velikost textu

Studium proudění vody a geochemických procesů v nesaturované zóně karbonátového a solného krasu

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Studium proudění vody a geochemických procesů v nesaturované zóně karbonátového a solného krasu
Název v angličtině:
Study of water flow and geochemical processes in the unsaturated zone of carbonate and salt karst
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Jiří Kamas, Ph.D.
Školitel:
RNDr. Jiří Bruthans, Ph.D.
Oponenti:
Ing. Miroslav Tesař, CSc.
Ing. František Buzek, CSc.
Id práce:
84680
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Ústav hydrogeologie, inž. geologie a užité geofyziky (31-450)
Program studia:
Aplikovaná geologie (P1202)
Obor studia:
Aplikovaná geologie se zaměřeními (XGEOLAP)
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
12. 9. 2016
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Čeština
Klíčová slova:
Nesaturovaná zóna, karbonátový kras, solný kras, chemismus, stabilní isotopy, přirozené stopovače, střední doba zdržení, horizontální transport
Klíčová slova v angličtině:
Unsaturated zone, karst, epikarst, salt diapirs, chemistry, stable isotopes, natural tracers, mean residence time, horizontal transport
Abstrakt:
ABSTRAKT Proudění vod a geochemické procesy uvnitř nesaturované zóny (NZ) ve dvou zcela odlišných typech krasových prostředí byly sledovány za využití přirozených stopovačů (chemismus, stabilní isotopy 13C, 18O, 2H, dále 3H, 14C, 87Sr/86Sr, uranin). Velikost horizontální složky proudění a reakce chemismu skapů na zvýšené hydrologické události byly zkoumány v Moravském krasu (Česká republika), zatímco charakter proudění vody a chemismus vod byly studovány v solném krasu na diapirech v JV oblasti pohoří Zagros (Írán). V prostředí dobře vyvinutého epikrasu dosahuje horizontální složka proudění definovaná parametrem Hmax/T (Hmax = horizontální složka migrace, T – mocnost NZ) typicky hodnot 0,1 - 0,6 (Moravský a Slovinský kras). Naopak v oblastech kde byl epikras postižen glaciací či lidskou činností je míra horizontálního transportu vyšší (Hmax/T 1,6 - 24). Tento parametr je důležitý pro navržení ochranných pásem nad jeskyněmi. Střední doba zdržení dusičnanů ve 120 m mocné NZ Moravského krasu je značná, převyšuje 16 let. NZ nad Ochozskou jeskyní (Moravský kras) podléhá polootevřenému až otevřenému systému vůči CO2. Při vysokém průtoku skapů tvoří podíl srážkové vody pouze 5%. V průběhu roku nad jeskyní dochází k odplyňování vod a srážení kalcitu, jak dokládají 87Sr/86Sr hodnoty δ13C, molární poměry Mg/Ca a Sr/Ca. Hodnoty ve skapové vodě dokládají původ stroncia z horniny a zimních srážek. Změny chemismu skapových vod po infiltraci vod do epikrasu jsou způsobeny mísením reservoárů s různou dobou zdržení a rozdílnou mineralizací a obsahem stopových prvků. Charakter proudění je komplikovanější, než je uvažováno v současných koncepčních modelech nenasycené zóny krasu. Geochemický vývoj vod od srážek po prameny byl sledován na diapirech Jahani, Kuh-e Namak, a Namakdan v pohoří Zagros (Irán) s rozdílným druhem povrchu a klimatu. Vody na diapirech jsou meteorického původu, přičemž evaporace se omezuje pouze na povrchové zóny a do větších hloubek NZ k ní výrazně nedochází (δ2H, δ18O). Povrchový odtok a půdní vody jsou relativně málo mineralizované (73 – 4 200 mg/l), v rovnováze pouze s karbonáty a oxidy železa. Naopak skapové vody a solanky jsou nasycené zejména vůči evaporitům (halit, sádrovec). Chemismus formuje nejen rozpouštění halitu, ale i vzácnějších forem síranů (polyhalit). Chemismus solankových pramenů je v průběhu roku stálý dokonce i krátce po 3H intenzivních srážkách. Aktivita v solankách pod > 30 m mocným residuem je shodná jako v půdě a současných srážkách, ale nese i signál infiltrace z 60´let 20. století). Pod 100 m mocným residuem je střední doby zdržení > 50 let. Vliv diapirů na kvalitu vod byl sledován v termálních pramenech v pohoří Zagros. Termální 3H 14C vody jsou meteorického původu, chemického typu Na-Cl. Dle aktivity a se jedná dominantně o směs starých a částečně moderních vod. Zdrojem rozpuštěných solí jsou evaporitová souvrství Gachsaran a solné diapiry. Z terénních pozorování, analýz vod a plynů z nich uvolňovaných (chemismus, δ13C,14C,3H,δ18O), byl sestaven koncepční model vzniku termálních vod zahrnující interakci vody s hlubinným CH4 a evapority (CaSO4) za vzniku H2S, přecházejícího v oxidačních podmínkách v H2SO4, která napadá CaCO3 za vzniku CaSO4.
Abstract v angličtině:
ABSTRACT Water flow and geochemical processes within the unsaturated zone (UZ) in two distinct types of karst environment were investigated using natural tracers (chemistry, stable isotopes 13C, 18O, 2H, and 3H, 14C, 87Sr/86Sr). The extent of horizontal flow component and the response of drip water chemistry to recharge events were examined in the Moravian Karst (Czech Republic), while the character of water flow and its chemistry were studied in salt diapirs in southeastern part of the Zagros mountains (Iran). Under the conditions of well-developed epikarst, the horizontal flow component, defined as Hmax/T (Hmax = horizontal migration component, T – thickness of VZ) typically reaches values of 0.1 - 0.6 (Moravian and Slovenian Karst). However, in areas where epikarst was stripped off by glacial or human activity, the proportion of horizontal flow component is far greater (Hmax/T 1.6 - 24). This parameter is vital for the design of water source protection zones above caves. Nitrate mean residence time in 120 m thick VZ of the Moravian karst exceeded 16 years. The VZ above the Ochoz Cave (Moravian Karst) represents a semi-open to open system with respect to soil CO2. Under a high drip rate (high flow), the event water only made 5% of the total. During the year, water degassing and so called prior calcite precipitation PCP (Fairchild et al. 2000) occured above the cave, which has been corroborated by the δ13C, and Mg/Ca and Sr/Ca molar ratios. Ratio of 87Sr/86Sr in the drip waters indicated that strontium derives from the rock and from winter precipitation. Changes of drip water chemistry after water infiltration into the epikarst are caused by the mixing of reservoirs with distinct residence times, TDS, and trace element compositions. Flow conditions are more complex than what the current conceptual models of karst unsaturated zone expect. Geochemical evolution of water from precipitation to springs was investigated at Jahani, Kuh- e Namak, and Namakdan diapirs in Zagros mountains (Iran), expressing distinct surface and climate conditions. Diapir associated waters were of meteoric origin with evaporation limited to the surface zones (based on δ2H, δ18O). The surface runoff and soil water had relativelly low mineralization (73 – 4200 mg/l) in equilibria only with carbonates and iron hydrooxides. On the contrary, the drip water and springs from phreatic zone were saturated especially with respect to evaporites (halite, gypsum). Beside dissolution of halite, also the dissolution of more exotic forms of sulfates (polyhalite) forms groundwater chemistry of diapirs. Chemistry of brine springs was nearly constant throughout the year, even few days after intense rainfall. 3H activity of brines from residues less than 30 m thick was consistent with soil water and recent precipitation, but carried also some signal of infiltration during the 60's of 20th century. Beneath the 100 m thick residues, the mean residence time was over 50 years. The effect of diapirs on the water quality was investigated in thermal springs of Zagros Mountains. Thermal waters are primarily of meteoric origin, the Na-Cl type. The activity of 3H and 14C indicates a mixture of dominantly old and partly modern waters. The evaporite formation Gachsaran and salt diapirs provide the source of dissolved salts. Based on field observations and on water and emanating gas analyses (chemistry, δ13C,14C,3H,δ18O), a conceptual model of thermal water formation was developed, incorporating the interaction of water with deep CH4 and evaporites (CaSO4) and generating H2S, which is oxidised to H2SO4 in shallow depths, leading to corrosion of CaCO3 and generation of CaSO4.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Jiří Kamas, Ph.D. 8.33 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Jiří Kamas, Ph.D. 112 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Jiří Kamas, Ph.D. 111 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Mgr. Jiří Kamas, Ph.D. 705 kB
Stáhnout Posudek oponenta Ing. Miroslav Tesař, CSc. 167 kB
Stáhnout Posudek oponenta Ing. František Buzek, CSc. 140 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 456 kB