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