Hydrology, Hydrogeology (Council of Complex Environmental Sciences)
60 %
Mineralogy, Petrology (Council of Complex Environmental Sciences)
30 %
Geophysics, Physics of the Lithosphere, Seizmology (Council of Complex Environmental Sciences)
10 %
Panel
Earth sciences 1
Department or equivalent
Institute for Geochemical Research HAS
Participants
Deák, József Lorberer, Árpád Tóth, György
Starting date
2006-03-01
Closing date
2011-01-31
Funding (in million HUF)
14.440
FTE (full time equivalent)
3.52
state
closed project
Summary in Hungarian
Budapest és környéke rendkívül gazdag hévizekben, amelyek felhasználásának évezredes hagyománya van. A vízkitermelés mennyiségi korlátai és az elszennyeződés veszélyei leginkább gyakorlati tapasztalatok alapján ismertek, a tágabb terület regionális hidraulikai modellje jelenleg készül. A bonyolult áramlási viszonyok megnehezítik a megbízható modellezést, ezért kiemelt szerepet kapnak a természetes nyomjelzők (környezeti izotópok, vízkémia, vízhőmérséklet) a modell eredményeinek kontrolljaként. A jelenleg rendelkezésre álló adatok több mint 30 éves időszak alatt, különféle célra és módszerrel végzett elemzésekből állnak, ezért tervezzük az említett regionális áramlási rendszer vizének egyidejű, teljes körű stabilizotópos (δ18O, δ2H, δ13C, δ34S) valamint kisebb mértékű radiokarbon, 36Cl és vízkémiai vizsgálatát elvégezni. A kapott adatokat – kiegészítve az archív adatokkal – egyrészt a víz valamint a mélységi karsztkorróziót okozó széndioxid eredetének vizsgálatára, másrészt a hidraulikai modellezés kontrolljára kívánjuk felhasználni. Az ily módon korrigált modell támpontot nyújthat a megengedhető maximális termálvíz termelés volumenének, valamint a kutak egymásrahatásának becslésére. Ez fontos információ a meglévő és a később létesítendő kutak biztonságos üzemeltetése szempontjából, hiszen Budapest jelentős fürdőváros. Másrészről ez a terület a különböző analitikai módszerek kombinált alkalmazásának és összevetésének (analitikai hidrogeológia) kísérleti és minta területe lenne. A tervezett kutatás részben nemzetközi együttműködés keretében történik.
Summary
Budapest and its surroundings are very rich in thermal waters having traditionally used since a thousand years. The quantitative limits of exploitation and danger of contamination are known by practical experiences, but the regional hydraulic model of the area is under preparation. Reliable modeling is limited by the complicated flow conditions, so the natural tracers (environmental isotopes, water chemistry and temperature) have distinguished importance as the control of modeling. Available environmental isotope data consist of analyses performed by different purposes and methods in the last 30 years, so we plan to carry out stable isotope ratio (δ18O, δ2H, δ13C, δ34S) analyses completely and radiocarbon, 36Cl and water chemistry analyses to a lesser extent of the thermal water of the area at the same period. Data to be obtained complemented with archive data will be used for the study of origin of thermal water and carbon dioxide gas causing deep karst corrosion and in other respects for the control of hydraulic modeling. Hydraulic model to be corrected by tracer data will present a basis for estimation of the exploitable volume of thermal water and for the interaction between wells. These are very important information serving the certain operation both of the existing and prospective wells because Budapest is a prominent city of spas. On the other hand this area would serve as an experimental (and a model) area of the combined use and comparison of the different methods (“analytical hydrogeology”).
Final report
Results in Hungarian
102 budapesti és környékbeli kút és forrás vizéből végzett környezeti izotóp elemzések alapján bizonyítottuk, hogy a termális karsztvíz a Pilis-Budai hegységben beszivárgott csapadékvízből származik, a juvenilis vagy fosszilis vizek mennyisége elhanyagolható. A radiokarbon vizsgálataink szerint a termálvíz 15-28 ezer éves. A stabil hidrogén- és oxigénizotóp arány adatok teljes mértékben megerősítették ezt a megállapítást, mivel a tízezer évnél idősebb termális karsztvizekben a mainál (és a holocén korinál) 1–6 °C-kal hidegebb beszivárgáskori klímát jeleznek.
Trícium és 36Cl adatok alapján bizonyítottuk, hogy a termál-karszt kutak vize védett az utóbbi 60 év antropogén szennyezéseivel szemben. A Duna melletti törésvonalak mentén fakadó langyos vizű források és kutak mind tartalmaznak kevés tríciumot, vagyis kis mennyiségű friss, potenciálisan szennyezett komponenst.
Stabil szénizotóp adatokkal bizonyítottuk, hogy a budapesti termál karsztvizekhez keveredő többlet széndioxid metamorfózisból ered, az utóvulkáni eredet kizárható.
Stabil kénizotóp arányok alapján bizonyítottuk, hogy a vízben oldott szulfát perm korú tengeri üledékek szulfátásványaiból származik. Az oldott szulfát és a víz oxigénizotópos összetétele alapján arra következtetünk, hogy a szulfát-víz rendszer megközelítette vagy el is érte az izotópegyensúlyt. Ezzel elsőként mutattuk ki, hogy a 100 °C fok körüli tartományban kevesebb mint 20 ezer év alatt beáll az oxigénizotóp egyensúly a víz-szulfát rendszerben.
Results in English
Based on environmental isotope study of 102 springs and wells in and around Budapest we have proved that the thermal karst water originates from meteoric water infiltrated in the Pilis-Buda Mountains. Juvenile and fossil components must be negligible. The corrected radiocarbon age of thermal water is 15-28 thousand years. The stable hydrogen and oxygen isotope ratios improve the above statement by indicating a 1-6 °C cooler temperature for waters older than 10 000 years.
By tritium and Cl-36 data we have shown that waters of thermal karst wells are well protected against anthropogenic pollution of the latest 60 years. The water of lukewarm springs and wells along the Danube all contain some tritium indicating a small amount of modern potentially polluted component.
The origin of deep-source surplus carbon mixed to thermal waters has been found to be of metamorphic indicated by stable carbon isotope ratio. The post-volcanic origin can be excluded.
Sulfate dissolved in the thermal karstic water comes from the dissolution of sulfate minerals of Permian marine sediments, proved by stable sulfur isotopes. Comparing the stable oxygen isotope composition of water and of dissolved sulfate we infer that isotopic equilibrium has been attained and approximated. This observation is the first one that around 100 °C the oxygen isotope equilibrium is attained in the sulfate-water system within less than 20 thousand years.
Werner Balderer, Hans Arno Synal, József Deák, István Fórizs, Fanny Leuenberger: Origin of Thermal Waters in Budapest based on chemical and isotope investigations including chlorine-36, Hydrogeology Journal (elfogadva), 2011
Szabó Viktória Rita: A budapesti hévizekben oldott szulfát eredetének izotópgeokémiai vizsgálata, Eötvös Loránd Tudományegyetem, Természettudományi Kar, Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék, 2009
Fórizs István, Deák József, Lorberer Árpád, Tóth György, Szabó Viktória, Stanisław Hałas: A víz és a széndioxid eredete a Budapest környéki termális karsztvizekben, Pál-Molnár E. (szerk.) Medencefejlődés és Geológiai Erőforrások. GeoLitera, Szeged, pp. 59-60, 2010
Fórizs I; Deák J; Tóth Gy; Lorberer Á: Origin of groundwater in the Budapest thermal karst regime by preliminary environmental isotope data, Studia Universitatis Babeş-Bolyai, Geologia 52(1): 92-93, 2007
Balderer W., Hans Arno Synal, József Deák, István Fórizs, Fanny Leuenberger: Origin of Thermal Waters in Budapest based on chemical and isotope investigations including chlorine-36, The Eleventh International Conference on Accelerator Mass Spectrometry, 14-19 September, 2008, Rome, Book of Abstracts, p. 134, 2008
Fórizs I, Stanisław Hałas, Viktória Szabó, Andrzej Pelc, Árpád Lorberer, József Deák: Origin of dissolved sulphate in the thermal waters of Budapest inferred from stable S and O isotopes, X Isotope Workshop, 22nd-26th June 2009, Złotniki Lubańskie, Poland, Abstract Book, p. 15, 2009
Fórizs I., Deák J., Müller P., Lorberer Á., Tóth Gy.: A többlet-széndioxid eredete a budapesti termál-karsztvíz rendszerben, XV. konferencia a felszín alatti vizekről. 2008. márius 26-27., Balatonfüred, Előadáskivonatok, Felszín Alatti Vizekért Alapítvány, p. 16, 2008
Fórizs I: A budapesti hévizek eredete stabilizotópos mérésekkel, Felszín Alatti Vizekért Alapítvány: „XIV. Konferencia a felszín alatti vizekről”. 2007. március 28-29., Balatonfüred., p. 18, 2007
