Hidrológiai Közlöny 2009 (89. évfolyam)

3. szám - Marton Lajos: Idős felszín alatti vizek 14C tartalmának hidrogeológiai értelmezése

MARTON L..Idős felszín alatti vizek l

4C tartalma 61 ti, hogy az 1. minta vize a legfiatalabb, majd sorrendben idősödnek, és legidősebb a 4. minta vize. Ha azonban további információink is vannak a termálvíz kémiai jellemzőiről, már nem állíthatjuk, hogy a víz kora a fenti sorrendben alakul. Az 1. táblázatban nevesítve közöljük a kutak vizének jellemzőit. Látható, hogy Földes termálkútjának vize a maga nagy Na és Cl koncentrációjával nem lehet fiatal víz, úgyszintén Hajdúszoboszló termálvize sem. 1. táblázat. Néhány hévízkút l

4C- és hélium-kora, valamint vízkomponensei A tudomány mai állása szerint a nemesgázok (pl. hélium) koncentrációjából is meghatározható a vizek kora, adott esetben ún. hélium-kora, ami már inkább tekinthető a víz tényleges vagy maximum korának. Mivel a hélium nemesgáz, nem lép semmiféle kémiai reakcióba a kőzettel. Elméleti megfontolások A különböző korú vizek keverékének radiokarbon kora értelemszerűen a különböző koncentrációjú vizek keveredési arányától függ. Két különböző koncentrációjú (C„ és C„) folyadék keveredésekor keletkező elegy koncentrációját (C,) az ún. keveredési egyenlet alkalmazásával határozhatjuk meg. Egy konzervatív jelzőanyag esetén a keveredési egyenlet a következő formában írható fel: C

0Q

0 + C

nQ

n=C

tQ

t, (1) ahol C = mindkét oldal koncentrációja Q = vízhozam o, n, t indexek = az idős (o), az új (n) és a teljes (?) (vagy eredő) vízhozamokat, illetve koncentrációkat jelölik. Qo+Qn=Q, (2) Az új vízhozam aránya az egészhez viszonyítva az C -C X= ' 0 (3) C„-C

0 formulával fejezhető ki (Pinder és Jones 1969). (A l

4C-aktivitású víz ugyan nem konzervatív, de a nagy felezési idő miatt esetünkben közelítően konzervatívnak tekinthető). A laboratóriumi gyakorlatban jelenleg általánosan használt formula szerint a vizek korát az Ingerson-Pearson (1964) modellel így számítják: t (év) = - 8270xln(A/A

o), (4) ahol A = Per cent Modern Carbon (pmc) aktivitás, A

0= a DIC (dissolved inorganic carbon) aktivitása. Az A

0 érték egyszerűsített formában az A

0= 100*S

1

3C/(-25) (5) összefüggéssel fejezhető ki, amelyben 8

I

3C az ún. relatív szénizotóp-arány %o-ben.. Egyszerű fogalmazásban a víz korát a laboratóriumban mért A aktivitás és egy „kezdeti" A

0 aktivitás ismeretében számítjuk a (4) szerinti összefüggésből. Matthes-Münnich-Sonntag (1976) közreadtak egy modellt a különböző koncentrációjú vizek keveréke 1

4C-korának, valamint a trícium-kor értelmezéséhez. A Matthes-modell nyomán készített modellünkben első lépésként a felszín alá érkezett l

4C

D|

C = 85% koncentrációjú fiatal víz keveredési mértékének a számított korra gyakorolt hatását vizsgáljuk. A 2. táblázatban ezt oly módon tesszük, hogy az idős alapvíznek egyre kisebb és kisebb koncentráció-értékeket adunk, nevezetesen l

4C = 0,1 % ; 0,01 %; 0,001 % és 0,000 % -modem értékeket. A számítást ri

/

2=5730 év felezési idővel végezzük. A táblázat 5. oszlopában a kétféle víz keverékének l

4C koncentrációi, a 6. oszlopban pedig azok ,

4C-modell-kora található, években kifejezve. A 7-9. oszlopban az alapvíz koncentrációját fokozatosan csökkentettük, és kiszámítottuk azok 1

4C-modell-korát. Látható, hogy az idős víz kora gyakorlatilag nem befolyásolja a számítható radiokarbon korok nagyságát, az kizárólag az újabb (fiatalabb) vizek aktivitásától és hozzáfolyási arányától függ. A 2. táblázatból leolvasható, hogy pl. 30 % recens víz (85 % pmc) és 70 % idős víz (alapvíz) keveréke 9955 ~ 10000 év köriili radiokarbon-kort eredményez, akármilyen idős az alapvíz. A táblázat utolsó sora az alapvíz modell-korát adja, mivel ez esetben nincs recens vízzel való keveredés. A modell-korokat úgy számítottuk, hogy A

0 = 85 %-ot, A értékként pedig az egyre csökkenő keverékvíz koncentrációkat vettük. Ebből az következik, hogy a hidrogeológiában oly fontos kérdésről, nevezetesen arról, hogy milyen idős lehet egy termálvíz, a radiokarbonos kormeghatározás semmilyen tájékoztatást nem nyújt, bármilyen legyen is a mért érték. A mért ,

4C -es aktivitás kizárólag a hozzááramlott fiatalabb víz keveredési arányának a függvénye. 2. táblázat. Különböző keverékvizek 1

4C-modeIl-kora (szerk. Marton) Víz-l (fiatal) Víz-2 (idős) Keverék Kev 1-2 Kev 1-3 Kev 1-4 Kev 1-5 C-14 FrakC-14 FrakC-14 Víz 2 Víz 3 Víz 4 Víz 5 pmc ció pmc ció pmc I

4C=0,1 l

4C=0,01 1

4C=0,001 l

4C=0,0001 % % 1

4C modell-kor (év) 85 100 0,1 0 85,00 0 0 0 0 85 90 0,1 10 76,51 870 871 871 871 85 80 0,1 20 68,02 1843 1845 1845 1845 85 70 0,1 30 59,53 2945 2949 2949 2949 85 60 0,1 40 51,04 4217 4224 4224 4224 85 50 0,1 50 42,55 5721 5732 5732 5731 85 40 0,1 60 34,06 7562 7577 7577 7576 85 30 0.1 70 25,57 9932 9956 9956 9955 85 20 0,1 80 17,08 13269 13309 13309 13307 85 10 0,1 90 8,59 18952 19040 19040 19039 85 1 0,1 99 0,95 37166 38072 38072 38076 85 0 0,1 100 0.10 55772 93861 93861 112888 Néhány hévízkút He-koncentrációja és hélium-kora Palcsu László (ATOMKI) egy nagyobb kutatási program keretében az olajbányászat során visszasajtolt víz hatását vizsgálta termálkutakban (Palcsu 2002). Az országban több mint negyven termálkútban mérték a radiokarbon és a trícium koncentrációját, az oldott gázok öszszetevőiben pedig a stabil-izotópokat. Négy termálkút vizéből (Karcag, Hajdúszoboszló, Földes, Füzesgyarmat térségében) oldott nemesgáz mintázására is lehetőség volt. A vizek Ingerson-Pearson-modellel számolt radiokarbon kora, melyek adatait a VlTUKl szolgáltatta, több tízezer éves. Palcsu (2002) doktori (PhD) értekezésében megállapította, hogy mind a négy vízmintában jelentős mennyiségű héliumtöbblet található. A kőzetekben az urán és a tórium bomlási soraiban jelenlevő, alfa-bomló izotópok Kat. sz. Hely 14/-. LDIC Ao Ckor Hekor X Na Cl HCO, Kat. sz. Hely pmc pmc ezer év ezer év % mg/l mg/l mg/l B 212 H-szoboszló 0,56 5.2 18,5 44,2 10,8 1360 1200 1571 K-70 Karcag 0,63 11,2 23,8 1193 5,6 793 494 1356 K-29 Földes 2,46 8,4 10,1 3113 29,3 4817 7950 488 B-34 Füzesgyarmat 0,86 41,2 32,0 119 2,1 n.a. n.a. n.a.