Geokemija stabilnih izotopov v kraških sistemih

Stabilni izotopi, še posebej tisti tradicionalni (lažjih elementov, kot so C, H, O, N in S), so že bili uporabljeni kot učinkovita orodja za preučevanje virov in procesov v različnih naravnih sistemih. Uporabljeni so bili tudi pri preučevanju kraških sistemov, predvsem kot sledila v kraški podtalnici in kot okoljski pokazatelji v primeru speleotemov in podtalnice. Nekateri od najboljših zapisov terestrične paleoklime so bili ustvarjeni na podlagi sestave stabilnih izotopov v jamskih speleotemih. Stabilni izotopi so bili pred kratkim uporabljeni v speleogenetskih raziskavah, zlasti v povezavi s hipogenimi kraškimi sistemi, da bi bolje razumeli vire plinov ali speleogenetske procese (npr. stabilni izotopi žvepla in kisika v jamah z žveplovo kislino ali pa stabilni izotopi kisika v hidrotermalnih jamah). V primerih, kjer so morfološki dokazi preveč nejasni, da bi lahko določili izvor jamskega sistema, nam lahko stabilni izotopi dajo jasnejšo sliko (npr. spremembe stabilnih izotopov v stenah jam). Termometer kisikovega izotopa, ki združuje sestavo kisikovega izotopa v karbonatnih mineralih z njihovimi tekočinskimi vključki, je bil uspešno uporabljen tudi v kraških sistemih. Najnovejši dosežki v termometriji izotopskih skupkov ponujajo še več možnosti za bolj neposredne rekonstrukcije temperature ter hkratno rekonstrukcijo sestave stabilnih izotopov v paleovodah. Podobno tudi novi analitični dosežki omogočajo uporabo netradicionalnih razmerij stabilnih izotopov (npr. stabilni izotopi elementov Ca, Mg in Sr), ki lahko priskrbijo določene neodvisne okoljske pokazatelje v primeru speleotemov ali pa boljši vpogled v speleogenetske procese. Cilj predmeta je pridobiti vpogled v kraške sisteme z vidika stabilnih izotopov, ki služijo predvsem kot orodje za boljše razumevanje razvoja kraških sistemov ali za pridobivanje okoljskih podatkov iz speleotemov.
Pri predmetu se bodo študentje seznanili s sistematiko stabilnih izotopov v kraških sistemih in z njihovim potencialom ter omejitvami pri preučevanju različnih vidikov kraških sistemov. Pridobili bodo boljše razumevanje uporabe stabilnih izotopov v speleogenetskih ali speleotemskih raziskavah paleoklime.

/

Uvod v geokemijo stabilnih izotopov.
Stabilni izotopi in kraški sistemi.
Pristopi k vzorčenju in analitične metode.
Termometrija stabilnih izotopov (termometer kisikovega izotopa, termometer izotopskih skupkov).
Uporaba stabilnih izotopov pri speleogenezi jam z žveplovo kislino.
Uporaba stabilnih izotopov pri hidrotermalnih jamah.
Uporaba stabilnih izotopov pri speleotemskih raziskavah paleoklime.
Novi dosežki v geokemiji stabilnih izotopov in njihova uporaba pri kraških sistemih.

Predmet nudi vpogled v uporabo stabilnih izotopov pri preučevanju kraških sistemov. Študent pridobi osnovno znanje o analitičnih metodah, uporabljenih pri meritvah stabilnih izotopov, in o negotovostih, povezanih z njimi. Študent pridobi poglobljeno znanje o sistematiki stabilnih izotopov v kraških sistemih in o njihovem potencialu (ter omejitvah) kot orodju za spoznavanje različnih kraških procesov. Študent je sposoben vrednotiti rezultate in s pomočjo stabilnih izotopov razumeti okoljske spremembe, zapisane v speleotemih, in procese, povezane s hipogeno speleogenezo.

• Criss, R.E., 1999. Principles of Stable Isotope Distribution, Oxford University Press.
• Sharp, Z., 2017. Principles of Stable Isotope Geochemistry, 2nd edition. https://doi.org/10.25844/h9q1-0p82 E-gradivo
• Hoefs, J., 2018. Stable Isotope Geochemistry, 8th edition, Springer. E-gradivo
• Clark, I., 2015. Groundwater Geochemistry and Isotopes, Taylor and Francis Group.
• Fairchild, I.J., Baker, A., 2012. Speleothem Science: From Process to Past Environments, Wiley-Blackwell, Chichester Katalog E-gradivo
• Fairchild, I.J., Smith, C.L., Baker, A., Fuller, L., Spötl, C., Mattey, D., McDermott, F., 2006. Modification and preservation of environmental signals in speleothems. Earth-Science Reviews 75, 105–153. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2005.08.003 E-gradivo
• Bottrell, S. H., Crowley, S. & Self, C., 2001. Invasion of a karst aquifer by hydrothermal fluids: Evidence from stable isotopic compositions of cave mineralization. Geofluids 1, 103–121. https://doi.org/10.1046/j.1468-8123.2001.00008.x E-gradivo
• Onac, B.P., Wynn, J.G., Sumrall, J.B., 2011. Tracing the sources of cave sulfates: a unique case from Cerna Valley, Romania. Chem. Geol., 288, 105–114. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2011.07.006. E-gradivo
• Spötl, C., Dublyansky, Y., Koltai, G., Honiat, C., Plan, L., Angerer, T. 2021. Stable isotope imprint of hypogene speleogenesis: Lessons from Austrian caves. Chem. Geol. 572, 120209. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2021.120209 E-gradivo
• Skripte in gradiva, ki jih priskrbi predavatelj.

Ustni izpit (70 % končne ocene), kjer študent pokaže znanje in razumevanje tem, ki so bile obravnavane na predavanjih. Pogoj za pristop k izpitu je pisno poročilo (5–10 strani) o določeni temi na podlagi pregleda literature, samostojnega ali skupinskega dela (30 % končne ocene).

Docent krasoslovja / Assistant Professor in Karstology
Bibliografija / Bibliography:

1. https://m2.mtmt.hu/api/publication?format=html&labelLang=eng&sort=publishedYear,desc&cond=authors;eq;10058416
2. Temovski M., Rinyu L., Futó I., Molnár K., Túri M., Demény A., Otoničar B., Dublyansky Y., Audra P., Polyak V., Asmerom Y., Palcsu L. (2022): Combined use of conventional and clumped carbonate stable isotopes to identify hydrothermal isotopic alteration in cave walls. Scientific Reports 12, 9202. https://doi.org/10.1038/s41598-022-12929-4
3. Palcsu L., Gessert A., Túri M., Kovács A., Futó I., Orsovszki J., Puskás-Preszner A., Temovski M., Koltai G. (2021): Long-term time series of environmental tracers reveal recharge and discharge conditions in shallow karst aquifers in Hungary and Slovakia. Journal of Hydrology: Regional Studies, 36, 100858, https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2021.100858.
4. Temovski M., Túri M., Futó I., Braun M., Molnár M., Palcsu L. (2021): Multi-method geochemical characterization of groundwater from a hypogene karst system Hydrogeology Journal, 29, 1129–1152 https://doi.org/10.1007/s10040-020-02293-w
5. Regattieri E., Isola I., Zanchetta G., Tognarelli A., Hellstrom J.C., Drysdale R.N., Boschi C., Milevski I., Temovski M. (2019). Middle Holocene climate variability from a stalagmite from Alilica Cave (Southern Balkans). Alpine and Mediterranean Quaternary, 32 (1), 1-16, https://doi.org/10.26382/AMQ.2019.02
6. Temovski M., Futó I., Túri M., Palcsu L. (2018): Sulfur and oxygen isotopes in the gypsum deposits of the Provalata sulfuric acid cave (Macedonia). Geomorphology, 315, 80-90. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2018.05.010