Oxigén és hidrogén stabil izotópjai
Stabil: H (1H=99.985; 2H/D/=0.015) Radioaktív: T=
Oxigén és hidrogén stabil izotópjai Jól ismert, széles körben használt T becslésre és a szilárd, folyadék és gáz fázisok forrásának azonosítására A H2O szerepe a szférákban hidro-, atmo- és bioszféra: O és H stabil izotópok együtt endoszférák: inkább O stabil izotópok
Különböző O és H izotóp összetételű vizek állandói
Brownlow, 1996
VSMOW
O és H izotóp arányának kapcsolata szoros (r2>0.95)
188O/16 6O
Globális meteorikus víz egyenes Izotóp frakcionáció a csapadék O és H izotóp összetételének szoros kapcsolatán alapul földrajzi szélesség magasság, (csökkenő) T, csapadék mennyisége
empirikus képlet: δD = 8*δ18O + 10 Graig, 1961
d - deutérium többlet = δD - 8*δ18O Dansgaard, 1964 Faure, 1998
O és H hidrogén izotópok változásának egy szakasza a globális hidrológiai körforgásban S – felszíni óceánvíz P – átlagos csapadék az óceán felett A – átlagos atmoszferikus pára az óceán felett
Brownlow, 1996
Szezonális fluktuáció gyengül, ha homogén izotóp összetétel
Alkalmazás:
Csapadék (víz, hó) és az atmoszférában maradó gőz O izotóp összetételének változása a T változás függvényében (magasság és földrajzi szélesség) Milyen izotóp frakcionáció?
Esővíz H és O izotóp változása É-Amerikában
Brownlow, 1989
Változást (az esővíz lokális átlagát) befolyásolja: T, szélesség, magasság, parttól való tavolság, csapadék mennyisége, lokális klíma és topográfia felszín alatti vizek?, paleoóceán?
www.waterisotopes.org
Plants take up soil water that was ultimately sourced from precipitation and they hydrogen atoms of this water are incorporated into organic matter initially during photosynthesis, but also during other biosynthetic reactions.
Geographic Information System-generated maps of the predicted average H isotope ratios (δ2Hh) (A) and average O isotope ratios (δ18Oh) (B) of human scalp hair across the coterminous United States.
©2008 by National Academy of Sciences
Ehleringer J R et al. PNAS 2008;105:2788-2793
www.waterisotopes.org
www.waterisotopes.org
www.waterisotopes.org
Globális δ18O a kontinensek csapadékaiban
www.waterisotopes.org
Globális δD a kontinensek csapadékaiban
www.waterisotopes.org
Isotopic compositions and fields for various waters. (From Sheppard, S. M. F. (1986) Characterization of isotopic variations in natural waters. In. Reviews in Mineralogy, Volume 16, Stable Isotopes in High Temperature Geological Processes, J. W. Valley, H. P. Taylor, Jr., and J. R. O’Neil, eds., p. 165-183.
Magmás, metamorf és hidrotermális vizek O és H izotóp összetétele
Brownlow, 1989
?
O izotóp értékek intrúzív sorozatra Szűk és széles δ18O értéktartományok
Brownlow, 1989
H izotóp értékek intrúzív sorozatban Ércekben hidrotermálisan átalakult ásványok: meteorikus vizek Batolitban biotit és amfibol: magmás vizek
Brownlow, 1989
O izotóp értékek MORB-ra, DSD project Tenger alatti mállás, T<150 oC, víz/kőzet: 10/1-100/1
Hidrotermális metamorfózis, T=100-400 oC, víz/kőzet: 1/1
Brownlow, 1989
Macquarie Island ofiolit sorozatának O izotóp összetétele óceánvíz külcsönhatás hidrotermális átalakulás kis és nagy T átalakulás ez mit jelent?
eredeti érték?
Brownlow, 1989
Macquarie Island
Az Aare folyó (Svájc) és völgyében a talajvíz O izotópos összetétele
δ18O lokális talajvíz: -9.8 folyóvíz: -12.9 keveredése (arány) Duna! Brownlow, 1989
O és H izotóp értékek agyagásványokban Hawaii vs. Montana
δD = 7.3*δ18O - 260 (mont)
δD = 7.5*δ18O – 220 (kaol)
Az agyagásványok magmás/metamorf földpát és meteorikus víz kölcsönhatásával keletkeznek. Az agyagásványok gazdagok δ18O-ban. Faure, 1998
Ghosh et al. (2006) in Allegre (2009)
O és H izotóp változás a szalinitás függvényében (Vörös-tenger) Miért pozitív a korreláció?
Az óceán felszínen hol van izotópos változás? δ18O=21.2+0.61*S S - szalinitás ‰ Faure, 1986
Variation in the sea-surface salinity in parts per thousand TDS. From: Brown, J., Colling, A., Park, D., Phillips, J., Rothery, D,. and Wright, J. (1989) Ocean Chemistry and DeepSea Sediments. Pergamon Press, Oxford, 134 pp [ISBN 0-08-036374-1]
Mit mutat a diagram? O izotóp frakcionáció gáz/folyadék (H2O) és szilárd/folyadék (H2O) között
Párolgás – Hidrogeológia körforgás Kalcit -
O izotóp frakcionáció CaCO3 és H2O között
Urey (1947): tengeri kalcit képződési T meghatározható a kalcit és a víz izotóp arányából kalcit – mérhető víz - ?
Brownlow, 1996
O izotóp frakcionáció CaCO3-H2O között
18 [‰]
=2.78·10/T6 -2.89 [K] (=103lnα)
T [°C]
O izotóp paleoT értékek kalcitra és aragonitra kagylóhéjból Aragonitra: T (oC) = 13.85 – 4.54(δa-δw) + 0.04(δa-δw)2 Kalcitra: T (oC) = 17.04 – 4.34(δc-δw) + 0.16(δc-δw)2 Frakcionáció függ a kagylót felépítő ásványtól (biológiai precipitációtól) anyagcsere? Faure, 1986
O-termométer Belemnitesz különböző helyekről, különböző rétegtani szintekről változó 18O/16O arányt mutatott jura tenger: 12-18 oC: koherens, a legnagyobb T késő krétában
C Pee Dee Formation SC @Pee Dee River
Tengeri és szárazföldi/édesvizi mészkövek O izotóp összetételének változása a földtörténeti korokban Mit mutat a diagram? Tenger és kontinens vizeinek O izotóp összetétele változott az időben? Idősebb kőzetekben jelentősebb a fluidum cirkuláció?
O izotóp összetétel változás paleoT (tercier plankton és bentosz foraminifera alapján (mély és felszíni óceán vízre), É-Csendes Óceán O izotóp változás oka: T és a jégsapka mennyiségének a változása! Bentosz: változatlan a T, ha van jég. De változik(?) az O izotóp az óceánban (10 oC), ha változik a jégsapka tömege. Plankton: felszíni víz O izotóp összetételében a T és a jégsapka mennyiségének a változása benne van, azonban nem becsülhető külön-külön. T csökkenés a tercierben Brownlow, 1989
olvadás vízszint változás változás δ18O-ban Jég δ18O: Grönlandon: -30 és -40%o között Antarktiszon: -50%o
White, 2003
SLAP - Standard Light Arctic Precipitation GISP - Greenland Ice Sheet Precipitation
USGS 2002
SLAP - Standard Light Arctic Precipitation GISP - Greenland Ice Sheet Precipitation
USGS 2002
O izotóp értékek magmás kőzetekre és kőmeteoritekre
Faure, 1986
Distribution of δ18O values in rocks and natural water. Notice seawater at 0 per mil and the Earth’s mantle at 5.2 per mil. It is the equilibration of sedimentary and metamorphic rocks with seawater at low temperature that raises the δ18O of these rocks and lowers that of seawater. The very great isotopic variation of meteoric water results from atmospheric precipitation which occurs at low temperature. Albarede, 2006
O izotóp értékek magmás, metamorf és üledékes kőzetekre és ásványi alkotóikra, továbbá különböző vizekre
Brownlow, 1989
Termálvizek O és H izotóp összetételének változása a GMWL-hez viszonyítva Magmás vagy csapadék víz?
Miért csak δ18O-ban van változás?
Termálvizek O és H izotóp összetételének változása a GMWL-hez
Magmás vagy csapadék víz?
chloride-type geothermal water acidic (pH~3), sulfate-rich geothermal water
PaleoT – paleoökológia
o Holocén
T
Globális jelek
O izotóp arány változás T függvényében a jelzett koegzistens és “izotóposan” egyensúlyban lévő ásványpárokra
Faure, 1986
O izotóp arány változás T függvényében a jelzett koegzistens ásványpárokra
Henderson, 1982
O izotóp frakcionációs faktor kvarc és a jelzett ásványok között
Brownlow, 1989
O izotóp frakcionáció ásvány-H2O párra T függvényében
Henderson, 1982
Kéreg részvétele a magmaképződésben. Felső köpeny: +5,5. Kontinentális és óceáni kéreg: nagyobb (jelentős mállás, kölcsönhatás tengervízzel). Konvergens lemezszegélynél kéreg anyag adódhat a felső köpenyhez kontinentális vagy pelágikus üledék formájában. Az óceáni kéreggel szubdukció (forrás kontamináció) során vagy a kéreg olvadása során (kéreg kontamináció). Elemzés: fenokristály <-> “bulk”
Jelentős kéreg kontamináció Harangi et al., 2006
