében a d- többlet 10. A d-többlet azt mutatja meg, hogy az adott pont hol helyezkedik el a GCsVV-hoz képest (rajta, alatta, fölötte). δd [ ] 20 0 d>10-20 -40-60 -80-100 d<10-120 -140-18 -16-14 -12-10 -8-6 -4-2 0 2 4 δ 18 O [ ] GCsVV

Párolgás: Balaton 2005 20 0-20 Globális csapadékvízvonal Lokális csapadék sokéves becsült átlaga δd [ ] -40 y = 5,212x - 13,742 R 2 = 0,8588 δ 18 O = -9,5 δd = -67,5-60 -80-100 -10-9 -8-7 -6-5 -4-3 -2-1 0 δ 18 O = -8,5 δd = -57,8 Lokális csapadék sokéves átlaga δ 18 O [ ]

Esettanulmány vízizotópokra Újkígyósi Regionális vízmő Fórizs István, Deák József

Elérési zónák

Újkígyósi Regionális Vízmővek 0 Sokéves csapadékvíz átlag -50 Mélység [m] -100-150 -200-250 A beszivárgó modern és a föláramló idıs víz keveredése. -300-350 Föláramló, zavartalan idıs víz. -400-14 -13-12 -11-10 -9-8 δ 18 O [ ] VSMOW

0-50 -100-150 Mélység [m] -200-250 -300-350 -400 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Vezetıképesség [µs/cm]

Újkígyósi Regionális Vízmővek -8-9 δ 18 O [ ] VSMOW -10-11 -12-13 -14 0 500 1000 1500 2000 2500 Elektromos vezetıképesség [µs/cm]

Újkígyósi Regionális Vízmővek -8-9 Az elsı vízzáró fölött -10 R 2 = 0,6934 δ 18 O -11-12 R 2 = 0,729 A vízzárón áthatoló figyelıkút -13-14 Az elsı vízzáró alatt 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 (Na+K)/(Na+K+Ca+Mg) eé%

Hogyan lehet számolni a δ értékekkel? Mint egy koncentrációval?

Keveredés (víz és oldott bór) δ 1:1 arányban keveredik a minta és a definíció szerint δ=0 nemzetközi sztenderd. keverék = = δ minta + δ 2 δ minta 2 sztenderd δ 18 O vízminta -30 R VSMOW R vízminta 0,002005 R keverék 0,001945 0,001975 δ keverék -15,0005 δ 11 B vizes B -30 R SRM951 R Minta 4,045 R keverék 3,92365 3,983586 δ keverék -15,1826 δ-val számolva -15,0000-15,0000

Számítási feladat 3 Két folyó (A és B) ömlik egy víztárolóba, ahol a két folyó és a tározóból kifolyó víz δ 18 Ο értékei a következık: -4,5, -12,7 és -9,2. Melyik folyónak van magasabban a vízgyőjtı területe? A tározóban lévı víz hány %-a származik az A és hány a B folyóból, ha nincs párolgás és konstansak a vízhozamok és a δ értékek? Nyáron párolog: víz és pára közti frakcionáció 9. Kifolyó víz δ 18 Ο értéke -4,9. A víz hány százaléka párolog el?

Megoldás 3 A B-folyónak van magasabban a vízgyőjtıje. δ ki = xδ A + (1-x)δ B x = 43%, (1-x) = 57% δ be = -9,2. δ pára = -4,9 + (-9) = -13,9. δ ki = δ kifoly + δ pára A fönti egyenletet alkalmazva x=48% az elpárolgott víz aránya.

Számítási feladat 4 Mennyiség (%) δd ( vs. VSMOW) δ 18 Ο ( vs. VSMOW) Óceánok 97,2 0 ± 5 0 ± 1 Jégsapkák, gleccserek 2,15-230 ± 120-30 ± 15 Felszín alatti víz 0,62-50 ± 60-8 ± 7 Felszíni víz 0,017-50 ± 60-8 ± 7 Légköri pára 0,001-150 ± 80-20 ± 10 Jön a globális fölmelegedés. Ha elolvadna az összes jég, akkor mi lenne a tengervíz (óceánvíz) stabilizotópos összetétele?

Megoldás 4 δ 18 Ο = [0,972 0 + 0,0215 (-30 )] /(97,2+2,15)= -0,65 δd = [0,972 0 + 0,0215 (-230 )] /(97,2+2,15)= -4,98

Számítási feladat 5 A Potomac-folyóból vett vízbıl készült az amerikai NBS-1 sztenderd, ahol az NBS-1 és a SMOW közötti kapcsolat a következı. ( 18 O/ 16 O) SMOW = 1,008 ( 18 O/ 16 O) NBS-1 (D/H) SMOW = 1,050 (D/H) NBS-1 δ 18 Ο NBS-1 vs. SMOW =? δd NBS-1 vs. SMOW =? Rajta van a globális csapadék-vízvonalon?

δ 18 O D H 18 16 δd O O SMOW NBS-1 vs.smow SMOW = 1,008 = R R = 1,050 R R NBS-1 SMOW D H 18 16 Megoldás 5 O O NBS 1 1 1000 = -7,937 NBS 1 NBS-1 = 1 1000 = -47,62 NBS -1 vs.smow SMOW 18 16 18 16 O O O O D H D H NBS 1 1 RNBS 1 = = SMOW 1,008 R SMOW NBS 1 1 RNBS 1 = = SMOW 1,050 R SMOW δd = 8*δ 18 O + 10 δd = 8*(-7,937) + 10 = -53,5, fölötte van.

Milyen folyamatok változtathatják meg a víz stabilizotópos összetételét a víz-kızet kölcsönhatáson kívül?