PRIMJENA IZOTOPA 14 C ( 13 C) U ISTRAŢIVANJU DINARSKOG KRŠA Nada Horvatinčić Laboratorij za mjerenje niskih radioaktivnosti Zavod za eksperimentalnu fiziku Institut Ruđer Bošković, Zagreb Predavanje na Univerzitetu u Novom Sadu, PMF, 26.10.2016.
PRIMJENA IZOTOPA 14C (13C) U ISTRAŢIVANJU DINARSKOG KRŠA
Nada HorvatinčićLaboratorij za mjerenje niskih radioaktivnosti
Zavod za eksperimentalnu fizikuInstitut Ruđer Bošković, Zagreb
Predavanje na Univerzitetu u Novom Sadu, PMF, 26.10.2016.
Plitvice
Lakes
Dinarski krš/kras/karst – područje prekriveno vapnencima i dolomitima - istraţivanje karbonatnih sedimenata u rijekama, jezerima, siga u spiljama, morskih sedimenata (potopljene sige, algni trotoari)
REQUENCRIMReconstruction of the Quaternary environment in Croatia using
isotope methods (2014-2018)
REQUENCRIMReconstruction of the Quaternary environment in Croatia using isotope methods (2014-2018)
Projekt financiran od Hrvatske zaklade za znanost
Period financiranja: 1.09.2014. – 30.08.2018.
Ciljevi istraţivanja: klimatske promjene i promjene u okolišu u krškom području Hrvatske u periodu kvartara
Istraţivanje na karbonatnim sedimentima iz različitih klimatskih zona: - sige u spiljama iz različitih klimatskih zona- jezerski sedimenti - Plitvička jezera- sedra – rijeka Zrmanja- algni trotoari – obala Jadranskog mora
Korištenje izotopnih metoda: stabilni izotopi 13C/12C, 18O/16O, 2H/1H; radioaktivni izotopi 14C, 230Th/234U
Očekivani rezultati Projekta:
Odrediti razlike u paleoklimatskim/paleookolišnim uvjetima u različitim područjima Hrvatske
Kako različiti karbonatni sedimenti biljeţe/reflektirajuokolišne uvjete u vrijeme taloţenja/formiranja
Odnos između izotopnog sastava vode i istaloţenog karbonata (ravnoteţni uvjeti taloţenja)
Promjena nivoa mora u korelaciji s klimatskim promjenamau zadnjih 2 ka
REQUENCRIMReconstruction of the Quaternary environment in Croatia using isotope methods (2014-2018)
9.HDZZ
Nacionalni park Plitvička jezera
Rijeka Zrmanja
Sige u spiljama
Florence Meeting, 2-3.04.2007.
1. Otok Brač -38m 2. Mrtovnjak, Otok Iţ3. Otok Lošinj -10m
1
2
3
Sige iz potopljenih spilja u Jadranskom moru
Morfologija Lithophyllum algnog trotoara na otoku Visu s dva dominantna nivoa
Morfologija Lithophyllum algnog trotoara na otoku Biševo s dva dominantna nivoa
Primjena rezultata istraţivanja
Procesi izmjene izotopa 14C i 13C u sustavu atmosferski CO2 – otopljeni anorganski ugljik u vodi –istaloţeni karbonati (geokemijski procesi u vodama)
Antropogeni utjecaj/ zagađenje u okolišu (uključuje zrak, vodu, sedimente, bilje)
Praćenje klimatskih promjena /promjena nivoa moraodređivanjem 14C starosti karbonatnih naslaga u formi siga, sedre, bioloških/algnih trotoara u Dinarskom kršu
Procesi izmjene ugljika u podzemnim i površinskim vodama krša (taloţenjekarbonata u formi jezerskog sedimenta i sedre.
Procesi izmjene ugljika upodzemnim vodama u kršu(taloţenje karbonata u formi sige).
1/2
ln2 tT
t 0A = A e
0
tAt = -8030 ln
A
14 t
0
Aa C pmC = 100 (%)
A
International school of travertine & tufa, Abbadia San
Salvatore 201111
Recentna sedraMahovina
Voda (DIC) Zemlja
Kopnene biljke
Atmosferski CO2
Jezerski sedimenti
Podvodno bilje
Istraţivanje okoliša:- antropogeno zagađenje- procesi izmjene ugljika
Raspodjela ugljikovih izotopa14C (a 14C) i 13C (δ 13C) u sustavu Plitvičkih jezera
14C aktivnost u atmosferskom CO2
Mjesečna 14C aktivnost na Plitvičkim jezerima, 2011 – 2014.
Antropogena 14C produkcija uzrokovana termonuklearnim testovima 1960tih godina
7/1
18/1
19/1
110/1
111/1
112/1
11/1
22/1
23/1
24/1
25/1
26/1
27/1
28/1
29/1
210/1
211/1
212/1
21/1
32/1
33/1
34/1
35/1
36/1
37/1
38/1
39/1
310/1
311/1
312/1
31/1
42/1
43/1
44/1
4
100
102
104
106
108
110
112
mjesec / godina
a1
4C
/ p
MC
Plitvice, atmosferski CO2
Usporedba srednjih godišnjih 14C aktivnosti na Plitvičkim jezerima, u Zagrebu i referentnoj stanici Jungfraujoch, 2003 –2012.
14C activnost i δ13C vrijednostiu vodi (DIC i DOC)
Porast a14C i δ13C u vodi (DIC) u nizvodnom toku Plitvičkih jezera je rezultat:
Izmjene ugljikovih izotopa iz DIC i atmosferskog CO2
Procesa fotosinteze u jezerskim vodama
0 2 4 6 8 10 12 14 16
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
1
2
3
456
7
8
9
10 121314
17
Submerged
plants; 12b
17
moss; 17
-1
+1
Land
a14
C of atmospheric CO2
DIC
Aquatic plants
Sedge
Tufa
Tufa;Tufa; 8
Tufa; 12b
Sedge; 13Sedge; 5b
Aquatic plants; 9 Aquatic
Submerged
moss; 8
a1
4C
/ p
MC
Distance from the spring / km
Submerged moss; 2
moss; 7b
in water; 9
Atmospheric CO2
Terrestrial plants
Terrestrial
Dead leaves
Fresh leaves; 9
14C aktivnost u biljkama na područjuPlitvičkih jezera
Usporedba 14C aktivnosti vode, bilja i atmosferskog CO2 u nizvodnom toku Plitvičkih jezera
Analize jezerskih sedimenata
Izotopne analize
Mineraloški sastav
Elementi u tragovima
International school of travertine & tufa, Abbadia San
Salvatore 201116
Gradinsko jezeroJezero Prošće
Jezero Kozjak K2 Jezero KaluĎerovac
40
30
20
10
0
00 40 8080 120 0 40 80 1200 40 80 1200 40 80 120
du
bin
a (
cm)
Prošće
0
1
4
8
22
29
40
47
74
108
0
2
4
6
10
13
17
21
26
30
34
39
47
55
59
65
67
70
77
81
116
167
0
4
10
25
36
48
62
77
87
106
139
187
0
3
9
17
26
36
46
57
69
79
92
104
114
123
131
140
148
161
sta
rost
(g
od
ine
)
KaluĎerovac
137Cs aktivnost
(Bq/kg)
Gradinsko
Kozjak
0 200 400 600 0 200 400 6000 200 400 600
40
30
20
10
0
0 600 12001800
0
1
4
8
22
29
40
47
74
108
0
2
4
6
10
13
17
21
26
30
34
39
47
55
59
65
67
70
77
81
116
167
0
4
10
25
36
48
62
77
87
106
139
187
0
3
9
17
26
36
46
57
69
79
92
104
114
123
131
140
148
161
210Pb aktivnost (Bq/kg)
Gradinsko
sta
rost
(g
od
ine
)
KaluĎerovac
Kozjak
du
bin
a (
cm)
Prošće
60 70 80 90
40
30
20
10
0
60 70 80 90 60 70 80 9060 70 80 90
a14
C (pMC)
Gradinsko
0
2
4
6
10
13
17
21
26
30
34
39
47
55
59
65
67
70
77
81
116
167
0
3
9
17
26
36
46
57
69
79
92
104
114
123
131
140
148
161
karbonatni
organski
du
bin
a (
cm)
Prošće
0
1
4
8
22
29
40
47
74
108
sta
rost
(g
od
ine
)
KaluĎerovac
0
4
10
25
36
48
62
77
87
106
139
187
Kozjak
-36 -32-12 -8 -36 -32-12 -8-36 -32-12 -8
40
30
20
10
0
-36 -32-12 -8
karbonatni
organski
Gradinsko
0
1
4
8
22
29
40
47
74
108
0
2
4
6
10
13
17
21
26
30
34
39
47
55
59
65
67
70
77
81
116
167
sta
rost (g
od
ine
)
13C (‰)
KaluĎerovac
0
4
10
25
36
48
62
77
87
106
139
187
0
3
9
17
26
36
46
57
69
79
92
104
114
123
131
140
148
161
Kozjak
du
bin
a (
cm
)
Prošće
14C
137Cs 210Pb
13C
Raspodjela izotopa u jezerskom sedimentu 4 jezera, jezgre ~ 40 cm dugačke
Horvatinčić N, Sironić A, Barešić J, Krajcar Bronić I, Todorović N, Nikolov J, Hansman J, Krmar M:
Isotope analyses of lake sediments in the Plitvice Lakes, Croatia. Central European Journal of Physics. 12 (2014) 10. 707-713
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
74
76
78
80
82
84
86
88
90
92
a1
4C
(p
MC
)
sample number
1973 1976 1978 1981 1984 1987 1990 1993 1997 2003
Recentna sedra istaloţenaoko drvenog stupa, rijekaKorana, zadnjih ~30 godina
-8.90
-8.80
-8.86
-8.75
-8.73
-8.82
-8.85
-8.95
-8.87
-8.97
*the numbers present δ13C values (‰)
Porast 14C aktivnosti je posljedica globalnekontaminacije u atmosferi (CO2) uslijedtermonuklearnih pokusa šezdesetih godinaprošlog stoljeća
1950 1960 1970 1980 1990 2000
60
80
100
120
140
160
180
200
CO2 atmosfera
(Levin i Kromer 1997)
drvo, Plitvička j.
atmosfera CO2 - Plivice
CO2 atmosfera - Zagreb
sediment - Kaluđerovac
sediment - Gradinsko
sediment - Prošće
sedra - Korana
školjka (volak kvrgavi), Zadar
školjka (srčanka), Zadar
školjka (kamenica), Zadar
školjka (dagnja), Zadar
siga - Pag
siga - Lošinj
siga - Postojna
a1
4C
(pM
C)
godina
Unos 14C u okoliš Dinarskog krša u zadnjih ~50 godina (14C aktivnost atmosferskog CO2 i karbonatnih sedimenata/školjki)
Uzorak a14
Cmax (pMC) godina
CO2 atmosfera 187,5 1964.
Drvo - Plitvička j 186,4 1964.
Siga Postojna 115,5 1974.
Sediment - Kaluđerovac 85,1 1987.
Sediment – Gradinsko 81,9 1988.
Sediment – Prošće 69,4 1997.
Sedra – Korana 89,9 1998.
Starost aktivnih sedrenih barijera i jezerskog sedimenta određena metodom 14C na području Plitvičkih jezera iznosi ~7000 godina B.P. (Holocen)
Starost starih sedrenih naslaga, izvan današnjih vodenih tokova određeno 230Th/234U metodom je 80.000 – 130.000 godina B.P. (Plitvički Ljeskovac)
Starost sedrenih barijera
N.Horvatinčić, I. Krajcar Bronić, B. Obelić. Palaeogeography,
Palaeoclimatology, Palaeoecology 193 (2003) 139-157
14C datiranje sedre, jezerskog sedimenta i tresetana području Plitvičkih jezera
14C starost jezerskog sedimenta (Prošćansko jezero) i treseta (Plitvički Ljeskovac)
D.Srdoč et al. Radiocarbon 28 (1986) 495-502.
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
00 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Peat d
ep
th (c
m)
Lake sediment (Lake Prošće)
Peat (Plitvički Ljeskovac)
14C Age (BP)
Sed
imen
t d
ep
th (
cm
)
14C starost sedre i siga sa područjaDinarskog krša
0 2 4 6 8 10 12 14 160
10
20
30
40
14C age (kyr BP)
Nu
mb
er o
f sa
mp
les
Tufa
various locations
A0 corrected
0 2 4 6 8 10 12 14 160
2
4
6
8
HOLOCENE
Speleothem
45 caves
A0 = 85% corrected
N.Horvatinčić, R.Čalić, M.Geyh: Quaternary Research 53 (2000) 185-195.
Histogram 14C i U-Th starosti siga i sedre iz područja Dinarskog krša, usporedba s paleoklimatskim δ18O stupnjevima
Rast sedre u Dinarskom kršu je ograničen na topla klimatska razdoblja (interglaciali) i prekinut je za vrijeme glaciala, stadiala i interstadiala .
Presjek potopljene sige, 38m dubina mora, otok Brač
Presjek potopljene sige, 23m dubina mora, otok Pag.
a – najmlađe sloj sigeb – najstariji sloj sigeP – marinski biogeni obraštaj
Sige iz potopljenih spilja
-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
s tab iln i za 34 p i 36a sad a p ravilno zap isani!!!
B-38,B-36, b34
d1
3C
(%
o)
d18O (%o)
sloj p - biogeni
sloj a - namladja siga
sloj b - na jsta rija siga
suvre mene školjke
druge submerged
Rovanj.Split, Šupurina
Divaca rec.sige,
Palagruza (5pMC)
M. Surić, M. Juračić, N. Horvatinčić, I. Krajcar Bronić, Marine Geology 214 (2005), 163-175.
Rezultati 14C datiranja siga iz potopljenih spilja u Jadranskom moru (Brač, Rogoznica, Pag). Cilj: određivanje promjene morske razine
Usporedba 14C starosti siga i izračunato početno vrijeme rasta biogenog obraštaja s krivuljom kasni Pleistocen -Holocen rekonstruirane za Francusku mediteransku obalu (Lambeck and Bard, 2000) i zaTiransko more (Antonioli et al., 2001). 13C i 18O sadrţaj u sigama i marinskom biogenom obraštaju..
Usporedba između 2 dominantna nivoa algnih trotoara u Modroj spilji, otok Biševo i potopljenih fosilnih plimskih utora na otoku Visu.
Usporedba između morfologije algnih trotoara naotoku Visu i različitih klimatskih perioda u zadnjih 1500 godina: Dark Ages Cold Period (DACP), Medieval Climate Anomaly (MCA), Little Ice Age (LIA) i Current Warm Period (CWP).
Usporedba između predviđenih relativnih promjena morske razine za srednji Jadran, crna linija- Lambeck et al. (2004), siva linija- Lambeck and Purcell (2005), 14C starost uzoraka algnih trotoara sa otoka Visa, Ravnika i Biševa i različiti klimatski periodi u zadnjih 1500 godina.
S. Faivre, T. Bakran-Petricioli, N. Horvatinčić, A. Sironić,
Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 369 (2013) 163-74.
Zahvaljujem na paţnji