Lee, Jeonghoon;Choi, Hye-Bin;Lee, Won Sang;Lee, Seung-Gu
Economic and Environmental Geology
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v.50
no.6
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pp.517-523
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2017
A linear relationship between two stable water isotopes, oxygen and hydrogen, has been used to understand the water cycle as a basic tool. A slope and intercept from the linear relationship indicates what kind of physical processes occur during movement of water. Traditionally, ordinary least squares (OLS) method has been utilized for the linear relationship, but total least squares (TLS) method provides more accurate slope and intercept theoretically because isotopic compositions of both oxygen and hydrogen have uncertainties. In this work, OLS and TLS were compared with isotopic compositions of snow and snowmelt collected from the King Sejong Station, Antarctica and isotopic compositions of water vapor observed by Lee et al. (2013) in the western part of Korea. The slopes from the linear relationship of isotopic compositions of snow and snowmelt at the King Sejong Station were estimated to be 7.00 (OLS) and 7.16(TLS) and the slopes of stable water vapor isotopes were 7.75(OLS) and 7.87(TLS). There was a melting process in the snow near the King Sejong Station and the water vapor was directly transported from the ocean to the study area based on the slope calculations. There is no significant difference in two slopes to interpret the physical processes. However, it is necessary to evaluate the slope differences from the two methods for studies for example, groundwater recharge processes, using the absolute slope values.
The origin of nitrate in confined groundwater was studied using oxygen ($\delta$180), hydrogen ($\delta$D), and nitrogen ($\delta$15N) stable isotopes, along with chemical data of NO3-N. We analyzed groundwaters from more than sixty manufactories producing natural mineral waters around the country During the period of 1998-2001, an average value of nitrate was fair]y low (0.95 mg/$\ell$), however, groundwaters from six sites showed more than 2 mg/$\ell$ of nitrate. The stable isotope data of the groundwaters are -8.3~-11 $\textperthousand$$\delta$8O, -60~-75 $\textperthousand$$\delta$D, which lies in an average range of the groundwaters. The nitrogen isotope data with -11.8~-5.1$\textperthousand$$\delta$15N suggest that manure, organic nitrate, and fertilizers can not be the origin of nitrate in the goundwaters.
Isotopic compositions of precipitation have been used to understand moisture transport in the atmosphere and interactions between precipitation and groundwater. Isotopic compositions of speleothems and ice cores, so called, ''paleoarchives'', can be utilized to interpret climate of the past and global circulation models (GCMs). The GCMs are able to explain the paleoarchives, can be validated by the precipitation isotopes. The developments of stable isotope analyzers make high-resolution isotopic studies feasible. Therefore, a high-resolution study of precipitation isotopes is needed. For this study, precipitation samples were collected for every 5 to 15 minutes, depending on precipitation rates, using an auto-sampler for precipitation isotopes near coastal area. The isotopic compositions of precipitation range from -5.7‰ (-40.1‰) to -10.8‰ (-74.3‰) for oxygen (hydrogen). The slope of ${\delta}^{18}O-{\delta}D$ diagram for the whole period is 6.8, but that of each storm is 5.1, 4.2, 7.9 and 7.7, respectively. It indicates that evaporation occurred during the first two storms, while the latter two storm did not experience any evaporation. The isotopic fractionations of precipitation has significant implications for the water cycle and high-resolution data of precipitation isotopes will be needed for the future studies.
In this study, we explore the nature of clumped isotopes of H2O molecule using quantum chemical calculations. Particularly, we estimated the relative clumping strength between diverse isotopologues, consisting of oxygen (16O, 17O, and 18O) and hydrogen (hydrogen, deuterium, and tritium) isotopes and quantify the effect of temperature on the extent of isotope clumping. The optimized equilibrium bond lengths and the bond angles of the molecules are 0.9631-0.9633 Å and 104.59-104.62°, respectively, and show a negligible variation among the isotopologues. The calculated frequencies of the modes of H2O molecules decrease as isotope mass number increases, and show a more prominent change with varying hydrogen isotopes over those with oxygen isotopes. The equilibrium constants of isotope substitution reactions involving these isotopologues reveal a greater effect of hydrogen mass number than oxygen mass number. The calculated equilibrium constants of clumping reaction for four heavy isotopologues showed a strong correlation; particularly, the relative clumping strength of three isotopologues was 1.86 times (HT18O), 1.16 times (HT17O), and 0.703 times (HD17O) relative to HD18O, respectively. The relative clumping strength decreases with increasing temperature, and therefore, has potential for a novel paleo-temperature proxy. The current calculation results highlight the first theoretical study to establish the nature of clumped isotope fractions in H2O including 17O and tritium. The current results help to account for diverse geochemical processes in earth's surface environments. Future efforts include the calculations of isotope fractionations among various phases of H2O isotopologues with a full consideration of the effect of anharmonicity in molecular vibration.
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2004.04a
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pp.417-420
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2004
이 연구는 안정동위원소를 이용하여 제주도 한림 지역의 지하수 환경 및 오염 특성을 규명하고자 시행되었다. 이를 위해 2002년 8월, 11월과 2003년 4월, 8월 네 차례에 걸쳐 39개 지점에서 지하수 및 용천수 시료를 채취하였다. 연구지역은 농촌지역의 대표적 오염특성인 질산성 질소의 오염이 심각하게 나타났으며, 고도 100m 내외에서 급증하는 특성을 보인다. 특히, 집중 강수가 있었던 8월에는 이러한 현상이 심화되었다. 질소 동위원소를 이용한 오염원 추정 결과, 대부분 화학비료의 영향으로 나타났으며, 이는 토지 이용 특성과 일치한다. 강수의 산소ㆍ수소 동위원소 조성은 '우량효과'를 반영하였으며, 지하수 시료들의 경우 함양에서 배출까지 순환이 매우 빠른 지하수 환경을 나타낸다.
Most of riverside in Korea, in case of application of water curtain cultivation (WCC) technique, has been inveterately suffering from the gradual drawdown of groundwater level and related shortage of water resources during the WCC peak time. We believe that the water resources issue in these riverside areas can be effectively solved when the interaction between groundwater and nearby surface water is well understood. To investigate the connection between stream and ground water, and the influence of stream water on the nearby aquifer, this study examined the water temperature and oxygen and hydrogen stable isotopic compositions. The study area is well-known strawberry field applying the WCC technique in Sangdae-ri, Gadeok-myon, Cheongju City, and the sampling was done from February 2012 through June 2014 for stream and ground water. Some groundwater wells near stream showed big temporal variations in water temperature, and their oxygen and hydrogen stable isotopes showed similar compositions to those of adjacent stream water. This indicates that the influence of stream water is highly reflected in the stable isotopic composition of groundwater. Four cross-sectional lines from stream to hillside were established in the study area to determine the spatial differences in water quality of wells. At the late stage of WCC in February to March, groundwater of wells in line with short cross-sectional length showed the narrow range of isotopic compositions; however, those in the long cross-sectional line showed a wide compositional range. It was shown that the influence of the stream water at the late WCC stage have reached to the distance of 160 to 165 m from stream line, which is equivalent to the whole length and one-third point in each short and long cross-sectional line, respectively. Therefore, the wide compositional range in the long cross-sectional lines was not only due to the influence of stream water, but apparently resulted from the change of relative impact of each groundwater supplying from two or more aquifers. In view of stable isotopic compositions, there seems to be three different aquifers in this study area, which is competing for dominance of water quality in wells at each period of WCC.
One of problems related with water curtain cultivation (WCC) in Korea includes severe declination of groundwater levels during the peak season, and it is likely that the problem can be resolved efficiently when the connection characteristics between groundwater and stream are well understood. This study examined temperature, and oxygen/hydrogen stable isotopic compositions of the flowing groundwater to understand the connection between stream and ground water, and the influence of stream water on the nearby aquifer. This study was performed in Wangjeon-ri (Kwangseok-myon, Nonsan City), the well-known strawberry town using WCC technique. The sampling was done during February 2010 through June 2011 for both groundwaters and nearby streams. Temperature distribution pattern indicates that stream widely affected groundwater in the right part of WCC ara. In the left part, the influence of stream seems to occur narrowly near the stream. The similar phenomenon is reflected in the oxygen and hydrogen isotopic data.
Moon, Sang-Ho;Cho, Sung-Hyeon;Lee, Kwang-Sik;Yun, Uk
Economic and Environmental Geology
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v.40
no.4
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pp.389-401
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2007
The oxygen and hydrogen isotopic composition in precipitation, groundwater and geothermal water were monitored over four-year period from 2001 to 2004 at the Yuseong catchment, Daejeon. By analyzing the long term rainfall pattern, we found out the drought cycle of 6 or 7 year. We fortunately revealed that the oxygen and hydrogen isotopic composition of rain has progressively changed to heavier isotopic ratios from 2001 to 2004. The weighted mean values of ${\delta}^{18}O\;and\;{\delta}D$ of rain are calculated to be $-7.7%o\;and\;-51%o$, respectively. These isotopic values are much heavier than those of groundwater and geothermal water collected at the same period, which indicates that the rain or snow of the study area would not immediately affect the isotopic composition of groundwater or geothermal water. Comparing with the previous data, the groundwater and geothermal water collected at 1990 and 1992 year has the heaviest isotopic composition and afterwards their isotopic composition has been progressively shifted to the direction of lighter composition field.
Oxygen and hydrogen isotopic compositions of the Jurassic peraluminous Hwacheon granite were measured, and compared with those of other Jurassic peraluminous Daebo granite in Korea. $\delta$$\^$18/O values for quartz and feldspar of the Hwacheon granite range from 8.2 to 10.6 and 5.8 to 9.0$\textperthousand$, respectively. Whole rock $\delta$$\^$18/O values for banded biotite gneiss country rocks surrounding the Hwacheon granites range from 8.1 to 9.4$\textperthousand$. Whole rock and biotite $\delta$D Values for Hwacheon granite range from -84 to -113 and -107 to -113$\textperthousand$, respectively. Whole rock $\delta$D values for banded biotite gneiss country rocks range from -76 to -100$\textperthousand$. Both $\delta$$\^$18/O and $\delta$D values of the Hwacheon granite are characterized by low values compared to the 'normal' values for the fresh peraluminous granitic rocks. Low $\delta$$\^$18/O values of the Hwacheon granite resulted from fluid-rock interaction for a long period. Isotopic modelling result renders that a relatively low-$\delta$$\^$18/O fluid below -1$\textperthousand$ was involved in subsolidus isotopic exchange under a relatively high fluid/rock ratio (<-6). The fluid of meteoric origin has experienced a modification of oxygen isotopic composition as a result of fluid-rock interaction with the Hwacheon granite and surrounding metapelitic country rocks.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.5
no.4
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pp.357-362
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2000
Stable isotope ratios of oxygen and hydrogen were investigated in southern Yellow Sea in August 1997. Salinity showed good positive correlation with ${\delta}^{18}$O and ${\delta}$. The correlation between ${\delta}^{18}$O and ${\delta}$D is good. From the relationship between these parameters, we obtained two lines of conclusion: 1) seawater of study area I in summer is a mixture of Changjiang Water and modified Kuroshio Water; 2) stable isotopes are very useful tracers in studying property and behavior of water masses in the study area. In case when water masses can not be easily distinguished by T-S analysis, the stable isotopes seem to be powerful tools for this purpose.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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