3.Ulusal Hidrolojide İzotop Teknikleri Sempozyumu - DSİ Genel ...

Yeraltısuyu yaşının dolaylı olarak belirlenmesi yaklaşımı su ile birlikte hareket ettiği varsayılan
izleyicilerin kullanımına dayanmaktadır. Akiferdeki suyun beklenen yaş aralığına bağlı olarak
izleyiciler tek başlarına ya da birlikte kullanılabilmektedir. Çevresel ya da yerel izleyicilerin
güvenilir bir akım modeline dayanan taşınım modeller içinde kullanılması yoluyla da yeraltısuyu
yaşının belirlenmesi mümkündür. Buna karşın, akım ve taşınım modellerinin oluşturulmasındaki
güçlükler nedeniyle çevresel ya da yerel izleyicilere dayalı yaş belirleme çalışmalarında –akım ve
taşınım süreçlerinin tek bir eşitlik ile ifade edildiği- tümsel modellerden de daha geniş biçimde
yararlanılmaktadır. Uygulanan teknik ne olursa olsun, izleyicilere dayalı dolaylı yaş belirleme
çalışmalarındaki önemli güçlüklerden birisi de izleyici derişiminin akifer içindeki taşınımı sırasında
değişimine neden olan tutulma ve bozunma gibi süreçlerin güvenilir olarak tanımlanamayışıdır.
Diğer yandan, kullanılan izleyicinin yeraltısuyunun beklenen yaş büyüklüğünce belirlenen zaman
ölçeğinde kullanılabilirliği de önemli bir kısıtlayıcı etkendir. Trityum, oksijen-18/döteryum gibi
izotopik ya da atmosferik CFC, SF6 gazları gibi kimyasal izleyiciler ancak ortalama yeraltısuyu yaş
değerinin 50-100 yıl arasında değiştiği akım sistemlerinde kullanılabilmektedir. Ortalama yaşın,
binlerce yıl dolayınca olduğu büyük ve/veya düşük akım hızlı sistemlerde kullanılan başlıca
çevresel izleyici ise radyokarbondur. Bu izotop ile arkeolojik örneklerde 70,000 yıla, hidrojeolojik
uygulamalarda ise –ilgili parmetrelerdeki belirsizliklerden dolayı- 50,000 yıla ulaşan yaş
değerlerinin belirlenmesi mümkündür.
Yeraltısuyunun radyokarbon yaş tayini radyokarbon akitivitesine etkiyen tüm faktörlerin doğru bir
biçimde belirlenmesini ve tanımlanmasını gerektiren oldukça karmaşık bir süreçtir. Bu çalışmada,
söz konusu sürecin örneklemeden başlayıp, hidrojeokimyasal modellemeye uzanan tüm aşamalarına
ilişkin uygulamalar sunulmaktadir.
2. RADYOKARBON YAŞ TAYİNİ, İLKE VE VARSAYIMLAR
Radyokarbon ( 14 C, 6p, 8n; p: proton, n: nötron) karbon elementinin 14 kütle numaralı izotopudur.
Zayıf enerjili beta (negatron) ışıması ile azot-14 ( 14 N, 7p+7n) izotopuna bozunan bu izotopun
günümüzde kabul gören yarılanma ömrü (Cambridge half-life, T1/2) 5730 (+/- 40) yıldır.
Radyokarbon yaş tayin uygulamasının başladığı 1950’li yıllarda saptanan yarılanma ömrü ise
(Libby half-life) 5568 (+/-30) yıl) olup, günümüzde kullanılmamaktadır. Radyokarbon izotopunun
başlıca kaynağı 14 N’ün stratosferde kozmik nötronlarca bombardımanı sonucu oluşan 14 C’ü içeren
atmosferik CO2 (karbon dioksit) gazıdır. Atmosferik CO2, C elementinin tüm izotoplarını (başlıca
12 C, 13 C ve 14 C) içerir ve fotosentez süreci ile (kabaca: CO2_atmosferik + ışık enerjisi > karbonhidrat)
bitkilerin yapısına taşınır. Yaşam süresince karbon izotoplarının bitki bünyesindeki bolluk dağılımı
ile atmosferik CO2 içindeki bolluk dağılımı arasında sabit bir denge durumu (secular equilibrium)
söz konusudur. Radyokarbonun atmosferik CO2 içindeki bolluğu 1950 yılı itibariyle %100 (100
pmc, percent modern carbon) olarak tanımlanmış olup, bu değer jeolojik geçmişte dikkate değer
salınımlar (örğ. 130 pmc dolayına artış) göstermiştir.
Bitki bünyesinde içerilen 14 CO2’in bir bölümü kök terlemesi (respiration) yoluyla toprak zonu
atmosferine geçmekte buradan da hidroliz yoluyla karbonik aside dönüşerek yeraltısuyu beslenim
sürecinde akifere taşınmaktadır. Bitki örtüsü içermeyen ortamlarda da beslenim zonundaki
atmosferik kökenli 14 CO2 yeraltısuyu beslenimi ile akifere taşınmaktadır.
14
CO2 + H2O H2 14 CO3
(1)
Gerek bitki kök terlemesi ve gerekse atmosferik gazların toprak zonuna difüzyonu (ya da bunların
karışımı) ile oluşan beslenim zonu atmosferindeki CO2 gazının hidrolizi ile oluşan karbonik asidin
14
C aktivitesi (A0) 100 pmc’dir. Beslenim suyunun toprak zonu atmsoferinden uzaklaşması ile
birlikte 14 CO2 kaynağı kesildiğinden, su tarafından içerilen 14 CO2 radyoaktif bozunma ile azalmaya
başlar. Bu azalma, birinci dereceden reaksiyon kinetiği ile ifade edilen radyoaktif bozunma yasasına
uyar ve başlangıçtan (t = 0) belirli bir süre sonra (t = T) suda bulunan 14 C içeriği (AT),
178