Geography | Geology » Palcsu László - Cseppkövek és korallok folyadékzárványaiban oldott nemesgázok vizsgálata

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!