Hidrológiai Közlöny 1982 (62. évfolyam)
4. szám - Marton Lajos: A deutérium és az oxigén-18 adatok interpretálása a hidrogeológiai kutatásokban
180 Hidrológiai Közlöny 1982. 4. sz. A deutérium és az oxigén-18 adatok interpretálása a hidrogeológiai kutatásokban MA II TON LAJOS* Ebbe» a tanulmányban az izotóphidrológia egy szűkebb területével, a víz alkotórészei stabil izotópjainak hidrológiai ós hidrogeológiai alkal' mazásával foglalkozunk. A deutérium és az oxigén-18 izotópok elsősorban a vizek származásának, eredetének körülményeiről adnak lényeges információkat. A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (International Atomic Energy Agency, Vienna) publikált izotópadatainak feldolgozásával az északi félteke tengerparti ós szárazföldi (elsősorban európai) területeire új összefüggéseket határoztunk meg a stabil-izotóp tartalom és a csapadék lehullásakor (a felszín alatti víz beszivárgásakor) a területre jellemző közóphőmórséklet között. A Nyírség (északkelet-magyarországi 5000 km 2 kiterjedésű, környezetéből kiemelkedő folyóvízi hordalékkúp) hidrogeológiai viszonyainak részletesebb megismerése céljából a vizek stabil izotóp tartalmát is meghatároztuk s az értékelésnél a levezetett új összefüggéseket alkalmaztuk. A stabil izotóp tartalom alapján jól el lehetett különíteni a pleisztocén vizeket a fiatalabb vizektől, amit a C—14-es kormeghatározások is igazoltak. A korszerű hidrológia egyik alapvető feladata a felszín alatti vizek származásának, készleteinek, utánpótlódásának megismerése. Ennek elérésében egyre nagyobb szerepet kap az izotóphidrológia. Általa olyan eszköz kerül a kutató kezébe, amely jelentősen mélyebb betekintésre ad lehetőséget a természet jelenségeibe, mint a korábban alkalmazott módszerek. Amíg a radioaktív izotópokkal a vizek abszolút vagy relatív korát lehet meghatározni, a stabil izotópok elsősorban a vizek származásáról, eredetének körülményeiről nyújtanak fontos információkat. 1. Az izotóp-koncentrációk értelmezése A stabil izotópok tekintetében még nem is olyan régen az a nézet uralkodott, hogy ezek a természetben állandó arányban fordulnak elő, következésképpen nincs nagy jelentőségük. Az 1950-es évektől kezdve azonban egyre szélesebb körben mutatták ki, hogy a hidrogén, az oxigén, a kén és más elemek (különösen a könnyű elemek) izotóp-keverékei nem állandók, hanem jelentősen eltérnek, frakcionálodnak. A Föld geológiai története folyamán a fizikai és kémiai folyamatok eredményeként az izotópösszetétel megváltozik. Laboratóriumi körülmények között is sikerült az elemek izotópjainak frakcionálását megvalósítani, tgy bizonyos mértékben lehetőség nyílik képet alkotni azokról a körülményekről, hatásokról, amelyek a geológiai és hidrogeológiai folyamatokban akkor uralkodtak , amikor a vizsgált képződmény kialakult. A hidrogén stabil izotópjainak ( 1H = prócium; 2H — D = deutérium) és az oxigén stabil izotópjai*Keletmagyarországi Tervező Vállalat, Debrecen. nak ( 1 60, 1 70, 1 80) tanulmányozása fontos információkat nyújt a felszín alatti vizek genezisére vonatkozólag, mivel ezek magának a víznek az összetevői. Mivel mind a hidrogén, mind az oxigén poliizotópos, a víz fázisátalakulása (párolgás, kondenzáció, fagyás) izotópeffektust von maga után, amelynek nagysága jellemző a folyamat körülményeire. így a víz is megőrzi számunkra azokat a hatásokat, amelyek korábban érték. A természetes vizek legfontosabb izotópkomponenseinek aránya H 2 1 60 : H 2 1 80 : HD 1 60 közelítőleg 997 680:2000:320. Százalékosan kifejezve: a H 2 1 80 0,20%-ban, a HD 1 60 0,03%, a H 2 1 70 pedig mintegy 0,04%-ban fordul elő (EISENBERG—KAUZMAN, 1969). Az elemek izotóp összetételének eltérését (deviációját) CRAIG (1961) javaslatára a következőképpen értelmezzük: d — — • 1000 %„ (1) -rtSMOW ahol R = D/H, illetve R = 1 80/ 1 60. A vonatkoztatási alapszint a SMOW (Standard Mean Ocean Water), melynek koncentrációja: D/H = (158+ 2) • • 10" 6, illetve 1 80/ 1 60 = (1993,4 ±2,5)-lO" 6 (F ERRON SZKIJ, 1974). A fenti alakú relatív eltérés (ún. „delta" érték) használata azért előnyös, mert általa a mérések szabályos hibái kiesnek. A meghatározás pontossága a deutériumnál ±2% 0, az oxigén-18-nál ±0,2% 0. Ha a deviáció egy másik standardhoz (ö') viszonyítva van megadva, amely ő s í% 1 )-kel tér el a SMOW-tól, akkor a SMOW-ra vonatkoztatott deviáció: ő=d'+d s í+ő' -ő s l, (2) amint azt DANSGAARD (1964 p. 438.) kimutatta 2. Az izotópok frakcionálódási folyamata a csapadékokban Az izotópok frakcionálódását alapvetően két folyamat idézi elő: a párolgás és a kondenzáció. A párolgás és a kondenzáció során a folyadékfázis progresszíve dúsul, a gáz fázis szegényedig nehéz izotópokban. Itt nem részletezzük a folyamat leírását, amely DANSGAARD (1964) alapvető művében megtalálható. Csupán néhány összegező megállapítást teszünk. A tengerről és tavakról felszálló vízpára nehéz izotópokban szegényebb, mint a párát adó vizek. Minél távolabb hull ki a parttól a csapadék, annál inkább csökken benne a nehéz-izotóp tartalom (kontinens-effektus). Minél kisebb a lehulló csapadékmennyiség, annál nagyobb a nehéz izotópok leadása (tömeg-effektus). Ezért az édesvizek nehéz izotópokban szegényebbek, mint a tengervíz, amely közel állandónak mondható izotópkoncentrációval rendelkezik.
