A Miskolci Egyetem Közleménye, A sorozat, Bányászai, 77. kötet (2009) AZ EGRI TERMÁLVIZEK EREDETE, TERMÉSZETES NYOMJELZŐK ALAPJÁN Dr. Deák József ügyvezető G WIS Kft., 21020. Dunakeszi, Alkotmány u. 45 drdeakj@fremail. hu Dr. Scheuer Gyula ügyvezető VTV Terv Bt., 1148. Budapest, Örs vezér tere 18. ftvzrt@t-online. hu Kivonat A dolgozat ismerteti az egri és Eger környéki termálkarszt áramlási rendszer eddigi környezeti izotóp ( l4 C, H, d 2 H és d 13 C) elemzési adatai alapján levont vízföldtani következtetéseket. Az izotóp adatok igazolják, hogy az egri langyos források vize a D-DNY irányból érkező termálvíz, és a K-ÉK irányból áramló hideg karsztvíz keveréke, amelyhez időnként a helyi talajvíz is kismértékben hozzákeveredik. A langyos források vizének 4 7 ezer éves M C kora" a keveredés miatt előállt fiktív érték. A termális karsztvizekben mért 13 15 ezer éves vízkorok azonban elfogadhatóak, mivel a stabil hidrogénizotóp adatok alapján e vizek jégkorszaki eredetűek. Az egri termálkarszt rendszer vizeiben található többlet széndioxid metamorf eredetét a d l3 C adatok igazolják. Abstract Hydrogeological conclusions drawn by the available environmental isotope ( M C, 3 H, 5 2 H and 5 13 C) data of the thermal karstic flow regime are presented. Isotope data verified that the groundwater of the Eger lukewarm springs is the mixture of the thermal water arriving from S-SW direction with cold karstwater arriving from N-NE direction, containing from time to time a small amount of the local shallow groundwater. I4 C groundwater "ages" of the lukewarm springs of 4 to 7 thousand years are fictitious in consequence of the mixing process. However the groundwater ages of thermal karstwaters of 13 to 15 thousand years are acceptable, since the d2h data verify that these waters are of Ice-age infiltration. C02 surplus in the Eger thermal karst regime is metamorphic origin proven by 8 i3 C data. 1. Bevezetés Az egri langyos (28-32 C) források, évezredek óta természetes úton törnek felszínre, egy olyan karsztos sasbércből, amelynek felszíne 10-20 m-nyi alluviális kaviccsal fedett. 39
Dr. Deák József, Dr, Scheuer Gyula A források vizének származásáról szóló elméletét Schréter már 1923-ban leírta. Ennek lényege, hogy a Bükk hegység DNy-i részén felszínen lévő eocén és triász-kori mészkő rétegekben a lehulló csapadék elszivárog, egészen a vízzáró fekürétegig. A beszivárgó víz követi az Alföld irányában egyre nagyobb mélységbe süllyedő mészkövet, miközben felveszi az ott uralkodó egyre magasabb hőmérsékletet. Az így felmelegedett karsztvíz a vetődések mentén langyos forrásokként a hidrosztatikai nyomás hatására a felszínre tör. Kleb és Scheuer (1983) feltételezték, hogy az egri langyos forrásokban megjelenő - Schréter által leírt meleg karsztvíz, az Egertől kelet-északkeletre lévő felszíni kibúvásokból, viszonylag frissebb és hidegebb vízutánpótlást is kap, így vize keverék. Ez a keveredés azonban nagy területen játszódik le. A fenti koncepcionális modellek verifikálását mutatja be dolgozatunk a rendelkezésre álló izotóphidrológiai adatok alapján. Az egri termális karsztvízrendszer mind hidrogeológiai, mind környezeti izotópos vizsgálatok szempontjából az egyik legalaposabban feltárt terület. Sajnos a környezeti izotóp mérések nem egységes kutatási téma keretében, különböző időpontokban történtek, így az eredmények hiányosak. 2. Vízkor meghatározás az egri és Eger környéki karsztvizekben 2.1. Radiokarbon ( 14 C) vizsgálatok A 14 C vízkor meghatározást kétféle módszerrel végeztük; stabil szénizotóp korrekcióval, illetve a magyarországi gyakorlatban (Marton L. 1981; Deák J. 1979) általánosan elfogadott A o =60 pmc (percent of modern Carbon) kiindulási l4 C koncentráció alapján. A hideg karsztvizek esetében 8 I3 C korrekció nem alkalmazható, mivel a fiatal (1952 utáni) légköri C0 2 magasabb 14 C koncentrációja miatt, lényegesen magasabb a kiindulási 14 C koncentráció, mint a 5 13 C-nak megfelelő érték, így értelmezhetetlenül fiatal vízkorokat kapnánk. Az idősebb, többlet széndioxidot és hidrogénkarbonátot (DIC) tartalmazó vizeknél szükséges a 5 i3 C korrekció elvégzése, mivel a 14 C-re inaktív CO2 növekmény miatt a valóságosnál lényegesen kisebb l4 C koncentrációt, így nagyobb vízkorokat kapnánk. A meglévő 14 C vízkor adatokból szerkesztett izo-kron térkép folyamatos vízkor növekedést mutat a Bükk hegységtől távolodva (1. ábra), ami látszólag ellentmond a hidrogeológiai alapon feltételezett keveredésnek. 40
Az egri termálvizek eredete, természetes nyomjelzők alapján ^ggf Felsőtárkány ^ 9 ^ < ilnémeľ 11000 13000 Számol ya' 13000 Andornaktálya,4 C age [years] 1. ábra Azonban, ha a 2. ábrán bemutatott áramlási modellt vesszük alapul, érthető a látszólagos vízkor fokozatos növekedése a felszíni karsztos területektől távolodva. A Bükk hegység DNy-i részéről távolodva ugyanis fokozatosan csökken a hideg 41
Dr. Deák József, Dr, Scheuer Gyula komponens részaránya, és egyre inkább az idősebb, meleg víz dominál, amit a vízkor-vízhőmérséklet összefüggés is jól demonstrál (1. ábra). A keveredés hidraulikai feltételeit mutatja be a 2. ábra. A források vizének a legkisebb a piezometrikus nyomásszintje, alacsonyabb úgy a hideg (fiatal), mint az idősebb (meleg) karsztvizeknél. Tehát mindkét fajta víznek potenciális lehetősége van a források felé történő áramlásra. Mivel a források vize keverék, így a 4-7 ezer éves vízkor fiktív érték, csupán a keveredés arányára jellemző. Az egri langyos források 30 C-os hőmérséklete és 4-7 ezer éves (virtuális) kora az idős, meleg komponens és a friss hideg karsztvíz keverékeként alakul ki. 42
Az egri termálvizek eredete, természetes nyomjelzők alapján A forrásoktól távolabbi idősebb, termális karsztvizek 13-15 ezer éves l4 C kora elfogadható a deutérium koncentrációk alapján (3. ábra). A -75 - -85 %o-es S 2 H (deutérium) értékek ugyanis azt jelentik, hogy a 60 C-nál melegebb kutak vize, a mainál hidegebb, +5 +7 C évi középhőmérsékletű klímában hullott csapadékból származik. Ezt az értéket az évi középhőmérséklet és a csapadék évi súlyozott átlagos deutérium koncentrációja közötti összefüggésből: ô H = 3,7 t a - 100 (%o) állapítottuk meg (Deák J. 1979). Tekintettel arra, hogy az utolsó glaciális időszak mintegy 10 ezer évvel ezelőtt ért véget, a +5 - +7 C évi középhőmérséklet - ami a többi 13-15 ezer éves magyarországi felszín alatti vízre is jellemző - reális érték, és jelzi a 14 C vízkor adatok megbízhatóságát. A keveredést bizonyítja, hogy az egri langyos forrásokon folyamatosan 20 600 rn 3 /év, átlagosan 30 C termálvíz tör a felszínre (Schréter Z. 1923). Ennek hő-kapacitása 3*10 5 kcal/perc = 2 10 7 W. Ennek az óriási hőmennyiségnek az összegyűjtéséhez még abban az esetben is több mint 200 km 2 szükséges, ha feltételezzük, hogy a földi hőáram (100 rnw/m 2 ) teljes egészében ennek a víznek a felmelegítésére fordítódik. A vízhőmérséklet és a deutérium arány kapcsolata az egri termálkarszt rendszerben -60-65 -70 * e 8 i *> 4-75 <0> -80-85 -90 20 30 40 50 vízhőmérséklet 70 80 3. ábra 43
Dr. Deák József, Dr, Scheuer Gyula 2.2. Trícium f H) vizsgálatok Az 1952 utáni csapadékból származó vizek a magaslégköri termonukleáris robbantások következtében mérhető mennyiségű tríciumot tartalmaznak, így a friss vizek esetleges jelenléte az idősebb karsztvizekben, trícium méréssel kimutatható (Deák 2004). A 4. ábrán látható, hogy a vizsgált területen a 20 C-nál hidegebb karsztvizek mind tartalmaznak tríciumot, míg a 30 C-nál melegebb vizekben sehol sem mutatható ki trícium (<0,5 TU). Az egri langyos források, a hideg karsztvíz utánpótlódásától és a kút termelésétől függően időben változó arányban, 0-10 %- nyi, a környező talajvizekből származó vizet tartalmaznak a trícium mérések alapján. Mivel az 57 évnél fiatalabb víz az emberi tevékenység által potenciálisan szennyezett, így folyamatos detektálása rendszeres trícium mérésekkel vízminőségi szempontból rendkívül fontos. Vízhőmérséklet és trícium tartalom kapcsolata az egri termálkarszt rendszerben Lm m 0 10 20 30 40 50 60 70 80 vízhőmérséklet 4. ábra 44
Az egri termálvizek eredete, természetes nyomjelzők alapján 2.3. A többlet széndioxid eredete Az egri termális karsztrendszer vizeinek összes szervetlen szén (DIC) koncentrációja nő a vízhőmérséklettel, a hideg karsztvizekre jellemző 250-300 mg/l-től több ezer mg/l-ig. Ez a növekedés valamilyen többlet C0 2 hozzákeveredését jelzi, ami l4 C-re inaktív, így meghamisítja a vízkor adatokat. Másik igen fontos szerepe ennek a mélységi eredetű széndioxidnak, hogy hatására agresszívvá válik a karsztvíz (amelyben már előzőleg beállt az egyensúly) és újabb mészkövet képes feloldani. Ennek viszont karsztgenetikai szempontból óriási a jelentőse, mivel azt jelzi, hogy a karsztosodás folyamata nagy mélységben is lejátszódik. A karsztvizek - a többlet C0 2 segítségével - egyre bővítik járataikat e mélységi karsztkorrózió révén (Müller P. 1976). Ennek a mélységi széndioxidnak az eredetét vizsgáltuk stabil szénizotóp (5 13 ) adatokkal a budapesti termálvizekben (Deák J. 1979) és legalább 200 C hőmérsékleten lejátszódó metamorfózist valószínűsítettünk. A budapestihez hasonlóan az alábbi képlettel számoljuk az ismeretlen eredetű CO2 stabil szénizotóp arányát (5 X ): Ő X =±(C 0 (S 0 -S X )) ^m + S X ahol 8 m a vízmintákban mért 5 13 C C m a vízmintákban mért DIC (összes CO2) 8 0 a hideg karsztvizekre jellemző 8 I3 C Co a hideg karsztvizekre jellemző DIC (összes C0 2 ) Tehát a mért 8 I3 C értékeket a szintén mért DIC reciprokának függvényében ábrázolva, egyenest kapunk, amelynek a 8 13 C tengellyel alkotott metszéspontja jó közelítéssel az ismeretlen eredetű CO2 stabil szénizotóp összetételét (8 X ) adja meg. Az egri termális karsztrendszer vizeiben az egyenes metszéspontja +l%o, ami gyakorlatilag azonos a mészkövekre jellemző 0 +2 %o értékkel. Míg a budapesti termálvizekben kapott +3%o viszonylag magas hőmérsékletű metamorfózisra utal, Eger-kömyékén ennél alacsonyabb hőmérsékletű metamorfózisból származik a mélységi C0 2. A vulkáni eredetű széndioxid jelenléte kizárható, mivel annak - világirodalmi adatok szerint - lényegesen negatívabb, - 7%o a stabil szénizotóp összetétele. 45
Dr. Deák József, Dr, Scheuer Gyula 3. Következtetések Az izotóphidrológiai adatok hasznos információkat adtak az egri termálkarszt áramlási rendszer vizének és a többlet széndioxid eredetének vizsgálatához. Igazolták, hogy az egri langyos forrásokban háromféle víz keveréke jelenik meg: a Bükk-hegység távolabbi területein beszivárgott és nagy mélységbe leáramlott idős karsztvíz, az Egertől EK-K-re lévő felszíni karsztkibúvásokban beszivárgott és direkt úton a terület alá áramló 15-20 C-os, maximum 1-2 ezer éves karsztvíz, alkalmanként a források vizéhez hozzákeveredő, a kavicsos alluviumból származó talajvíz. Irodalomjegyzék Dénes Gy. Deák J. (1981): Felszín alatti vizek környezeti izotóp vizsgálata, VITUKI Zárójelentés, Budapest, 1981 Deák J. (1979): Radiocarbon dating of the thermal waters in the Budapest area, Zentralinstitut für Isotopen, Mitteilungen Nr. 30., Leipzig, pp. 257-266 Deák, J. (1982) Az Eger környéki termális karsztvizek korának meghatározása" Egyszerű termálvizek komplex hasznosításának kérdései, MHT kiadvány, Eger, pp. 70-81 Deák, J. (2005): Az ásványvizek eredetének, védettségének kimutatására szolgáló izotóptechnikai módszerek", A Kárpát-medence ásványvizei", II. nemzetközi konferencia, Csíkszereda, 2005.pp.27-36 Kleb, B. - Scheuer, Gy. (1983): Az egri gyógyfürdők vízföldtana in. Sugár I. szerk. Eger gyógyvizei és fiirdői, pp. 11-78, Heves megyei Tanács Marton L. (1981): A környezeti izotópok felhasználása a Nyírség mélységbeli vizeinek kutatásában, Kandidátusi értekezés, 1981 Müller P. (1976): Metamorf eredetű széndioxid karsztkorróziós hatása, Karszt és Barlang (1976) Schréter Z. (1923): Az egri langyos vizű források Földtani Intézet Évkönyve 1923. XXV. kötet 4. füzet 46