The thesis studies the formation of chemical and isotope composition of groundwater in the Cambrian-Vendian aquifer system over the last 27,000 years.
In North-Estonia, the Cambrian-Vendian aquifer system grounwaters are characterised by low 14C activities (1.4 – 6.8 pmc) and considerably more negative δ18OH2O values (-22 to -18‰ VSMOW) compared to local precipitation (-10 to -12‰VSMOW). The phenomenon has been explained by the origin of these waters from glacial meltwater covering Estonian territory from 27,000 to 10,000 radiocarbon years ago. At the same time, 14C activities in the groundwater suggest that the isolation age from the atmosphere is 35,000 to 15,000 radiocarbon years. This discrepancy can be explained by the fact that through geochemical processes 14C datings seem to be older than they actually are. In order to find the actual residence time of the groundwater, profound knowledge of geochemical processes influencing chemical and isotope composition of the groundwater is needed.
Chemical composition of the Cambrian-Vendian groundwater is the result of a long-term interaction between the water and its surrounding rocks. The mixing model used in this thesis confirms mixing of fresh glacial water with relict mineral water. Organic material found in Cambrian clays has released carbon, which has participated in both sedimentary and dissolution processes, thus influencing the carbon cycle in Cambrian-Vendian aquifer system. The carbon, through bacterial oxidation and dolomite dissolution processes, has affected the 14C considerably. During the research, it also became clear that both crystalline basement rocks and cation exchange processes have had an important geochemical effect on 14C age calculations. The correction calculations made to 14C age, based on the given geochemical model of carbon, yield the age of 25,000 to 12,000 radiocarbon years. This corresponds to the period when the Estonian territory was covered by a continental glacier. Western waters proved to have a younger age, which most likely suggests that, during the existence of the glacier, there was a more intense water exchange in the western part of the aquifer system.
Käesolev doktoritöö uurib Kambrium-Vendi veeladestiku põhjavete keemilise ja isotoopkoostise kujunemist viimase 27 000 aasta jooksul.
Põhja-Eestis on Kambrium-Vendi veeladestiku põhjavetele iseloomulikud madalad 14C aktiivsused (1.4 – 6.8 pmc) ja märksa negatiivsemad δ18OH2O väärtused (-22 kuni -18‰ VSMOW) võrreldes kohalike sademetega (-10 kuni -12‰VSMOW). Seda nähtust on seletatud Kambrium-Vendi põhjavete pärinemisega liustiku sulavetest, mis kattis Eesti territooriumit 27000 kuni 10 000 radiosüsiniku aastat tagasi. Samas annavad 14C aktiivsused Kambrium-Vendi veeladestiku lahustunud karbonaatides põhjavee isoleerumisajaks atmosfäärist 35 000 kuni 15000 radiosüsiniku aastat. Selle põhjuseks on asjaolu, et läbi geokeemiliste protsesside muutuvad 14C dateeringud põhjaveest näivalt vanemaks. Et arvutada tegelik põhjavee resideerumisaeg, on vaja põhjalikke teadmisi geokeemilistest protsessidest, mis on põhjavee keemilist- ja isotoopkoostist mõjutanud.
Kambrium-Vendi põhjavee keemiline koostis on kujunenud pikajalise vee ja ümbritsevate kivimite vastastikuse mõju toimel. Töös kasutatud segunemismudel kinnitas mageda liustikulise ja reliktse mineraalvee segunemist. Süsinikuringet on Kambrium-Vendi põhjaveeladestikus oluliselt mõjutanud Kambriumi savides leviv orgaaniline materjal, mille lagunemisel vabanenud süsinik on osalenud nii settimis- kui lahustumisprotsessides. See süsinik on oluliselt mõjutanud näivat 14C vanust läbi bakteriaalsete oksüdeerimisprotsesside, aga ka kaudselt, dolomiitse tsemendi lahustamisega. Samuti selgus töö käigus aluspõhja kivimite ja katioonvahetusprotsesside oluline geokeemiline mõju 14C vanuse arvutustele. Esitatud süsiniku geokeemilise mudeli alusel tehtud 14C vanuse parandusarvutused andsid Kambrium-Vendi veeladestiku põhjavete vanuseks 25 000 kuni 15 000 radiosüsinikuaastat, mis vastab ajavahemikule, mil Eesti teritoorium oli kaetud mandriliustikuga. Vanuseliselt osutusid nooremaks läänepoolsed veed, mis ilmselt viitab põhjaveeladestiku lääneosa aktiivsemale veevahetusele liustiku eksisteerimise jooksul.
