Karakterizacija krškog vodonosnika temeljena na prostornim i vremenskim promjenama stabilnih izotopa vodika i kisika

doctoral thesis

• Title (english): Characterization of a karst aquifer based on the spatial and temporal variations of hydrogen and oxygen stable isotopes
• Author: Diana Mance
• Mentor: Zvjezdana Roller-Lutz (mentor)
• Committee member: Zdenko Franić (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Željka Brkić (član povjerenstva)
• Committee member: Zvjezdana Roller-Lutz (član povjerenstva)
• Committee member: Goranka Bilalbegović (član povjerenstva)
• Committee member: Denis Sunko (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Science; (Department of Physics); Zagreb
• Defense date and country: 2014-05-30, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: NATURAL SCIENCES; Physics
• Universal decimal classification (UDC): 53 - Physics

Abstract

Kako bi se okarakterizirao krški vodonosnik provedeno je istraživanje izotopnog sastava vode izvora uključenih u vodoopskrbni sustav grada Rijeke i okolice te izotopnog sastava oborine na pretpostavljenom području prihranjivanja. Mjerenje δ2H i δ18O vrijednosti vode obavljeno je u Laboratoriju za stabilne izotope Zavoda za fiziku Medicinskog fakulteta Sveučilišta u Rijeci. Za mjerenje je korišten maseni spektrometar izotopnih omjera IRMS DeltaplusXP u sprezi s ekvilibratorskom jedinicom i jedinicom dvostrukog ulaza. Na vremenske nizove δ18O vrijednosti primijenjene su statističke metode modeliranja: određivanje gustoća vjerojatnosti modeliranjem Gaussove mješavine, analiza autokorelacijske i kroskorelacijske funkcije te ARIMA modeliranje. Navedene statističke metode do sada nisu bile primijenjene na δ18O vrijednosti voda u krškim sustavima. Utvrđeno je da je voda na izvorima oborinskog podrijetla te da se vodonosnici primarno prihranjuju zimskom oborinom. Vremenske promjene δ18O vrijednosti pokazuju različite stupnjeve okršenosti zaleđa izvora. Voda na izvorištima se prema izotopnom sastavu može razdvojiti na vodu baznog toka i brzu komponentu kojoj doprinosi novoinfiltrirana oborinska voda. Komponenta baznog toka je dominantna kod svih ispitivanih izvora i bunara, a njen izotopni sastav ukazuje na to da izvori pojedinih slivova dijele zajedničke vodne zalihe. Rezultati provedenog istraživanja važni su za uvođenje metode dvostruko obilježene vode u medicinsku praksu jer uočene promjene izotopnog sastava pitke vode mogu utjecati na promjenu bazne razine izotopa kod ispitanika.

Abstract (english)

Due to karst hydrological systems’ heterogeneity and complexity, its investigation is quite demanding. Use of artificial tracers on karst terrains provides an insight into the functioning of short groundwater channels, while environmental tracers enable the analysis of different karst subsystems. Stable isotopes of water are perfect environmental tracers and they serve as water molecule tracers through the hydrological cycle. There are three stable isotopes of oxygen (16O, 17O and 18O) and two stable isotopes of hydrogen (1H and 2H), that form nine possible configurations of stable water molecules. Stable isotope composition of water is expressed in terms of δ-values (δ2H, δ18O) that represent a relative difference between ratios of less abundant and predominant isotopes in a sample and in an internationally accepted standard: δ (‰)=(Rsample/Rstandard)-1. Construction of Local Meteoric Water Line (LMWL, the linear regression line for δ2H and δ18O in precipitation of certain area) and its comparison to the Global Meteoric Water Line (GMWL, δ2H=8∙δ18O+10 ‰), as well as an analysis of deuterium excess (d-excess= δ2H-8∙δ18O) are essential parts of one of the main isotope hydrology applications that is identification of a groundwater origin. The differences in slope and intercept between the GMWL and the LMWL are the consequences of climate conditions and geographical parameter variations. Stable isotopes of water have been applied in investigations of karst aquifers to understand recharge processes, reservoir mixings, to determine mean recharge area elevations, for identification of water sources in karst springs, etc.

• Keywords: krški vodonosnik; podzemna voda; oborina; masena spektrometrija izotopnih omjera; δ2H; δ18O; statističko modeliranje
• Keywords (english): karst aquifer; groundwater; precipitation; isotope ratio mass spectrometry; δ2H; δ18O; statistical modelling
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:217:459207
• Study programme: Title: Physics; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje prirodnih znanosti, polje fizika (doktor/doktorica znanosti, područje prirodnih znanosti, polje fizika)
• Type of resource: Text
• Extent: 124 str.
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2017-08-25 07:32:37