Zastosowanie metody helowej na obszarach o podwyższonej zawartości uranu i toru – implikacje na przykładzie Sudetów Środkowych

• Autorzy: Kotowski Tomasz , Chudzik Linda

Identyfikatory

DOI

10.7306/bpig.36

Warianty tytułu

EN

Application of the helium method in areas with elevated contents of uranium and thorium – implications exemplified by the case of the Central Sudetes

• Konferencja: Współczesne problemy hydrogeologii = Current challenges in hydrogeology : XIX Sympozjum
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Istotnym czynnikiem warunkującym właściwe zastosowanie metody helowej jest poprawne określenie wielkości nadmiaru stężenia 4He w wodzie podziemnej. Nadmiar tego gazu może być produkowany m.in. bezpośrednio w matrycy skalnej ośrodka wodonośnego, zawierającej U i Th, co jest określane jako produkcja 4He in situ. Celem zaprezentowanych badań była analiza możliwości wy-korzystania metody helowej na obszarach o podwyższonych koncentracjach U i Th w skałach warstw wodonośnych oraz bezpośrednio w wodach podziemnych, co może prowadzić do zwiększonej produkcji 4He in situ. Wyniki modelowania wpływu zmienności stężeń U i Th na produkcję He in situ wskazują, że dla wód podziemnych o stężeniach He 10–6–10–8 cm3 STP•g–1 produkcja He in situ jest właściwie nie-istotna. W konsekwencji można stwierdzić, że wyniki datowania uzyskane metodą helową na takich obszarach mogą być w pełni porównywalne z wynikami uzyskanymi dla obszarów o niższym stężeniu U i Th. Stwierdzono również, że rozpuszczone jony U i zawiesiny związków Th, występujące w wodach podziemnych nie są istotnym źródłem produkcji He in situ na badanym obszarze Sudetów Środkowych.

EN

An important factor determining the proper use of the helium method is the correct determination of the amount of excess 4He concentration in groundwater. An excess of this gas can be produced, among others directly in the rock matrix of an aquifer containing U and Th, which is referred to as 4He production in situ. The aim of the research was to analyze the possibilities of using the helium method in areas with elevated U and Th concentrations in aquifer rocks and directly in groundwater, which can lead to increase the 4He production in situ. The results of the modelling of the influence of variability of U and Th concentrations on the 4He in situ production indicate that the 4He in situ production is virtually irrelevant in the groundwater with He 10–6–10–8 cm3 STP•g–1 concentrations. Consequently, it can be concluded that the results obtained by the helium method in such areas can be fully comparable with the results obtained for areas with lower concentrations of U and Th. It was also found that dissolved U ions and suspensions of Th compounds in groundwater are not a significant source of the 4He in situ production in the study area of the Central Sudetes.

Słowa kluczowe

PL

modelowanie produkcji 4He in situ; wody podziemne

EN

4He in situ production modelling; groundwate

• Wydawca: Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 476, Hydrogeologia z. 17
• Strony: 55--62
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., rys., tabl.

Twórcy

autor

Kotowski Tomasz

• Uniwersytet Rolniczy, Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji, al. Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków

autor

Chudzik Linda

• Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy, Oddział Dolnośląski we Wrocławiu, al. Jaworowa 19, 53-122 Wrocław

Bibliografia

• 1. AESCHBACH-HERTIG W., PEETERS F., BEYERLE U., KIPFER K., 1999 – A paleotemperature record derived from noble gases in groundwater of the Aquia Aquifer (Maryland, USA). Geochim. et Cosmochim. Acta, 66: 797–817.
• 2. ALEKSANDROWSKI P., KRYZA R., MAZUR S., PIN C., ZALASIEWICZ J.A., 2000 – The Polish Sudetes: Caledonian or Variscan? Trans. R. Soc. Edinburgh: Earth Sci., 90: 127–146.
• 3. BALLENTINE C.J., BURNARD P.G., 2002 – Production release and transport of noble gases in the continental crust. W: Noble Gases in Geochemistry and Cosmochemistry (eds. D. Porcelli i in.). Mineral. Soc. of America, Washington DC. Rev. Mineral. Geochem., 47: 481–538.
• 4. BALLENTINE C.J., BURGESS R., MARTY B., 2002 – Tracing fluid origin, transport and interaction in the crust. W: Noble Gases in Geochemistry and Cosmochemistry (eds. D. Porcelli i in.). Mineral. Soc. of America, Washington DC. Rev. Mineral. Geochem., 47: 539–614.
• 5. BIELECKA H., JANICKI B., JAKUBIAK H., 1992 – Dokumentacja hydrogeologiczna dotycząca ustalenia zasobów wód podziemnych w okolicy Nowa Ruda. Przeds. Geol. Wrocław [mat. niepubl.].
• 6. CHAU N.D., DULIŃSKI M., JODŁOWSKI P., NOWAK J., RÓŻAŃSKI K., ŚLEZIAK M., WACHNIEW P., 2011 – Natural radioactivity in groundwater – a review. Isotopes in Environmental and Health Stud., 47: 415–437.
• 7. CIĘŻKOWSKI W., GRONING M., LEŚNIAK P.M., WEISE S.M., ZUBER A., 1992 – Origin and age of thermal waters in Cieplice Spa, Sudeten, inferred from isotope, chemical and noble gas data. J. Hydrol., 140: 89–117.
• 8. COOK P.G., HERCZEG A.I. (red.), 2000 – Environmental Tracers in Subsurface Hydrology. Kluwer Acad. Publ., Boston, MA.
• 9. HARMSEN K., De HAAN F.A.M., 1980 – Occurrence and behaviour of uranium and thorium in soil and water. Nether. J. Agricultur. Sci., 28: 40–62.
• 10. KOTOWSKI T., NAJMAN J., 2015 – Results of the determination of He in Cenozoic aquifers using the GC method. Groundwater, 53: 47–55.
• 11. KOTOWSKI T., CHUDZIK L., NAJMAN J., 2019 – Application of dissolved gases concentration measurements, hydrochemical and isotopic data to determine the circulation conditions and age of groundwater in the Central Sudetes Mts. J. Hydrol., 569: 735–752.
• 12. KULONGOSKI J.T., HILTON D.R., CRESSWELL R.G., HOSTETLER S., JACOBSON G., 2008 – Helium-4 characteristics of groundwaters from Central Australia: Comparative chronology with chlorine-36 and carbon-14 dating techniques. J. Hydrol., 348: 176–194.
• 13. LANGMUIR D., HERMAN J.S., 1980 – The mobility of thorium in natural waters at low temperature. Geochim. et Cosmochim. Acta, 44: 1753–1766.
• 14. LEE M.H., CHOI G.S., CHO Y.H., LEE C.W., SHIN H.S., 2001 – Concentrations and activity ratios of uranium isotopes in the groundwater of the Okchun Belt in Korea. J. Environmen. Radioactiv., 57, 2: 105-116.
• 15. MAMYRIN B.A., TOLSTIKHIN I.N., 1984 – Helium isotopes in nature. Developments in Geochemistry 3. Elsevier, Amsterdam.
• 16. MARTEL D.J., DEAK J., DÖVENYI P., HORVÁTH F., O’NIONS R.K., OXBURGH E.R., STEGENA L., STUTE M., 1989 – Leakage of Helium from the Pannonian Basin. Nature, 342: 908–912.
• 17. McCANN T. (Ed.), 2008 – The geology of Central Europe. Volume 1: Precambrian and Paleozoic. Geol. Soc., London.
• 18. MIECZNIK J., 1983 – Wyniki badań geologiczno-poszukiwawczych mineralizacji uranowej w utworach gónokarbońskich rejonu Głuszyca–Nowa Ruda (depresja śródsudecka), woj. wałbrzyskie. Narod. Arch. Geol. PIG-PIB, Warszawa.
• 19. MIECZNIK J., STRZELECKI R., 1979 – Możliwości występowania mineralizacji uranowej w niektórych formacjach osadowych Sudetów. Prz. Geol., 6: 314–317.
• 20. MOFFETT D., TELLIER M., 1978 – Radiological investigations of an abandoned Uranium Tailings Area. J. Environmen. Qual., 7, 3: 310–314.
• 21. NAJMAN J., ŚLIWKA I., 2013 – Rozwój metody jednoczesnego pomiaru stężenia helu, argonu oraz neonu dla datowania wód podziemnych. Biul. Państw. Inst. Geol., 456: 419–424.
• 22. NAJMAN J., ŚLIWKA I., 2016 –The cryogenic enrichment system in chromatographic analysis of noble gases in groundwater. Acta Phys. Pol. A, 130: 737–742.
• 23. NIEĆ M., 2009 – Występowanie rud uranu i perspektywy ich poszukiwań w Polsce. Pol. Energ., 12: 435–451.
• 24. O’NIONS R.K., OXBURGH E.R., 1983 – Heat and helium in the Earth. Nature, 306: 429–431.
• 25. OZIMA M., PODOSEK F.A., 1983 – Noble gas geochemistry. Cambridge University Press, Cambridge.
• 26. PLEWA M., PLEWA S., 1992 – Petrofizyka. Wydaw. Geol., Warszawa.
• 27. POLAŃSKI A., 1988 – Podstawy geochemii. Wydaw. Geol., Warszawa.
• 28. PRZENIOSŁO S., 1970 – Geochemistry of uranium in alluvials of the eastern metamorphic of Lądek and Snieżnik. Biul. Geol. Inst., 224: 205–284.
• 29. SHORT S.A., 1988 – Chemical transport of uranium and thorium in the Alligator Rivers Uranium Province, Northern Territory,. Australia, Doctor of Philosophy thesis, Department of Chemistry, Univ. of Wollongong.
• 30. SOLOMON D.K., HUNT A., POREDA J., 1996 – Source of radiogenic helium 4 in shallow aquifers: implications for dating young groundwater. Water Resour. Rev., 32: 1805–1813.
• 31. STUTE M., SONNTAG C., DEÀK J., SCHLOSSER P., 1992 – Helium in deep circulating groundwater in the Great Hungarian Plain: Flow dynamics and crustal and mantle helium fluxes. Geochim. et Cosmochim. Acta, 56, 5: 2051–2067.
• 32. SYLWESTRZAK H., 1972 – Uranium geochemistry in the Lower Paleozoic volcanites of Lower Silesia in comparison with the general geochemical variation of these rocks. Biul. Inst. Geol., 259.
• 33. TORGERSEN T., 1989 – Terrestrial helium degassing fluxes and the atmospheric helium budget: Implications with respect to the degassing processes of continental crust. Chem. Geol. (Isot. Geosci. Sect.), 79, 1–14.
• 34. TORGERSEN T., CLARKE W.B., 1985 – Groundwater dating with helium isotope. An evaluation of sources and the continental flux of crustal 4He in the Great Artesian Basin. Australia. Geochim. et Cosmochim. Acta, 49: 1211–1218.
• 35. ZUBER A., 2007 – Datowanie wód podziemnych metoda helową. W: XIII Sympozjum „Współczesne problemy hydrogeologii” (red. A. Szczepański i in.). Kraków-Krynica, 21–23.06.2007 r.: 381–388. Wydaw. AGH, Kraków.
• 36. ZUBER A., WEISE S.M., OSENBRÜCK K., GRABCZAK J., CIĘŻKOWSKI W., 1995 – Age and recharge area of thermal waters in Lądek Spa (Sudeten, Poland) deduced from environmental isotope and noble gas data. J. Hydrol., 167: 327–349.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).