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Noble gas isotopic signatures in thermal waters of the Dead Sea Transform, Israel

Tsur, Neta

German Title: Edelgasisotopensignatur im Thermalwasser des Jordangrabens, Israel

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Abstract

Noble gas isotope composition (especially helium) in thermal waters from different areas along the Dead Sea Transform in Israel reveals local intrusions of volatile gases and heat flux from the mantle into the crust. The distinct 3He/4He ratios in the atmosphere, crust and mantle enable one to separate the total helium concentration into mantle, crustal and atmospheric components. Helium isotope ratios of all sampled waters exceed the typical crustal ratio, indicating contributions of mantle derived helium to the total helium concentration. A clear trend can be observed in 3He/4He ratios from different areas. Northern samples show higher 3He/4He ratios than southern ones. Noble gas temperatures (NGTs) were used to determine the atmospheric helium component. Most of the samples contain less than 3% atmospheric helium, whereas the mantle derived helium component ranges from 2% to 38%. In addition to helium, the origin of CO2 in the water is examined. Measurements of 13C indicate no mantle derived CO2. Furthermore, stable isotopes data (18O and 2H) show no evidence of mantle derived water or water from reservoirs exceeding 100°C.

Translation of abstract (German)

In dieser Arbeit wird die isotopische Zusammensetzung von Edelgasen (vor allem Helium) in Thermalwasser entlang des israelischen Teils des Jordangrabens analysiert. Da sich das 3He/4He-Verhältnis von Atmosphäre, Kruste und Mantel deutlich unterscheidet, lassen sich die Beiträge der einzelnen Edelgasreservoirs voneinander trennen. Die Untersuchungen zeigen, dass Gase und Wärme aus dem Erdmantel in die Erdkruste eindringen. Alle Wasserproben weisen ein 3He/4He-Verhältnis auf, das deutlich höher ist als jenes der Kruste; folglich stammt zumindest ein Teil des Heliums aus dem Mantel. Ferner ist in den 3He/4He-Verhältnissen ein klarer geographischer Trend erkennbar: Im Norden ist das Wasser deutlich stärker vom Manteleinfluss geprägt als die Proben aus den südlicheren Regionen.

Der atmosphärische Heliumanteil wurde mit Hilfe der Edelgastemperaturen (NGT) bestimmt. Die meisten Proben weisen weniger als 3% atmosphärisches Helium auf, wohingegen der Mantelanteil im Bereich von 2% bis 38% liegt.

Zusätzlich wurde die Herkunft des im Wasser gelösten CO2 untersucht. Dabei zeigen die Messungen von 13C, dass das CO2 nicht aus dem Mantel stammt. Des Weiteren ergibt die Analyse der stabilen Isotope (18O und 2H), dass auch das Wasser nicht aus dem Mantel kommt und nie heißer als 100°C war.

Item Type: Master's thesis
Supervisor: Aeschbach-Hertig, Prof. Dr. Werner
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 21 December 2013
Date Deposited: 28 May 2014 07:10
Date: 2013
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Environmental Physics
Subjects: 530 Physics
540 Chemistry and allied sciences
550 Earth sciences
Controlled Keywords: Edelgas, Grundwasser, Israel, Dead Sea, Jordangraben
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