Environmental isotopes and theoretical foundations of isotope hydrology. Stable isotopes of oxygen and hydrogen; identification of water according to their fractionation. Other environmental isotopes. Application of environmental isotopes in environmental and hydrological investigation and in technology.
Last update: Mgr. Martin Slavík, Ph.D. (08.10.2021)
Zaměření na stopovače využívané ke sledování pohybu vody, rychlosti a doby zdržení a studiu interakcí vody s dalšími složkami prostředí a též ke zjištění původu vody. Týká se jak uměle injektovaných látek (stopovací zkoušky), tak environmentálních stopovačů včetně izotopových. Na přednášky navazují praktická cvičení.
Literature -
Last update: doc. RNDr. Jiří Bruthans, Ph.D. (19.10.2011)
CLARK I. D. a FRITZ P. (1997): Environmental Isotopes in Hydrogeology. - Lewis Publishers, Boca Ration, New York.
KÄSS W., BEHRENS H., HIMMELSBACH TH., HÖTZL H., HUNKELER D., LEIBUNDGUT C. H., MOSER H., ROSSI P., SCHULTZ H. D., STOBER I., WERNER A., 1998. Tracer technique in geohydrology. Balkema, Rotterdam, 581 str.
Last update: doc. RNDr. Jiří Bruthans, Ph.D. (19.10.2011)
CLARK I. D. a FRITZ P. (1997): Environmental Isotopes in Hydrogeology. - Lewis Publishers, Boca Ration, New York.
KÄSS W., BEHRENS H., HIMMELSBACH TH., HÖTZL H., HUNKELER D., LEIBUNDGUT C. H., MOSER H., ROSSI P., SCHULTZ H. D., STOBER I., WERNER A., 1998. Tracer technique in geohydrology. Balkema, Rotterdam, 581 str.
Requirements to the exam - Czech
Last update: Mgr. Martin Slavík, Ph.D. (08.10.2021)
Udělení zápočtu: Nejméně 75% účast na cvičení, odevzdání protokolů ze cvičení včas (v následujícím cvičení, pokud není domluveno jinak) a v dostatečné kvalitě, maximálně 2 pozdní odevzdání. Zkouška písemnou formou, vedle informací z přednášek obsahuje i jednoduché formy příkladů ze cvičení.
Syllabus -
Last update: DATEL (06.05.2004)
1 Introduction: isotopes, their structure, physical and chemical behaviour; stable and radioactive isotopes; environmental isotopes; artificially produced isotopes; the most common isotopes in the environment
2. Stable isotopes
2.1. Expressing the concentration of stable isotopes; the d notation of isotope concentration
2.2. World standards for expressing the concentration of stable isotopes
2.3. Isotopic fractionation
2.4. Deuterium and oxygen-18 isotopes in the hydrological cycle; the meteoric line and specific isotopic composition of precipitation, surface, and ground water; temperature, latitude, continental and altitude effects
2.5. Carbon-13 isotope in organic and inorganic matter
3. Radioactive isotopes
3.1. Cosmogenic environmental radionuclides; tritium and carbon-14 as environmental isotopes in the hydrosphere
3.2. The law of of radioactive disintegration
3.3. The principle of ground-water dating by means of tritium and carbon-14; de Vries, Suess and bomb effects
3.4. Tritium and carbon-14 as product of nuclear bomb testing and as environmental tracers
4. Other environmental isotopes in the hydrosphere
5. Application of isotope techniques in hydrology
5.1. The motion of the atmospheric moisture on the global scale
5.2. Investigation of the relationship between precipitation, infiltration and runoff
5.3. Determining of the recharge area of ground water
5.4. Dating of ground water; geochemical and hydrodynamic models; ground-water age and residence time; limiting factors of dating
5.5. Determining the time of origin of ground water; attributing of the ground-water origin to the geochronostratigraphic scale; attributing ground water to the past hydrological cycles
5.6. Paleoclimatic studies
5.7. Determinig ground-water flow velocity in deep aquifers
5.8. Separating hydrographs
5.9. Application in water management and evaluation of water resources
5.10.Application in hydraulic engineering and mining
6. Demonstrating case histories
Last update: Mgr. Martin Slavík, Ph.D. (08.10.2021)
1. Úvod
Transportní procesy (advekce, difuze, mechanická disperse, hydrodynamická disperse), Pecletovo číslo, retardace anorganického i organického migrantu, doporučená literatura.
2. Stopovací zkoušky
Vymezení základních pojmů (uměle injektované látky, environmentální stopovače), rozlišení stopovacích zkoušek podle způsobu provedení (kvantitativní, kvalitativní), parametry stopovací zkoušky (střední doba zdržení, návratnost,…), způsob injektáže, příklady využití stopovacích zkoušek. Seznámení s programy pro navrhování a vyhodnocení stopovacích zkoušek.
3. Druhy uměle injektovaných stopovačů
Přehled běžně používaných stopovačů (rozdělení na fluoreskující a nefluoreskující, radioaktivní a aktivované). Uranin, eosin, sulforhodamin B, pyranin, optické zjasňovače, NaCl, LiCl, bromidy, iodidy, tenzidy, bakterie, bakteriofágy a další. Princip využití jednotlivých stopovačů a způsob jejich odběru a detekce/měření.
4. Environmentální stopovače
Stabilní izotopy, jejich složení, fyzikální a chemické vlastnosti, vymezení základních pojmů (standard, izotopový poměr, izotopová odchylka). Jejich využití v hydrogeologii. Metody měření environmentálních stopovačů. Frakcionace stabilních izotopů a její typy, Rayleighovy rovnice.
5. Stabilní izotopy vodíku a kyslíku
Výskyt a vlastnosti stabilních izotopů vodíku a kyslíku, jejich standard, frakcionace vodíku a kyslíku a na čem je závislá. Světová meteorická přímka, d-excess. Vzorkování a uchování vzorků, určení doby zdržení, separace hydrogramu, příklady využití.
6. Stabilní izotopy uhlíku, dusíku a síry
Výskyt a vlastnosti stabilních izotopů uhlíku, dusíku a síry, jejich standardy, frakcionace, oxidace a redukce, vzorkování a analýzy. Využití v hydrogeologii.
7. Radioizotopy
Vymezení základních pojmů (aktivita, rozpadová konstanta, poločas rozpadu, …). Využití tritia a radiouhlíku v hydrogeologii, odběr vzorků a měření, ukázka izotopové laboratoře PřF UK.
8. Freony
Představení freonů (11, 12, 113) a SF6 a jejich využití při datování. Způsoby odběru vzorků, ukázky praktických příkladů. Modely pro určení střední dobu zdržení pomocí stopovačů (pístový model, exponenciální model, disperzní modely, kombinace pístového a exponenciálního modelu, binární míšení).
