YERALTISUYUNDA RADYOKARBON YAŞ TAYİNİ

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "YERALTISUYUNDA RADYOKARBON YAŞ TAYİNİ"

Canan Halefoğlu
7 yıl önce
İzleme sayısı:

1 YERALTISUYUNDA RADYOKARBON YAŞ TAYİNİ Serdar Bayarı Nur Özyurt Hacettepe Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Hidrojeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı, Beytepe Ankara 5/3/2013 1

2 Amaç ve Kapsam 2 AMAÇ: Yeraltısuyu radyokarbon yaş tayini çalışmasının tüm adımlarını basit bir yaklaşım ile açıklamak... KAPSAM: Kuramsal temel, Örnekleme, Analiz ve ölçüm, Hesaplama ve Kontrol

3 Kuramsal temel Radyokarbon (14C) Kaynak: Stratosferik azot molekülleri kozmik nötronlar ile çarpışma sonucu karbon elementine dönüşür 3 14 CO 2 gazı atmosferik dolaşıma katılır. Soluma yoluyla canlıların, difüzyon yoluyla su kütlelerin bünyesine geçer. Kozmojenik üretimin sabit olduğu varsayılabilir. Atmosferik 14 CO 2 gaz bolluğu ile canlıların ve su kütlelerinin 14 C bollukları arasında doğal bir denge (secular equilibrium) vardır. Canlıların ölümü ile bu denge bozulur ve radyoaktif bozunma ile ölü bünyedeki 14 C miktarı azalmaya başlar.

4 Kuramsal temel 4 Atmosferik 14 CO 2 aktivitesinin 1950 yılı itibariyle 100 pmc (percent modern carbon) olduğu kabul edilmektedir. Atmosferik 14 CO 2 ile dengede olan canlı bünyesindeki 14 C içeriği de 100 pmc dir. Ölüm sonrasında bünyedeki 14 C aktivitesi radyoaktif bozunma yasasına uygun olarak, eksponansiyel biçimde azalmaya başlar. At=Ao exp -Lt At: t zamanındaki akitivite (pmc) Ao: başlangıçtaki aktivite (pmc) t: başlangıçtan itibaren geçen zaman (yıl) L: bozunma hızı {=ln (2) / t 1/2 } t 1/2 : bozunma yarı ömrü (5730±40 yıl, Cambridge) (5568±30 yıl, Libby, Nobel ödülü)

5 5 Kuramsal temel 14C aktivitesi (pmc) Zaman (yıl) Yaş tayin sınırı: Klasik ölçüm tekniği: 50 bin yıl AMS ölçüm tekniği: 70 bin yıl Zaman (yıl) log 14C aktivitesi (pmc)

6 Kuramsal temel Uygulama: Arkeolojik çömlek/kemik buluntusu 6 Buluntu 14 C aktivitesi: 0.25 pmc t (yıl) ={ln (At/Ao)}/-L t (yıl) ={ln (0.25/100)}/ = yıl 100 Zaman (yıl) log 14C aktivitesi (pmc)

7 Yeraltısuyunda Radyokarbon Yaş Tayini Çözümü zorlu, sonucu keyifli bir sorular zinciri 7 Sorun: Yeraltısuyu karbon element dengesine etkiyen tüm kaynak (source) ve kayıp (sink) süreçleri kesin biçimde tanımlanmalıdır. Toplam İnorganik Karbon (TİK) Havuzu TİK= CO2 + HCO3 + CO3 Kaynaklar Kayıplar

8 Yeraltısuyunda Radyokarbon Yaş Tayini 8 Sorun: Eğer, yeraltısuyu TİK içeriğini yalnızca atmosferik ve/veya kök zonu CO2 nden alsa idi problem arkeolojik yaş tayini gibi basit olurdu. Gerçek durum: Yeraltısuyu TİK rezervuarına akım yolu boyunca girdi ve çıktılar oluşmaktadır. Yeraltısuyu Radyokarbon Yaş Tayini için tüm bu fiziksel ve kimyasal süreçlerin 14C-TİK üzerindeki etkilerini dikkate almak zorundayız.

9 Yeraltısuyunda Radyokarbon Yaş Tayini 9 Kaynaklar (zenginleşme): Atmosferik CO 2 girdisi Kök zonu atmosferi CO 2 girdisi (C3, CAM ve C4 türü bitkiler) Genç karbonatların çözünmesi (50 bin yıldan genç çökeller, 14 C> 0 pmc) Redoks reaksiyonları ile CO 2 üretimi (GENÇ organik madde oksidasyonu) Kayıplar (seyrelme): Yaşlı karbonatların çözünmesi ( 14 C= 0 pmc, Ölü Karbon) Yeraltısuyundan karbonat çökmesi (kırık-çatlak dolguları) Ek CO 2 kaynakları (kabuksal CO 2 getirimi) Redoks reaksiyonları ile CO 2 üretimi (YAŞLI organik madde oksidasyonu)

10 Yeraltısuyu TİK Havuzu Kaynak ve Kayıplarının 14 C İçeriği Üzerindeki Etkisi Nasıl Düzeltilir? 10 Yanıt: Gerçekci bir Hidrojeokimyasal Modelleme Araç: Kaynak ve Kayıp terimlerinin 13 C içeriği ( 13 C İzotop Kütle Dengesi yaklaşımı) Model doğru ise hesaplanan 13 C = ölçülen 13 C Gerekenler: Yeraltısuyu akım sistemine ait Kavramsal Akım Modeli nin oluşturulması ve Hidrojeokimyasal model için gerekli fiziksel, kimyasal ve izotopik veriler Veri Kaynakları: Yeraltısuyu (su ve gaz), akifer mineralleri (katı)

11 Yapılması Gerekenler Kavramsal Hidrojeolojik Modelin Oluşturulması Jeolojik yapı Akifer, akiklüd, akifüj Genel beslenim, boşalım alanları Yeraltısuyu yük dağılımı, bölgesel akım yönü 11 Örnekleme (su-gaz-kayaç) Örnekleme noktalarının seçimi (bölgesel akım yolu!) Yerinde ölçümler (S, ÖEİ, ph, ÇO, Eh vb) Örnekleme (majör iyonlar, besin tuzları, iz elementler, Fe-Mn, H 2 S, CH 4 gibi redoks türleri, N ve S izotopları) Örnekleme (toprak CO 2, YAS CO 2, H 2 S, CH 4 vb) Örnekleme (kayaç ve çatlak dolguları) Hidrojeokimyasal Modelleme Sonuçların Bağımsız Yaklaşımlarla Kontrolu

12 Uygulama: Konya Kapalı Havzası Yeraltısuyunun Radyokarbon Yaşları 12 Ayrıntılar için: Hydrogeology Journal Radiocarbon age distribution of groundwater in the Konya Closed Basin, central Anatolia, Turkey C. Serdar Bayarı, N. Nur Özyurt & Susan Kilani

13 Hidrojeolojik Kavramsal Model 13

14 Kavramsal Hidrojeolojik Model 14 (Şentürk, 1969) Bölgesel yeraltısuyu akımı Kavramsal Hidrojeolojik Model hakkında ayrıntılar için: Hydrogeology Journal (DOI /s ) Obruks, as giant collapse dolines caused by hypogenic karstification in central Anatolia, Turkey: analysis of likely formation processes C. Serdar Bayarı, Emrah Pekkan & N. Nur Özyurt

15 İklim Değişimi: Eski Konya Gölü Eski Tuz Gölü seviye değişimleri günümüzden 6-60 bin yıl öncesi 2 Würm Riss 15 d Oksijen-18_SPECMAP (%o V-PDB) Zaman (Günümüzden önce 1000 yıl) SPECMAP Günümüz İklimi DİD Buzul Dönemleri Konya Gölleri Erol, 1986

16 Karbon-14 örnekleme noktaları (Ağustos 2003) 16 A: Ambar Ac: Acıkuyu Ç: Çıralı E: Eskil İ: İslik K: Karapınar T: Taşpınar Y: Yenisu,

17 Karbon-14 Ölçümü Accelerator Mass Spectrometry, AMS Dating ~0.1g karbon (1 litre su), +13C>> 575 USD ( 17 Conventional Liquid Scintillation Dating ~3 g karbon (300 litre su), +13C>> 300 USD

18 18 KKH Karbon-14 örnekleme noktaları Bölgesel akım yolu

19 Bölgesel akım yolu boyunca YAS kimyası 19 Sıcaklık (oc) ÖEİ (micros/cm) Toroslardan Uzaklık (km) 400 Sıcaklık ÖEİ ph Toroslardan Uzaklık (km) Log PC O2 (at m) Doygunluk İndisi (Dİ Toroslardan Uzaklık (km) ph logpco2 L_PCO2 Kalsit Dolomit Jips Anhidrit Florit

20 Bölgesel akım yolu boyunca YAS kimyası Derişim (meq/l) C a M g N a K C l S O 4 A lk C i r a li A m b a r Is l ik T a s p i n a r E s k i l K a r a p in a r A c ik u yu Y e n i s u A p a B a r a j A p a o b r u g u 1 5 m K izo r e n o b r u g u 2 4 m M e yil o b r u g u 2 2 m M e yil o b r u g u 1 0 m C ir a l i o b r u g u 1 6 m T i m r a s 2 5 m K i zö r e n m T r a ve r te n K o n is i CaCO3 fasiyesi hakim, Ağırlıklı Reaksiyonlar: Kalsit, Dolomit çözünmesi, Kısmi jips, halit, silvit çözünmesi, Dedolomitizasyon etkili, Genellikle oksik...

21 Bölgesel akım yolu boyunca 3 H, 14 C ve 18 O 21 14C (pmc) Toroslardan Uzaklık (km) H (TU) 14C 3H 13C ve 18O (%o V-PDB) Toroslardan Uzaklık (km) C (pmc) O 1 8 _ y a s ( % o S M O W ) Toroslardan Uzaklık (km) C_TÇİK 18O_TÇİK 14C_TÇİK -11.0

22 Bölgesel akım yolu boyunca Kütle Transferi 22 Diğerleri (mmol/kgh2o) Ambar Yenisu İslik Karapınar Acıkuyu Çıralı Kuyu Eskil Taşpınar CO2_gaz (mmol/kgh2o) Kalsit Dolomit Jips Halit Silvit Katyon Takas Org. Madde CO2_gaz Ara beslenim kuşağı CO2 çıkışları Miyo-kuvaterner volkanik kayalar

23 14 C model yaşlarının hesaplanması (NETPATH) 23 Başlangıç ve sonuç sulara ait kimya-izotop verileri Reaksiyonlara ait kimya-izotop verileri Hesaplanan Kütle Transferleri + çözünme (giren) - Çökelme (çıkan)

24 14 C model yaşlarının hesaplanması (NETPATH) 24 Hesaplanan Kütle Transferleri + çözünme (giren) - Çökelme (çıkan) Gözlenenhesaplanan 13C- TİK değerleri Hesaplanan 14C yaşı

25 14 C model yaşlarının hesaplanması 25 NETPATH, 2.13 Plummer, N.L., Prestemon, E.C., and Parkhurst, D.L., 1991, An Interactive Code (Netpath) For Modeling Net Geochemical Reactions Along A Flow Path, USGS WRI Report , USGS, Virginia, 227p. 13C (%o V-PDB) Ambar Yenisu Karapınar İslik Acıkuyu Çıralı Kuyu Eskil Taşpınar C_Hesaplanan 13C_gözlenen Diğerleri (mmol/kgh2o) Ambar Yenisu İslik Karapınar Acıkuyu Çıralı Kuyu Eskil Taşpınar CO2_gaz (mmol/kgh2o) KKH_ 13 C değerleri Kalsit Dolomit Jips Halit Silvit Katyon Takas Org. Madde CO2_gaz

26 14 C model yaşları 26

27 14 C model yaşlarının kontrolu (Hidrolik Yaşlar, Darcy!) C Model Yaşı (yıl) C Model Yaşı (yıl) = x Hidrolik Yaş (yıl) r 2 = Hidrolik Yaş (yıl) Toroslar'dan Karbon-14 Yaşı Hidrolik Yaş uzaklık (km) (1000 yıl) (1000 yıl) Ambar Yenisu İslik Karapınar Acıkuyu Çıralı Kuyu Taşpınar Eskil

28 14 C model yaşları ve paleo-iklim d Oksijen-18_SPECMAP (%o V- PDB) Würm Zaman (Günümüzden önce 1000 yıl) Küresel Hava Sıcaklığı (oc) Konya Gölleri Buzul Dönemleri 14C_Model Yaşı Riss d Oksijen-18w (%o V-SMOW) D ötery um (% o, V-SMO W ) Oksijen 18 (%o, V-SMOW) YMSD +10 YMSD +16 Bölgesel YAS Geçmiş Beslenim Ankara Adana Antalya 28 O 1 8 _ y a s ( % o S M O W ) Toroslardan Uzaklık (km) Günümüz iklimi Daha serin, nemli iklim Döteryum (%o, V-SMOW) Akdeniz yağışları Orta Anadolu yağışları Oksijen 18 (%o, V-SMOW) YMSD +10 YMSD +16 Bölgesel YAS Geçmiş Beslenim Ortalama yıllık hava sıcaklığında 6 o C ye varan azalma... Geçmişe doğru Akdeniz kökenli yağışlara doğru kayma...

29 SONUÇLAR ve ÖNERİLER YAS 14C yaş tayini çok sayıda, farklı türde veriye gereksinim duyar, Akım sistemi ne denli basit ise sonuca o denli kolay ulaşılır, Örnekleme güvenilir bir kavramsal hidrojeolojik modele dayanmalıdır, Hesaplamalar köklü bir hidrojeokimya birikimi gerektirir, Hidrojeokimyasal 14C yaşları bağımsız yaklaşımlar ile desteklenmelidir... 29

Benzer belgeler

HİDROJEOLOJİ. Su Kimyasının Önemi

HİDROJEOLOJİ. Su Kimyasının Önemi HİDROJEOLOJİ 9.Hafta Su Kimyası Prof.Dr.N.Nur ÖZYURT nozyurt@hacettepe.edu.tr Su Kimyasının Önemi Yüzey ve yeraltısuları farklı oranlarda çözünmüş ve askıda maddeler içerirler. Suyun kimyasal bileşimi