تعیین منشا دی‌اکسید کربن محلول در آب‌های زیرزمینی با استفاده از هیدروژئوشیمی و مدل‌سازی ایزوتوپی کربن (مطالعه موردی: آبخوان گاریز، جنوب غرب استان یزد)

غلظت زیاد دی‌اکسید کربن، در آبخوان گاریز در جنوب غرب استان یزد باعث کاهش کیفیت آب‌های زیرزمینی و ایجاد مخاطرات محیط زیستی شده است. به‌منظور بررسی ماهیت گازهای موجود در آبخوان گاریز طی دو مرحله در تیرماه و مهرماه سال 1398 از چاه‌های گستره مطالعاتی 35 نمونه آب زیرزمینی برداشت‌ شده است. سنجش آزمایشگاهی شامل غلظت یون‌های اصلی و ایزوتوپ‌ پایدار کربن (δ13ctdic) آب‌های زیرزمینی است. برخی از ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آب‌های زیرزمینی نیز در هنگام نمونه‌برداری اندازه‌گیری شده است. در این مطالعه مشخص ‌شده است که اکثر نمونه‌ها دارای ترکیب قلیایی‌خاکیبیکربناته تا قلیایی‌خاکیکلروسولفاته هستند و مقادیر غلظت بی‌کربنات نمونه‌های آب زیرزمینی به علت وجود کانی‌های کربناته در آبخوان و همچنین تعامل قابل‌توجه آبخوان با سیالات غنی از دی‌اکسید کربن افزایش‌یافته است. نفوذ آب ‌شور و اختلاط آن با آب‌های غنی از co2 نیز روند تکامل هیدروژئوشیمیایی طبیعی آبخوان را تحت تاثیر قرار داده است. ازاین‌رو به‌منظور بررسی منشا دی‌اکسید کربن در آبخوان مقادیر δ13  به‌عنوان تابعی از دمای نمونه‌برداری و نسبت مولی کربن برحسب تعادل ایزوتوپی محاسبه‌ شده است، و با استفاده از مدل‌سازی اختلاط گازهای محلول موردبررسی قرارگرفته است. نتایج بیانگر این است که دی‌اکسید کربن موجود در آبخوان گاریز در اثر اختلاط گازهای غیر آلی غنی‌شده نسبت به کربن 13 با منشا عمیق همراه با انتشار دی‌اکسید کربن تهی شده نسبت به کربن 13 از منشا آلی در تعامل با آبخوان است. با توجه به برآورد ترکیب ایزوتوپی اولیه کربن با منشا عمیق (vpdb ‰ 2)، عمده سیالات عمیق در تعامل با آب‌های زیرزمینی آبخوان گاریز از گوشته و کربن‌زدایی واحد‌های کالکسیلیکاته است.

Determination of the Origin of Dissolved Carbon Dioxide Using Hydrogeochemistry and Carbon Isotopic Modeling: A Case Study of Gariz Aquifer, Southwest of Yazd Province

High concentrations of carbon dioxide are present in the Gariz aquifer groundwater and this phenomenon has led to many environmental hazards. In order to determin the origin of dissolved carbon dioxide in Gariz aquifer, the groundwater has been sampled from wells (35 samples) in July and October 2019. Laboratory analysis included the concentrations of major ions and stable carbon isotope (δ13CTDIC) in groundwater samples. Also some physicochemical properties of water have been measured directly in the field. On the basis of chemistry of the ions, the majority of the water samples have a chloridesulphate alkalineearth to bicarbonatealkalineearth composition and bicarbonate concentrations of groundwater samples have increased due to the presence of carbonate minerals in the aquifer as well as the significant interaction of the aquifer with carbon dioxiderich fluids. Hydrogeochemical evolution of the aquifer groundwaters has also significantly affected by the infiltration of saline water and mixing with CO2rich fluids. Hence, for investigating the origin of carbon dioxide dissolved in the aquifer the theoretical δ13 values have been calculated in equilibrium with collected groundwater samples at respective sampling temperatures on the basis of the carbon isotopic balance and has been evaluated using the dissolved gases mixing model. The results highlighted two main CO2 components: 1) an inorganic deep sourced CO2 (13Cenriched) and 2) an organic CO2 (13Cdepleted). Calculated pristine isotopic composition of C (2‰ VPDB) that interacted with the aquifer indicated the significant contribution from a deep source of carbon dioxide inorganic in origin and decarbonation in calcsilicate rocks.