Cseppkövek és korallok folyadékzárványaiban oldott nemesgázok vizsgálata Palcsu László MTA Atommagkutató Intézete Hertelendi Ede Környezetanalitikai Laboratórium Debrecen, Bem tér 18/c
Cseppkövek és korallok folyadékzárványaiban oldott nemesgázok vizsgálata Papp László és Major Zoltán
A múltbeli klíma vizsgálata cseppkövekkel (hımérséklet)
• Karbonát izotóp-összetétele (13C, 18O) • Folyadékzárvány izotóp-összetétele (18O, 2H) • Karbonát és folyadékzárvány 18O összetételének eltérése • Növekedési periódusok (hideg-meleg) • Folyadékzárványok nemesgázai?
közvetlen
k ö z v e t e tt
A felszín alatti vizekben lévı nemesgázok Gázok oldhatósága folyadékban:
Henry-féle oldódási törvény pi: az adott gáz parciális nyomása KH,i: az adott gázra vonatkozó Henry féle oldódási tényezı R: univerzális gázállandó T: hımérséklet
A felszín alatti vizekben lévı nemesgázok Vízben oldott nemesgázok méréstechnikája: -Mintázás: rézcsıbe -Mintafeltárás: gázkezelı vákuumrendszer, -cryo-rendszer -Nemesgázmérı tömegspektrométer
A felszín alatti vizekben lévı nemesgázok Tehát: Adott: 20-40 ml vízminta 0,5 - 2 % pontossággal meg lehet mérni a He, Ne, Ar, Kr, Xe koncentrációját 0,5 - 1 ºC pontossággal meghatározható a beszivárgási hımérséklet A módszer elınyei:
- viszonylag egyszerő méréstechnika
A módszer hátrányai:
- korlátozott hozzáféréső minták - rossz felbontás: a rövid ideig tartó változások nem látszanak (keveredés, diszperzió) - az általában használt radiokarbon kormeghatározási módszer miatt csak kb. 30-40 ezer évig lehet visszamenni az idıben
Új lehetıség: cseppkövek folyadékzárványaiban oldott nemesgázok Folyadékzárványokra alapozott klímakutatás elınyei lehetnek: - Pontos datálás (U-Th módszer) - Jó idıfelbontás - Szélesebb idıspektrum Hátrányok (amit eddig tudunk): -Bonyolultabb méréstechnika (0,1-2 µl víz!) -Levegızárványok (neonanomália)
Sıt! Akár korallok is vizsgálhatóak! A tengerfelszín hımérsékletének (SST: sea surface temperature) múltbeli változását lehetne nyomon követni.
Eljárás a folyadékzárványok kinyerésére és a nemesgázok mérésére: -A cseppkövet vákuum alatt össze kell törni és a folyadékzárványokat fel kell szabadítani -A felszabaduló gázokból el kell választani a nemesgázokat -Szeparálni kell ıket egymástól -Tömegspektrométeres mérés
P=2,0052 Pa
Cseppkımérés
Vízmennyiség mérése a víz gıznyomásán keresztül 1100 1050 y = 1526,8x + 37,134
Nyomás (0,01mbar)
1000 950 900 850 800 750 700 650 600 0,400
0,450
0,500
0,550
0,600
0,650
Víz (mg)
900 800
y = 262,24x - 14,121
Nyomás (0,01mbar)
700 600 500 400 300 200 100 0 0,400
0,900
1,400
1,900 Víz (mg)
2,400
2,900
0,700
Heidelbergi mérések Mérési pontosságok
Levegızárványok okozta nemesgáztöbblet
Problémás hımérséklet- -Mintafeltárási eljárás kidolgozása meghatározás a levegı- és folyadékzárványok elválasztására T. Kluge: IUP Jahresbericht 2006, p. 124. T. Kluge, W. Aeschbach-Hertig: The way to noble gas paleotemperatures derived from fluid inclusions in stalagmites (poster), EGU General Assembly 2007, Vienna, Geophys. Res. Abstr., 9, EGU2007-A-02369.
-Alacsony levegıtartalmú cseppkövek keresése
Új lehetıség: cseppkövek folyadékzárványaiban oldott nemesgázok Levegı/víz arányok különféle cseppkımintákban
Bunker Höhle SD T. Kluge, T. Marx, D. Scholz, S. Niggemann, A. Mangini, W. Aeschbach-Hertig: A new tool for palaeoclimate reconstruction: noble gas temperatures from fluid inclusions in speleothems, Earth and Planetary Science Letters (2008) in press
T. Kluge: IUP Jahresbericht 2006, p. 124. T. Kluge, T. Marx, D. Scholz, S. Niggemann, A. Mangini, W. Aeschbach-Hertig: A new tool for palaeoclimate reconstruction: noble gas temperatures from fluid inclusions in speleothems, Earth and Planetary Science Letters (2008) in press
Mintafeltárási eljárás kidolgozása a levegı- és folyadékzárványok elválasztására: -A cseppkıminta összezúzása és melegítése vákuum alatt több lépcsıben -Mikrohullámú roncsolás (akár több lépcsıben, zúzással kombinálva) -Fagyasztott minta roncsolása (akár több lépcsıben, zúzással kombinálva) Eddigi eredmények (Heidelberg, Zürich): -A levegı/víz arányt le tudják csökkenteni a tizedére
Szalmacseppkövek győjtése NGT = barlanghımérséklet
?
Saját eredmények
Saját eredmények 4,3E-05
Víz 0 °C 3,8E-05 5 °C 10 °C 3,3E-05 15 °C 20 °C 25 °C
Xe/Ar
2,8E-05
Xe/Ar 2,3E-05
Többletlevegı 1,8E-05
1,3E-05
8,0E-06 4,00E-04
Levegı 6,00E-04
8,00E-04
1,00E-03
1,20E-03 Ne/Ar Ne/Ar
1,40E-03
1,60E-03
1,80E-03
2,00E-03
Saját eredmények 4,3E-05
Víz 0 °C 3,8E-05 5 °C
Meteor-2
10 °C 3,3E-05
Meteor-3
15 °C 20 °C
Meteor-1
25 °C
Béke
Xe/Ar
2,8E-05
Csodabogyós-Függıkert
Xe/Ar 2,3E-05
Többletlevegı 1,8E-05
Korall-1
1,3E-05
8,0E-06 4,00E-04
Levegı 6,00E-04
8,00E-04
1,00E-03
1,20E-03 Ne/Ar Ne/Ar
1,40E-03
1,60E-03
1,80E-03
2,00E-03
Saját eredmények 3,0E-08
8,7 ± 1,5 °C (CE-modell)
2,5E-08
Meteor-3
Xe Xe (ccSTP/g) (ccSTP/g)
2,0E-08 Víz 0 °C
5 °C
1,5E-08
10 °C 15 °C 1,0E-08
20 °C
Többletlevegı
25 °C Meteor-2
12,4 ± 1,5 °C (CE-modell)
5,0E-09
Meteor-barlang: 10,4 °C (7,3 - 12,5 °C) 0,0E+00 0,0E+00
5,0E-07
1,0E-06
1,5E-06 Ne (ccSTP/g)
Ne (ccSTP/g)
2,0E-06
2,5E-06
Összefoglalás • Mind a külföldi, mind a saját eredményeink biztatóak • A mérési módszer, és az eredmények kiértékelésének finomításával jó eséllyel pontos képzıdési hımérsékleteket (barlang és tengerfelszín) lehet majd ezen módszerrel meghatározni
Köszönöm a figyelmet!
