Hidrológiai Közlöny 1989 (69. évfolyam)
1. szám - Marton Lajos–Mikó Lajos: Izotóp-adatok interpretálása az Alföld hidrogeológiai kutatásában
MARTON L.—MIKÖ L.: Izotóphidrológia az Alföld kutatásában 51 3. Az interpretáció néhány fizikai vonatkozása A vizek deutérium ós oxigén—18 tartalma között jól meghatározható kapcsolatok vannak. Mivel az izotóp-frakcionálódás mértéke függ a kondenzációs hőmérséklettől, azért a vizekben mért stabil-izotóp koncentrációkból következtetni lehet a csapadék lehullásakor uralkodó hőmérsékletre is. Legismertebbek a Dansgaard (1964) által meghatározott őZ> m = (8,l ±0,1) Ő 1 80,„ + (11±1) [%o] (1) öD m = 5,G t a—100 [% 0] (2) ő 1 80 m = 0,69< f l—13 [% 0] (3) összefüggések. Ezek az északi félteke csapadékaira vonatkoznak — az afrikai és távol-keleti állomásokat kivéve — és a koncentrációk súlyozott évi középértékeit, illetve a t a felszíni hőmérséklet évi középértékeit jelentik. A közelmúltban feldolgoztuk a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (IAEA) 1961—1975 közötti időszakra vonatkozó adatait (Marton, 1982), melyből néhány fontosabb eredményt a következőkben ismertetünk. Az északi félteke harmincadik szélességi fokától északra eső állomások évi súlyozott középértékeinek 151 adatpárából 0,99 korrelációs tényezővel a öD m = (8,105±0,102) ő 1 8O m+10,777 [% 0] (4) összefüggést kaptuk, kiváló egyezést mutatva az (1) egyenlettel. A kapcsolatokat nem csupán a hagyományos regressziós számítással, hanem ortogonális regreszsziós módszerrel is meghatároztuk ( Reimann, 1981). A szárazföldi állomások adataiból ortogonális regresszió számítással 59 adatpárból a dD m = 8,184 ő 1 8O m + 10,404 [%] (5) összefüggést kaptuk. Az izotópkoncentrációk és az évi középhőmérséklet kapcsolatát ortogonális regresszióval a szárazföldi állomásokra ÖD m = 7,34 t a—136,13 [% 0] , (6) illetve a ő 1 8O m = 0,73 t a—16,15 {%<,] (7) összefüggés fejezi ki. Látható, hogy a (6)—(7) szerinti eredmények eltérnek a (2) és (3) összefüggésektől, aminek az a magyarázata, hogy adatainkat két külön csoportra osztottuk. A szótválasztás azért vált szükségessé, mert az összes adat együttes kezelésekor az adatok elég erős szignifikanciával ellentmondtak a homogenitásra vonatkozó feltóteleknek. Amikor különválasztottuk a szárazföldi és tengeri—tengerparti adatokat, azt kaptuk, hogy nagy valószínűséggel megfeleltek a homogenitásra vonatkozó hipotézisnek. (A tengerparti állomásokra kapott összefüggéseket e helyen nem közöljük.) Amikor azt a kérdést vizsgáltuk, hogy a meghatározott regressziós kapcsolatok változói közül melyek tekinthetők ,,pontosabb"-nak, érdekes következtetésre jutottunk. A vizsgálatok szerint a ő 1 80, öD és t a értékek a kapcsolatokban úgy viselkednek, „mintha a deutérium pontosabban mérhető lenne, mint a hőmérséklet", másrészről pedig „mintha a d 1 80 mérése kevésbé megbízható lenne, mint a deutériumé vagy akár a hőmérsékletmérésé". A regressziós kapcsolatok által értelmezhető sorrend tehát a tényezők „relatív megbízhatósága" tekintetében a következő: öD, t a, ő 1 80. Ez természetesen nem a laboratóriumi méréstechnika megbízhatóságát, hanem az izotópok viselkedésének, frakcionálódásának tendenciáit, a folyamat belső tulajdonságait minősíti a matematikai statisztika eszközeivel. 4. Az interpretálás néhány gyakorlati szempontja 4.1. Kerülni kell a stabil izotóp koncentrációk ,,átszámítását" A vízmolekula alkotórészét képező 1 80 és 2H megoszlása, arányainak változása a vizek eredetének, származásának körülményeiről nyújt információkat. Általános tapasztalat, hogy a laboratóriumok sokkal szívesebben végzik az 1 80/ 1 60 arány, mint a D/H arány meghatározását, s a 8D értékeket esetenként a ö 1 80 mérésekből számítják. Ez a gyakorlat jelentős értelmezési hibához vezethet. Ennek egyik indoka az, hogy a magas hőmérsékletű termálvizeknél az „oxigén-eltolódás" jelensége lép fel. A vízben lévő oxigén és a tárolókőzet oxigén atomjai között izotópcsere megy végbe, s ez a hatás az idő és a hőmérséklet függvénye. Ez a cserefolyamat 100 °C alatt még nem nagy, e felett nem elhanyagolható. A másik indok, amiért kerülni kell <5D-nek a ő 1 80-ból való átszámítását, az, hogy a öD—ő 1 80 összefüggés a földtörténet során változik, időben nem állandó. Az északi félteke mai szárazföldi csapadókállomásaira érvényes összefüggések az (1) és (4) vagy (5) egyenletekkel, illetve ezek egyszerűsített áű = 8ő 1 80 + 10 forforrnájával írhatók le. Az utolsó jégkorszak idején az óceán I 80-ban bedúsult, s erre az időszakra a öí) = = 7,9S 1 S0 vagy ennek kerekített formája a dD = 8ő l sO kapcsolat volt a jellemző (Harmon és Schwarz, 1981). Egy harmadik indoka is van annak, hogy ne a ő 1 80 mérésekből számítsuk ki a ÖD értékeket. Mint láttuk, a deutérium a matematikai statisztikai vizsgálatok szerint „megbízhatóbb" változó, mint az 1 80. 4.2. A gőzképződés módosítja az izotópkoncentrációt Külön figyelmet érdemel a termálvizek mintavételi technikája és a gőzképződés módosító hatása az izotóp-koncentrációra. A mintavétel gyakran nehézségekbe ütközik, sőt esetenként nem is lehet az eredeti, a tárolókőzetben lévő állapotokat kifejező izotóptartalommal mintákat venni. Természetes melegvizű forrásokból vagy nyitott fúrólyukakból, ahol a víz alap- vagy talphőmérséklete 100 °C felett van, s ahol a felszínre egy olyan keverék jut, amely 100°C-os 1 at nyomású vízből és gőzből áll, csak egyfázisú mintát lehet venni. Az ilyen víz már deutériumban ós oxigén- 18-ban bedúsult a párolgás (gőzképződós) következtében.
