Pierwiastki ziem rzadkich (REE ) w wodach termalnych: występowanie, pochodzenie, znaczenie i perspektywy badań w Polsce

Termin „pierwiastki ziem rzadkich” (Rare Earth Elements – REE) odnosi się do piętnastu pierwiastków stanowiących grupę lantanowców (Ln3+) oraz itru (Y) i skandu (Sd). W wyniku takich procesów jak wietrzenie, rozpuszczanie, rekrystalizacja czy diageneza pierwiastki ziem rzadkich mogą być dość łatwo uruchamiane i przenoszone z minerałów i skał do środowiska wodnego. Wody podziemne wykazują podobny rozkład wzajemnych proporcji REE do ich „rozkładu” charakterystycznego dla skał, przez które przepływają. Takie podobieństwa pomiędzy REE pattern wód podziemnych i skał zbiornikowych decydują o tym, że REE są użytecznym wskaźnikiem do rozpoznawania interakcji zachodzących pomiędzy wodą podziemną a skałą zbiornikową. Analiza rozkładu zawartości REE w wodach wykorzystywana jest do identyfikacji pochodzenia wód, mieszania się wód, określania warunków równowagi w systemie woda-skała, procesów geochemicznych na drogach przepływu wód, do identyfikowania stref zasilania, czy skał zbiornikowych. W przypadku wód termalnych szczególnego znaczenia nabiera dokładne rozpoznanie składu chemicznego wód (w tym REE) i skał zbiornikowych w celu właściwego zrozumienia warunków termalnych w danym systemie. Pomimo istnienia szerokiej literatury dotyczącej badań nad geochemią REE w systemie woda-skała w różnych obszarach świata, Polska jest wciąż „biała plamą” – gdyż zawartości REE, szczególnie w wodach podziemnych, nigdy nie były na szerszą skalę badane; brak jest publikacji naukowych na ten temat. Od roku 2015 zespół naukowców z PIG–PIB oraz ING PAN podjął starania, aby zapełnić tę lukę w polskiej nauce. W roku 2015 pierwsze pilotażowe analizy zawartości REE zostały wykonane dla wód mineralnych Krynicy Zdroju oraz dla wód termalnych Poddębic. W roku 2016, konsorcjum naukowe ING PAN oraz PIG–PIB rozpoczyna realizację dużego projektu naukowego finansowanego ze środków NCN, ukierunkowanego bezpośrednio na szczegółową analizę zawartości i rozkładu REE w wodach mineralnych i termalnych Polski. Perspektywy rozwoju hydrogeochemii pierwiastków ziem rzadkich w Polsce w najbliższych latach wydają się być pozytywne.

The Rare Earth Elements (REE) or rare earth metals, are commonly defined as a series of fifteen elements comprising the lanthanides group (Ln3+) plus scandium (Sc) and yttrium (Y). REE can be significantly mobilized during weathering, alteration and diagenesis processes and transferred from rocks into an aquatic environment. Groundwaters usually demonstrate REE patterns that closely reflect the REE patterns of the rock through which they flow. Such similarities between groundwater and aquifer rock REE patterns suggest that REE may be useful tracers of groundwater – aquifer rock interactions. Ample evidence hase been provided in the literature, that the analysis of REE concentration is a useful tool in tracing the origin of fluids, which is fundamental in understanding any fluid-rock system. The REE distribution in groundwater enables to study of the source of water, the state of equilibrium in water-rock system, changes in water composition by both precipitation and dissolution reactions in the aquifer including those along flow paths, groundwater and surface water mixing, biogeochemical redox processes, adsorption processes, etc. Despite the vast literature and numerous studies of REEs geochemistry reported for various regions in the world, Poland is a truly white spot, where the REE in the groundwater systems have never been deeply studied. However, since 2015, the first pilot analyses of REE in the mineral water of the Krynica Spa and the thermal waters of Poddębice have been performed. A new research project granted by the National Science Center (NCN) in 2016 for scientific consortium of ING PAN and PIG–PIB shed new light on the future development of the REE application in hydrogeochemical studies of mineral and thermal water in Poland.