1 1. UVOD Geotermalni vodonosni sustavi predstavljaju za svaku zemlju veliki gospodarski potencijal (Slika 1). Stoljećima je poznato korištenje termalnih i termo-mineralnih voda u lječilišnom i rekreacijskom turizmu, a danas kada potrebe za obnovljivim energetskim izvorima rastu, u svijetu je prepoznata i njihova energetska važnost. Ono što je za te sustave interesantno je u kojoj mjeri su to obnovljivi energetski resursi s obzirom na geološka i hidrogeološka obilježja prostora u kojem se nalaze. Zbog toga se u ovom radu pristupilo istraživanjima koja su nastojala objediniti sve dosadašnje spoznaje o geološkim, strukturnim, hidrogeološkim, hidrogeokemijskim i izotopnim istraživanjima na području četiri geotermalna sustava sjeverozapadne Hrvatske: Stubičke toplice, Krapinske toplice, Sv.Helena (Šmidhen) i Varaždinske toplice. Istraživano područje u sjeverozapadnoj Hrvatskoj, nalazi se u perifernom jugozapadnom dijelu Panonskog bazena s nadmorskom visinom između 140 do 190 m.n.m. U tektonskom smislu ovo područje pripada sinklinali Hrvatskog zagorja i tektonskim jedinicama dravskog i savskog bazena. Na površini su izložene stijene gornjeg paleozoika, trijasa, jure, krede, paleogena, neogena i kvartara.(Aničić, 1983; Šikić 1972; Šimunić, 1982). Na ovom području razlikuju se tri hidrogeološke jedinice: temeljna formacija središnjeg uzdignutog dijela, plitke kvartarne vode i duboki arteški bazeni (rijeke Drave i rijeke Save) (Miletić, 1967.). Termalni izvori su povezani s vodama koje potjeću iz podloge temeljne formacije. Ležišta se sastoje uglavnom od mezozojskih srednje propusnih karbonatnih stijena dolomita i vapnenaca, a ponajviše trijaskih. Punjenje geotermalnog sustava odvija se u izdanku depozita od mezozojskih formacija u tercijarnim i kvartarnim naslagama. Nepropusne tercijarne klastične naslage ograničile su kretanje vode i uzrokovale njezinu akumulaciju u dubokim vodonosnicima. Geokemijska istraživanja koja su provedena u posljednjih petnaestak godina na području sjeverozapadne Hrvatske obuhvatila su u cijelosti istraživanje geotermalnih voda te utjecaja podzemnih voda i oborina na njihovo napajanje. Postojeće spoznaje o geološkim, strukturnim i hidrogeološkim obilježjima hidrogeoloških sustava, Stubičkih, Sv.Helenskih, Krapinskih i Varaždinskih toplica nadopunjena su geokemijskim i
56
Embed
Mirjana Polan ec-Diplomski rad - gfv.unizg.hr · Vode koje su nastale kondenzacijom vulkanskih plinova i para su vulkanske ili djevi čanske (juvenilne) vode. Na podru čju sjeverne
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
1. UVOD
Geotermalni vodonosni sustavi predstavljaju za svaku zemlju veliki gospodarski
potencijal (Slika 1). Stoljećima je poznato korištenje termalnih i termo-mineralnih voda
u lječilišnom i rekreacijskom turizmu, a danas kada potrebe za obnovljivim energetskim
izvorima rastu, u svijetu je prepoznata i njihova energetska važnost. Ono što je za te
sustave interesantno je u kojoj mjeri su to obnovljivi energetski resursi s obzirom na
geološka i hidrogeološka obilježja prostora u kojem se nalaze. Zbog toga se u ovom
radu pristupilo istraživanjima koja su nastojala objediniti sve dosadašnje spoznaje o
geološkim, strukturnim, hidrogeološkim, hidrogeokemijskim i izotopnim istraživanjima
na području četiri geotermalna sustava sjeverozapadne Hrvatske: Stubičke toplice,
Krapinske toplice, Sv.Helena (Šmidhen) i Varaždinske toplice.
Istraživano područje u sjeverozapadnoj Hrvatskoj, nalazi se u perifernom
jugozapadnom dijelu Panonskog bazena s nadmorskom visinom između 140 do 190
m.n.m. U tektonskom smislu ovo područje pripada sinklinali Hrvatskog zagorja i
tektonskim jedinicama dravskog i savskog bazena. Na površini su izložene stijene
gornjeg paleozoika, trijasa, jure, krede, paleogena, neogena i kvartara.(Aničić, 1983;
Šikić 1972; Šimunić, 1982). Na ovom području razlikuju se tri hidrogeološke jedinice:
temeljna formacija središnjeg uzdignutog dijela, plitke kvartarne vode i duboki arteški
bazeni (rijeke Drave i rijeke Save) (Miletić, 1967.). Termalni izvori su povezani s
vodama koje potjeću iz podloge temeljne formacije. Ležišta se sastoje uglavnom od
mezozojskih srednje propusnih karbonatnih stijena dolomita i vapnenaca, a ponajviše
trijaskih. Punjenje geotermalnog sustava odvija se u izdanku depozita od mezozojskih
formacija u tercijarnim i kvartarnim naslagama. Nepropusne tercijarne klastične naslage
ograničile su kretanje vode i uzrokovale njezinu akumulaciju u dubokim
vodonosnicima.
Geokemijska istraživanja koja su provedena u posljednjih petnaestak godina na
području sjeverozapadne Hrvatske obuhvatila su u cijelosti istraživanje geotermalnih
voda te utjecaja podzemnih voda i oborina na njihovo napajanje. Postojeće spoznaje o
geološkim, strukturnim i hidrogeološkim obilježjima hidrogeoloških sustava, Stubičkih,
Sv.Helenskih, Krapinskih i Varaždinskih toplica nadopunjena su geokemijskim i
2
izotopnim istraživanjima. Geokemijskim istraživanjima se na temelju osnovnih ionskih
odnosa ustanovilo porijeklo termalne vode s obzirom na litološki sastav vodonosnika, a
mjerenjem aktivnosti radioaktivnih prirodnih izotopa 3H i 14C, kao i omjera stabilnih
izotopa δ2H/1H, δ18O/16O i δ13C/12C u geotermalnim vodama mogli su se odrediti uvjeti
napajanja vodonosnika i utjecaj recentne infiltacije te ustanoviti postoji li povezanost
geotermalnog vodonosnika s drugim vodonosnicima. Također pomoću radioaktivnih
izotopa 3H i 14C.moglo se odrediti srednje vrijeme zadržavanja vode u geotermalnom
vodonosniku ili tzv. „starost“ vode.
2. POSTANAK I PORIJEKLO GEOTERMALNIH VODA
Termalne vode su vode koje se ubrajaju u ekološko, obnovljivo i čisto prirodno
bogatstvo čije se blagodati iskorištavaju od gornjeg pleistocena do danas. Obzirom na
različite koristi i zadovoljstava koje termalna voda pruža ljudima, ljudi su uz nju
boravili, koristili je i podizali joj spomenike.
Slika 1. Geotermalna elektrana u Phaganu na Filipinima.
3
Zbog vrlo primitivnog načina života, isprva se termalna voda koristila samo za
zaštitu od hladnoće, kasnije su shvatili da se voda može koristiti za liječenje te u druge
svrhe. Posebni ljubitelji termalne vode bili su stari Rimljani, koji su čak i u našim
krajevima gradili kupališta sa hramovima i ostalim pripadajućim objektima kako bi ima
boravak u kupalištima bio što ugodniji. Neke su naše toplice u rimsko doba doživjele
snažan procvat i popularnost. Tome su pridonijele njihova ljekovitost, pogodne
temperature te povoljen geografski položaj. Tada su među njima bile najpopularnije
Varaždinske toplice(Aque Jasae), Daruvarske toplice(Aque Balissae), Topusko( Ad
Fines) te Krapinske toplice (Aque Vitae). Nakon propasti Rimskog Carstva objekti u
Toplicama sjeverne Hrvatske bili su uništeni, jedino su se uspjele sačuvati razvaline u
Varaždinskim toplicama koje je prekrila sedra i tako sačuvala od daljnjeg propadanja.
Slika 2. Geotermalni potencijal Hrvatske
Varaždinske toplice bilu su vrlo aktivne tijekom srednjeg vijeka. Tijekom 19. i
početkom 20. stoljeća postignut je najveći napredak u korištenje termalne vode za
liječenje raznih bolesti. U to vrijeme jako su se razvile Varaždinske, Stubičke,
Krapinske, Tuheljske, Daruvarske, Istarske, Sutinske i Splitske toplice. Zbog napretka
medicinske znanosti i tehnologije danas toplice postupno gube značaj u liječenje raznih
4
bolesti, ali im raste turistički i energetski potencijal. Na slici 2. prikazan je smještaj
najpoznatijih izvorišta termalnih voda u Hrvatskoj.
2.1. POSTANAK TERMALNIH VODA
Prema teoriji bečkog geologa Suess-a (1831-1914) o juvenilnim i vadoznim
vodama, moguća su samo dva osnovna načina postanka i zagrijavanja termalne vode.
Međutim, vremenom se šire spoznaje o porijeklu termalnih voda tako da danas prema
porijeklu razlikujemo pet tipova termalnih voda: juvenilne (vulkanske, djevičanske),
konatne (fosilne), kvartarne (mlade), vadozne i miješane vode. Ono što je pri tome bitno
je da temperatura termalne vode ovisi o njezinom podrijetlu.
2.1.1. Juvenilne geotermalne vode
Vode koje su nastale kondenzacijom vulkanskih plinova i para su vulkanske ili
djevičanske (juvenilne) vode. Na području sjeverne Hrvatske postoji puno izdanaka
magmatskih stijena, zbog toga se pretpostavlja da su termalne vode rezultat
postvulkanskih ekshalacija. Brojni su istraživači pretpostavili da danas termalni izvori
predstavljaju završne faze nekog starog vulkanizma. Glavni zagovornik ideje o
vulkanskom podrijetlu termalnih voda u sjevernoj Hrvatskoj bio je Gorjanović –
Kramberger (1904 a,b,c,d ). On je zaključio da vulkanska aktivnost nije prestala, te da
termalni izvori u Varaždinskim toplicama i u nekoliko toplica u istočnom dijelu
Slovenije predstavlja završnu fazu vulkanskog djelovanja. U Hrvatskom zagorju postoji
13 termalnih izvorišta , prema toj teoriji postoji 13 „vulkanskih ognjišta“ ili „žarišta“
koji se nalaze duboko u litosferi. Prema tome Hrvatsko zagorje bilo bi grotlo velikog
vulkana (površine od 1800 km). Kako bi povezao vulkanska ognjišta u dubini s
termalnim izvorima na površini, Gorjanović-Kramberger je uveo termin termalnih
linija . Termalna linija je duboki rasjed koji služi za probijanje vulkanskih para i plinova
kroz litosferu te za formiranje termalnog izvora na površini. Najbolji primjer djelovanja
vulkanskih ekshalacija vidi se u kamenolomu andezita u Lepoglavi. Prilikom hlađenja
andezita u šupljinama je istaložen poludragi kamen (ahat). Ahat je nastao iz vrućih
otopina , u šupljinama unutar vulkanske kupe, otprilike prije 22,2 milijuna godina.
Poslije „gašenja“ vulkan je bio prekriven gornjo-badenskim sedimentima starim oko
5
16,5 milijuna godina (Šimunić i Šimunić, 1998). Magmatske i metamorfne stijene imaju
veću gustoću od sedimentnih stijena, a time i veću toplinsku vodljivost, te se voda u
njima može brže i jače zagrijati nego u sedimentnima.
Međutim, danas znamo da je pojava juvenilnih geotermalnih voda pretežito
povezana s aktivnim vulkanskim područjima kakve nalazimo na Islandu, Havajima,
Japanu, Novom Zelandu, SAD-u, Meksiku itd.
2.1.2. Vadozne geotermalne vode
Vadozne vode su vode koje su povratne ili meteorske , što znači da se stalno
napajaju s meteorskim, odnosno oborinskim vodama. One su u stalnom kružnom toku.
Prema dužini boravka u podzemlju mogu se razlikovati stare(miocenske) i mlade
(kvartarne) te miješane vode. Pilar (1884) je naš prvi geolog koji je u Daruvarskim
toplicama pretpostavio vadozno porijeklo vode.
Vadozne geotermalne vode su obnovljive geotermalne vode i najčešće su u
prirodi. Naše geotermalne vode su pretežito meteorskog, konatnog ili miješanog
porijekla, a do danas se juvenilni utjecaj niti na jednom mjestu nije dokazao.
2.1.3. Stare konatne (fosilne) vode
U sjevernom dijelu Hrvatske stare fosilne vode pretpostavljaju ostatke
nekadašnjeg Panonskog mora. Prije 16,5 milijuna godina dogodila se prva velika
akumulacija vode. Prilikom marinske transgresije u gornjem badenu preplavila je
područje sjeverne Hrvatske. U mezozojskim vapnencima i dolomitima, nastale su
brojne pukotine i šupljine koje je kasnije ispunila morska voda. Krupnoklastični
sedimenti prvo su akumulirali morsku , a zatim brakičnu vodu. Ti sedimenti se najčešće
izmjenjuju s nepropusnim laporima i glinama, tako su nastali ukliješteni vodonosni
slojevi. Tako akumulirana voda gotovo uvijek sadrži velike količine otopljenih
minerala, soli, para i slično. Ukliješteni vodonosnici se još mogu naći i uz naftna ležišta.
U bušotinama sa starijom fosilnom (miocenskom) vodom, nakon dugogodišnjeg
korištenja, može doći do gubitka tlaka.
6
2.1.4. Mlade (kvartarne) vode
Nakon povlačenja Panonskog mora u podzemlje se dospjele mlade fosilne vode.
Povlačenje Panonskog mora, erozija gornjomiocenskih i pliocenskih naslaga na
području sjeverne Hrvatske događalo se tijekom najgornjeg pliocena i pleistocena (prije
2-3 milijuna godina) (Šimunić i Šimunić, 1987). Sa područja trijaskih dolomita i
badenskih vapnenaca erodirani su sarmatski, panonski i pontski lapori.
2.1.5. Miješane vode
Miješane termomineralne vode su skupina voda koje se nalaze unutar vadoznih
voda. Te vode su nastale miješanjem starijih (miocenskih ) voda koje predstavljaju
ostatke Panonskog mora te mlađih (meteorskih, vadoznih) voda. U slučaju da se stvore
uvjeti koji omogućuju površinsko prihranjivanje vodonosnih slojeva, njihova izdašnost
može biti stalna. Prvo istječe samo miocenska (jako mineralizirana ili slana ), zatim
miješana (mineralna) i na kraju samo pitka (kvartarna) voda.
2.2. KLASIFIKACIJA TERMALNIH VODA PREMA TEMPERATURI
U prvo vrijeme toplina vode termalnih izvora je više privlačila ljude, nego li
potreba za kupanjem, rekreacijom ili liječenjem. Kod nas se izvori termalne te
termomineralne vode koji se koriste za liječenje reumatskih i drugih bolesti nazivaju
toplice. Upotrebljavanjem riječi toplice ili topličica napravljena je i prva klasifikacija
termalnih izvora. Toplice su termalni izvori koji imaju temperaturu preko 300C, a nalaze
se u središnjim dijelovima spuštenih struktura dok topličice imaju temp. 20 – 260C te su
obično vezane uz rubne dijelove sjevernohrvatskih gora. Termalna voda je voda čija je
temperatura viša od srednje godišnje temperature bliže okolice izvorišta. Balneološki
kriterij je voda temperature više od 200C (Miholić, 1952). Miholić je termalna vrela
podijelio na: hipoterme (20-240C), homeoterme (24-380C) i hiperterme ( više od 380C).
Ta podjela se održala do danas uz male preinake. Uz Miholićevu podjelu postoje i
detaljnije podjele termalnih vrela. Vouk(1916) je napravio prvu detaljniju podjelu
termalnih vrela sjeverne Hrvatske na: hladna (hipotermalna do 180C), mlaka
Osnovni litološki sastav geotermalnih vodonosnika određuje se na temelju
glavnih ionskih odnosa, odnosno pretežitog kationskog i anionskog sastava kao i kod
podzemnih voda (Slika 3).
Geotermalni sustavi izgrađeni pretežito od karbonatnih stijena, vapnenaca i
dolomita, sadrže vodu pretežito Ca-HCO3 i CaMg – HCO3 sastava. U podzemnim
vodama iz dubokih potolinskih vodonosnika izgrađenih pretežito od silikatnih stijena
8
raste udio Mg i Na kao produkta njihovog trošenja. Termalne vode vezane za naftna
ležišta pretežito su Na-ClHCO3 do Na-Cl tipa na području Hrvatske (Miletić, 1967).
Slika 3. Prikaz geokemijskih facijesa voda u rombu Piperovog dijagrama
(Deutsch, 1997)
2.3.2. Radioaktivni izotop vodika – 3H
U prirodi tricij nastaje u višim slojevima atmosfere djelovanjem kozmičkog
zračenja, odnosno termalnih neutrona na atome dušika. Tricij ondje postaje sastavni dio
molekule vode te oborinama i atmosferskom vlagom ulazi u hidrološki ciklus.
14N + n → 15N →12C + 3H
Tricij je nestabilan izotop i radioaktivno se raspada uz emisiju β- čestica:
T → β- + 3He
Poluvrijeme raspada tricija T1/2 = 12,36 godina. Koncentracija tricija u vodi izražava se
omjerom tricijevih (T) atoma prema atomima vodika (H), a ta jedinica se naziva
tricijeva jedinica (TU – engl. tritium unit):
9
T/H = 10-18 = 1 TU
Prije nuklearnih pokusa na površini Zemlje prirodna aktivnost tricija u atmosferi
bila je između 4 - 10 TU ovisno o klimi, godišnjem dobu, geografskoj širini, udaljenosti
od mora, količini oborina itd. Nakon serije nuklearnih pokusa na površini Zemlje, 1963.
godine, prirodna aktivnost tricija u atmosferi porasla je za više od 1000 puta iznad
prirodne razine (≈ 6 500 TU), a nakon moratorija na nuklearne pokuse (1963. godina)
aktivnost mu se postupno smanjuje radioaktivnim raspadom i miješanjem s oceanskim
vlažnim masama tako da je danas vrlo bliska prirodnim vrijednostima.
Slika 4. Godišnji težinski srednjaci koncentracije tricija na reprezentativnim
meteorološkim postajama. Vrijednosti su dramatično porasle 1963. godine, a nakon
toga se postupno smanjuju sve do današnjih vrijednosti koje su bliske prirodnoj razini.
Vrijednosti koncentracije tricija su bile uvijek više na sjevernoj hemisferi. (Preuzeto iz
Environmental Isotope Data: World Survey of Isotope Concentration in Precipitation,
vol 1 (1969) i vol. 7 (1983).
Međutim obilježavanje atmosfere i hidrosfere tricijem omogućilo je njegovu
primjenu u meteorološkim, hidrološkim i hidrogeološkim istraživanjima. Najpoznatije
je korištenje tricija kao trasera za određivanje porijekla podzemne vode i određivanje
srednjeg vremena prolaza ili zadržavanja vode (MRT – engl. mean residence time) u
podzemlju do 40 godina. Danas se produkcija tricija pojavljuje blizu nuklearnih
10
postrojenja i ondje se obvezno prati u atmosferi, vodama i vegetaciji blizu izvora
zračenja.
Na aktivnost tricija u oborinama utječe nekoliko čimbenika:
a) Utjecaj godišnjih doba – aktivnost tricija u oborinama se periodički mijenja tokom
godine, tako da se maksimalne koncentracije pojavljuju u kasno proljeće i početkom
ljeta, a minimalne u zimskim mjesecima, zbog izmjena zračnih masa između stratosfere
koja je glavni spremnik tricija i troposfere.
b) Utjecaj geografske širine - koncentracija tricija u oborinama raste od ekvatora prema
polovima u obje hemisfere, a koncentracijski gradijent je veći iznad kontinenata i
izrazitiji na sjevernoj hemisferi.
c) Utjecaj kontinentalnih i zračnih morskih struja - aktivnost tricija u oborinama
uvijek je veća iznad kontinenata nego iznad oceana ili mora kao posljedica razrijeđenja
oborina s vodenom parom iznad oceana, jer u oceanu zbog velike mase vode dolazi do
znatnog razrijeđenja aktivnosti tricija. U većim dubinama oceana voda je gotovo
inaktivna na tricij. Zapažena su i vrlo složena vertikalna miješanja zračnih struja iznad
oceana i kontinenata što je posebno uočljivo u Europi i Sjevernoj Americi, gdje dolazi
do miješanja polarnih zračnih masa relativno visoke koncentracije tricija i morskog
zraka siromašnog tricijem.
Metode koje se temelje na proučavanju ovog izotopa našle su svoju primjenu u
hidrogeologiji za utvrđivanje:
- srednjeg vremena zadržavanja vode u podzemlju do 40 godina, a za to se koriste izotopno-hidrološki modeli,
- intenziteta prihranjivanja podzemnih voda kroz zonu aeracije (tlo, vadozna zona itd.),
- međusobne povezanosti vodonosnika ili vodonosnih slojeva,
- prihranjivanje podzemnih voda iz površinskih akumulacija ili na račun površinskog otjecanja,
- područja napajanja i pražnjenja vodonosnika,
- smjera i brzine toka podzemne vode,
11
- stratificiranosti, odnosno uslojenosti vodonosnika bez obzira da li se radi o podzemnim propusnim područjima ili površinskim prirodnim ili umjetnim jezerima, odnosno akumulacijama.
Za takva istraživanja nužno je poznavanje podataka o vremenskoj raspodjeli
tricija u atmosferi na određenom području, površinski i podzemnim vodama te
U prirodi postoje 3 izotopa ugljika, 12C (čest i stabilan), 13C (rijedak i stabilan) i 14C (vrlo rijedak i radioaktivan), a raspada se u 14N uz emisiju β- čestica. Poluvrijeme
raspada izotopa 14C je 5370 godina.
13
Izotopi ugljika 14C nastaju u višim slojevima atmosfere djelovanjem termalnih
neutrona na atome dušika:
β-
14C → 14N 14N + n → 14C + 1HT
Atomi 14C ondje oksidiraju u ugljični dioksid (CO2), koji se zatim pomiješa s
već postojećim atmosferskim CO2. Asimilacijom se ugrađuje u žive organizme.
U vodi se 14C pojavljuje u otopljenom ugljičnom dioksidu, hidrogenkarbonatima
(HCO3-), i kod voda s pH > 9 u obliku otopljenog karbonat iona (CO3
2-) u TIC-u (engl.
total inorganic carbon – hrv. ukupnom anorganskom ugljiku). Datira se ugljik koji je
sadržan u TIC-u starosti do 40 000 godina. Iako oborinska voda sadrži otopljeni
atmosferski CO2, pa prema tome i 14C atome, radioaktivni ugljik podzemnih voda nije
isključivo tog porijekla. Infiltrirana oborinska voda koja prolazi kroz tlo otapa CO2
biogenog porijekla nastalog raspadom organske materije u tlu ili asimilacijom korijenja
bilja i mikroorganizama. Specifična aktivnost otopljenog biogenog ugljika je teoretski
100% kao i ostalog suvremenog živog svijeta i atmosfere. Otopljeni CO2 djeluje u vodi
na prisutne karbonate kao karbonatna kiselina (H2CO3) prema reakciji:
CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca2+ + 2HCO3-
Otapanjem anorganskih inaktivnih karbonata u tlu koji su stariji od 40000
godina i u njima se 14C već sav raspao (specifična aktivnost im je stoga 0%), dolazi do
smanjenja specifične aktivnosti 14C u vodi. Teoretski prema jednadžbi otapanja
karbonata bi prema stehiometrijskim omjerima početna aktivnost ukupno otopljenog
anorganskog ugljika trebala iznositi 50 %.
Međutim ustanovljeno je da se u nezasićenoj zoni tla i vodonosnika uz
hidrogenkarbonate nalazi i dodatna količina otopljenog CO2, a dolazi i do izotopnih
izmjena ugljikovih atoma između tvari koje sadrže ugljik (npr. karbonati, organska
tvar), tako da je početna aktivnost 14C općenito viša od 50%.
Mjerenja su pokazala da se u različitim područjima na Zemlji vrijednost početne
aktivnosti 14C nalazi u rasponu 65 - 100 % specifične aktivnosti suvremenog ugljika
(pmc – percent of modern carbon).
14
U područjima bez karbonata, alteracijom silikatnih stijena, dakle otapanjem
feldspata i plagioklasa koje je puno sporije od otapanja karbonata, početna aktivnost 14C
iznosi oko 100%. To se tumači činjenicom da je količina otapanja ugljika nastalog tako
sporim otapanjem silikata vrlo mala.
Međutim, ugljik u hidrogenkarbonatima u vodonosnoj sredini može potjecati i iz
drugih izvora, što u konačnici mijenja i specifičnu aktivnost 14C, dakle i starost
otopljenih hidrogenkarbonata. Na primjer, ako u podzemlju ima organske materije,
njenom oksidacijom nastali ugljik, odnosno aktivnost 14C u hidrogenkarbonatima ovise
o starosti te organske materije. Slično, ukoliko u vodonosniku nedostaje kisika, može
doći do redukcije sulfata metanom koji je nastao raspadom organske materije, a
aktivnost 14C tada ovisi o starosti metana.
Za podzemne vode dubokih vodonosnika vrlo je važan utjecaj ugljikovog
dioksida vulkanskog porijekla iz geotermalnih sustava koji potječe iz vapnenaca (i
ostalih stijena koje sadrže ugljik) te ne sadrži 14C. Posljedica toga je smanjenje početne
aktivnosti 14C, odnosno tzv. “starenje ” podzemnih voda (engl. „aging“). Prema tome
početna aktivnost 14C u podzemnim vodama ovisi o prisutnim pedološkim, geološkim,
litološkim, geokemijskim, hidrogeološkim, klimatskim i vegetacijskim obilježjima
istraživanog područja. S obzirom na spomenuta obilježja za određivanje početna
aktivnosti 14C (Ao) koriste se različiti modeli razvijeni na fizikalnom, kemijskom,
izotopnom i fizikalno kemijskom osnovu (Tamersov, Pearsonov, Mookov, Fontes -
Garnierov i Eichengerov model). Zbog vremena poluraspada izotopa 14C, (T1/2 = 5730 ±
40 godina), moguće je izračunati starost ukupno otopljenog anorganskog ugljika, dakle
starost vode do 40 000 godina. Budući da se specifična aktivnost 14C u atmosferi
mijenjala u posljednjih 50 000 godina uslijed različitih utjecaja, npr. promjena
Dvije termalne vode, Stubičkih toplica i Krapinskih toplica pripadaju
geokemijskom tipu kalcijsko hidrogenkarbonatnih voda (CaMg-HCO3) dok termalne
vode Šmidhena i Varaždinskih toplica zbog povišene koncentracije natrija imaju
natrijsko kalcijsko magnezijsko hidrogenkarbonatno kloridni karakter (NaCaMg –
HCO3Cl). Te vode odražavaju utjecaj konatnih voda povezanih s dubokim bazenskim
vodonosnicima Savske potoline i Dravske potoline.
Utjecaj recentnih oborina otkriven je samo u termalnoj vodi Stubičkih toplica
što je vrlo važno zbog obnavljajućeg potencijala vodonosnika. U svim drugim
vodonosnicima ne postoji doprinos suvremene infiltracije oborinskih voda. Termalne
vode Varaždinskih toplica su najstarije zbog znatnog doprinosa konatnih (fosilnih)
bazenskih voda.
56
SUMMARY
Geothermal waters from the four aquifers belonging to the peripheral
southwestern part of Pannonian basin have been studied by applying hydrogeochemical
and isotopic methods. This region belongs to the synclinorium of Hrvatsko Zagorje and
tectonic units of the Drava River and the Sava River Basin. Rocks of the Upper
Paleozoic, Triassic, Jurassic, Cretaceous, Palaeogene, Neogene and Quaternary age are
exposed at the surface of a terrain. Geothermal waters discharge at the surface along
active fault zone.
Water samples were collected from the four geothermal aquifers: Varaždinske
toplice, Krapinske toplice, Stubičke toplice and St. Helen toplice (Šmidhen). Following
parameters were measured: water temperatures, pH, conductivity, hydrogencarbonate
alkalinity, concentration of Ca2+, Mg2+, Na+, Cl-, SO42-, dissolved CO2 and O2, and
radioactive isotopes of carbon - 14C and hydrogen - 3H (tritium). Also, stable isotope
content of carbon – δ13C, oxygen - δ 18O and hydrogen δ 2H (deuterium) were measured
too.
Two thermal waters from Stubičke toplice and Krapinske toplice belongs to
calcium-magnesium hydrogencarbonate geochemical type (CaMg-HCO3) while thermal
waters from Šmidhen borehole and Varaždinske toplice due to elevated sodium content
have sodium calcium magnesium - hydrocarboante chloride geochemical character
(NaCaMg – HCO3Cl). These waters reflecte the influence of connate waters connected
with deep basin aquifers of the Sava River Basin (Šmidhen) and the Drava River Basin
(Varaždinske toplice).
Recent precipitation influence were recognized only in Stubičke toplice termal water what is very important due to renewing potential of aquifer. In all other termal waters there is no recent precipitation contribution. A Varaždinske toplice termal water is the oldest due to considerable contribution of connate (fossil) basin