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