HIDROGEOKEMIJA VRANSKOG JEZERA NA OTOKU CRESU

KLIMA NA OTOKU CRESU

• Sredozemna klima;

• Srednja godišnja temperatura zraka je 14,5 oC (makimum 32oC, minimum 5oC);

• Srednja godišnja količina oborina - 1,063 m.

OSNOVNA GEOGRAFSKA OBILJEŽJA

• Kriptodepresija;

• Maksimalna apsolutna dubina je -61 m.n.m., ili relativna dubina 74,13 m;

• Pri srednje visokim

vodostajima razina vode je na +13,13 m n.m., srednja površina jezera je 5,75 km2 i jezero sadrži približno 220 mil. m3 of vode;

• Minimalna razina jezerske

vode iznosila je +9,11 m.n.m. (1991.godine).

Interdisciplinarna istraživanja Vranskog jezera 1992-1998.Voditelj projekta: prof.dr.sc. Božidar Biondić

Geološka, geomorfološka, tektonska i strukturna istraživanja (HGI);

Geofizička mjerenja;

Hidrogeološka istraživanja (HGI)- hidrogeološko kartiranje, analiza i interpretacija, - trasiranje podzemnih tokova,- hidrogeokemijska istraživanja,- izotopna istražovanja (voditelj istraživanja Dr. Ede Hertelendy s Instituta za nuklearna istraživanja iz Debrecenu - Mađarska),- geokemijska istraživanja recentnog jezerskog sedimenta (HGI),- istraživanje morfologije područja povodne depresije u JZ dijelu jezera (1993/1994 – mađarski ronioci; 1995-1998 – hrvatski ronioci);

Hidrološko modeliranje (Hrvatske vode – OVP Rijeka, prof.dr.sc. Nevenka Ožanić i suradnici);

HIDROGEOLOGIJA

Hidrogeokemijska istraživanja

Određivanja hidrodinamičkih uvjeta, odnosno uvjeta izmjene vode u jezeru;

Određivanje mjesta moguće komunikacije jezera s okršenim dubokim podzemljem, odnosno s morem;

Testiranje hipoteza o porijeklu vode Vranskog jezera:

- pretežito porijeklo vezano za napajanje oborinama,- porijeklo iz šireg priljevnog otočnog ili kopnenog područja.

Cilj istraživanja: zaštita količine i kakvoće vode Vranskog jezera.

Mjesta uzimanja uzoraka

Najdublje dno jezera

• Jednom godišnje dolazi do obrata jezerske vode zbog razlike u temperaturi, odnosno gustoći jezerske vode po dubini (kraj zime, veljača) – monomiktično jezero;

• Pri tome dolazi do miješanja vodene mase i homogenizacije temperature, kemijskog i izotopnog sastava vode.

MAYJULYNOVEMBERFEBRUARY

T ( oC)

50m

40m

30m

20m

10m

1m

Depth

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

epilimnion

thermocline

hypolimnion

Temperatura jezerske vode i podzemne vode neposrednog sliva

Temperatura podzemne vode je

nešto niža i vrlo ujednačena po dubini bušotina.

VRANA LAKE

PV-1

PV-2

PV-3

SUMMER, 14. August 1996.

Temperature ( o C)

Dep

th (m

-a.s.

l.)

-75-70-65-60-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10

-505

10

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

VRANA LAKE

PV-1

PV-2

PV-3

WINTER, 29. February 1996.

Temperature ( o C)

Dep

th (m

- a.

s.l.)

-75-70-65-60-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10

-505

10

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

OLIGOTROFNO JEZEROOLIGOTROFNO JEZERO

• Dobro aerirana vodena masa s Dobro aerirana vodena masa s povremenom anoksijom pri dnu povremenom anoksijom pri dnu središnjeg dijela jezera;središnjeg dijela jezera;

• Niska koncentracija otopljene Niska koncentracija otopljene organske materije organske materije (< 1mg/l (< 1mg/l KPKKPK));;

• Niska koncnetracija hranjivih Niska koncnetracija hranjivih soli fosfora i dušikasoli fosfora i dušika

PP ukupniukupni < 0.01mg/l< 0.01mg/lNN ukupniukupni < 0.4 mg/l)< 0.4 mg/l)

MAYJULYNOVEMBERFEBRUARY

O2 (mg/l)

70m

60m

50m

40m

30m

20m

10m

1m

Depth

2 4 6 8 10 12 14 16

MAYJULYNOVEMBERFEBRUARY

O2 (mg/l)

50m

40m

30m

20m

10m

1m

Depth

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

• CaNaHCOCaNaHCO33CCll -- NaCaHCO NaCaHCO33Cl Cl geokemijski tip vode;geokemijski tip vode;

• Termalna uslojenost uzrokuje Termalna uslojenost uzrokuje samo varijacije sezonski samo varijacije sezonski ovisnih hidrokemijskih ovisnih hidrokemijskih pokazatelja pokazatelja (O(O22,, pH, pH, HCOHCO33

--, , COCO22, Si, SiOO22 ) );;

• Svi ostali hidrokemijski Svi ostali hidrokemijski pokazateljipokazatelji (sul (sulfati, kloridi, fati, kloridi, makro i mikro elementi makro i mikro elementi )) osim osim duž vodenog stupca kroz duž vodenog stupca kroz vrtačasto udubljenje u JZ vrtačasto udubljenje u JZ dijelu jezera.dijelu jezera.

Vrana Lake

groundwater

precipitation

seawater

NAJDUBLJI DIO JEZERA SREDIŠNJI DIO JEZERA

MAY

JULY

NOVEMBER

FEBRUARY

Cl (mg/l)

70m

60m

40m

20m

1m

Depth

58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75

MAY

JULY

NOVEMBER

FEBRUARY

Cl (mg/l)

50m

40m

20m

1m

Depth

58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75

• Sadržaj klorida u podzemnoj Sadržaj klorida u podzemnoj vodi je niža za približno vodi je niža za približno 10 10 mg/l)mg/l);;

• Sadržaj sulfata je podjednak u Sadržaj sulfata je podjednak u jezeru i u podzemnoj vodi;jezeru i u podzemnoj vodi;

• Podzemna voda ima sličan Podzemna voda ima sličan kemijski sastav kao i kemijski sastav kao i hipolimnijska voda s obzirom hipolimnijska voda s obzirom na stanje zasićenost na stanje zasićenost karbonatnih minerala (slabo karbonatnih minerala (slabo nezasićena), ali i nešto niži nezasićena), ali i nešto niži pCOpCO22..

VRANA LAKE

PV-1

PV-2

PV-3

Mean values of conductivity of the Vrana Lake and local groundwater

us/cm

Dep

th (m

-a.s.

l.)

-75-70-65-60-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10

-505

10

300 340 380 420 460 500 540 580 620

Odnos stabilnih izotopa kisika i vodikaOdnos stabilnih izotopa kisika i vodika

Odnos stabilnog izotopa ugljikaOdnos stabilnog izotopa ugljika

ODREĐIVANJE HIDROGEOKEMIJSKOG FACIJESA ODREĐIVANJE HIDROGEOKEMIJSKOG FACIJESA POMOĆU MULTIVARIJATNIH ANALIZAPOMOĆU MULTIVARIJATNIH ANALIZA

• R mode klaster analiza;R mode klaster analiza;

• R mode faktorska analiza;R mode faktorska analiza;

Rezultat klaster analize

Tree Diagram for 20 Variables and 120 Cases

Ward`s method

1-Pearson r

Linkage Distance

P-organicP-tot

PO 4 -PNO 2 -NNH 3 -NHCO 3

-NO 3 -N

SiCOD

BaSr

Cl -Conductivity

NaMgCa

SO 4

O 2

pHTemperature

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

temperature klaster

biological klaster

salinity or marine klaster

anthrophogenic klaster

litological klaster

Rezultat faktorske analize

Factor 1 Factor 2 Factor 3 Factor 4 Factor 5 biologic anthropogenic temperature marine evaporation Temperature 0,84 Conductivity -0,51 0,62 pH 0,86 O2 -0,67 COD 0,59 0,54 HCO3 0,50 -0,62 SO4 0,73 Cl 0,83 NH3-N 0,87 NO3-N 0,69 NO2-N 0,84 PO4-P 0,76 P-tot 0,97 P-org 0,88 Ca -0,64 Mg 0,64 Na 0,59 Si 0,76 Sr 0,79 Ba 0,62 Expl.Var 4,03 2,97 2,94 2,67 1,83 Prp.Totl 0,20 0,15 0,15 0,13 0,09

ODREĐIVANJE PORIJEKLA JEZERSKE VODE GEOKEMIJSKIM MODELIRANJEM

• Model ravnoteže masa NETPATH (USGS - Plummer et al., 1994);

• Model reakcijskih puteva PHREEQE (USGS - Parkhurst et al., 1990);

• Ulazni podaci za pojedine izračune su odabrani i postavljeni pri testiranju uzimajući u obzir događaje i reakcije u jezeru i u priljevnom području jezera koji postoje ili se očekuju jer su mogući (otapanje karbonatnih minerala, evaporacija, miješanje s morskom vodom (utjecaj marinskih oborina), miješanje s podzemnom vodom);

• Faktor evaporacije je simuliran metodom koncentriranja oborina ili tzv. metodom negatvne titracije (Parkhurst, et al., 1990) i izračunat pomoću sadržaja klorida;

• Odabrani rezultati simulacija uspoređeni su s izmjerenim vrijednostima u Vranskom jezeru i pronosom mase dobivenim modelom ravnoteže masa NETPATH (*) u mmol/kg H2O;

Rezultati geokemijskog modeliranja A B C D Vrana

Lake * SIMULAT

ION

* SIMULA

TION

SIMULA

TION

* SIMULA

TION

* SIMULA

TION

OBSERVED

VALUES

precipitation 0 0.99 0.99 0.99 1 0.93

groundwater 1 0.006 0.006 0.006 / 0.07

% seawater / 0.002 0.002 0.003 / /

Evaporation

factor

1.189

(16%)

1 1 1 3.938

(75%)

3.383

(70%)

Mass transfer

mmol/kg H2O

Calcite -0.507 -0.315 0.422 0.497 0.559 0.055 0.393 0.084 1.267

Dolomite -0.013 -0.110 0.195 0.196 0.161 0.033 -0.081 -0.009 -0.813

FixpCO2 -0.279 -0.614 0.177 -0.875 -0.881 -0.624 -2.977 -0.641 -0.278

Ca 0.851 0.795 0.833 0.852 0.892 0.898

Mg 0.296 0.346 0.363 0.422 0.388 0.391

C 1.821 2.084 2.066 1.949 1.905 2.017

S 0.272 0.058 0.089 0.225 0.179 0.229

Na 2.069 0.976 1.464 1.507 1.214 1.523

Cl 1.778 1.116 1.674 1.777 1.562 1.777

pH 7.885 7.917 7.917 7.884 7.920 7.9

ZAKLJUČAKZAKLJUČAK Vransko jezero je monomiktično, a

godišnji obrat vode u potpunosti homogenizira vodenu masu u temperaturnom, kemijskom i izotopnom smislu;

Moguće mjesto komunikacije s okršenim dubokim podzemljem je vrtačasto udubljenje u najdubljem dijelu jezera (dobra aeriranost tijekom cijele godine, ujednačen kemijski i izotopni sastav);

Ne postojanje komunikacije, odnosno hidrauličke veze s podzemljem impliciralo bi izniman rast saliniteta jezerske vode zbog evaporacije (70%).

Jezerska voda je pretežito oborinskog porijekla, a udio podzemne vode dugog vremena zadržavanja u podzemlju može biti do 7%.

Hvala!