Jenei Mária

SZTE  Doktori Értekezések Repozitórium (SZTE Repository of Dissertations)

        TAVI KARBONÁTKÉPZŐDÉS A DUNA-TISZA KÖZÉN     Doktori (PhD) értekezés tézisei          JENEI MÁRIA                        Szegedi Tudományegyetem Földtani és Őslénytani Tanszék  2007.  2 1. Bevezetés  A földtanban a jelen kulcs a földtörténeti múlthoz, mert a földtan olyan tudomány, amelynél a folyamatok végeredményéből kell a múltban lejátszódó eseményekre következtetni. Ezt segíti, ha a mai üledékképződési környezeteket tanulmányozva és párhuzamot vonva következtetünk a régmúltban lejátszódó változásokra. A dolomitképződés mesterségesen 100 °C alatt nem állítható elő. A természetben és a Duna-Tisza közi sekély szikes tavakban, ahol az eddigi ismereteink szerint a vizek nyári maximuma 37 °C, dolomit is képződik. Ezért fontos e folyamat megismerése, mert a dolomitképződés nemzetközileg is sok kutatót foglalkoztat, és ezt a munkát segíthetjük vele. Ha a karbonát, azon belül a dolomitképződéssel kívánunk foglalkozni, a kérdést két irányból közelíthetjük meg. Egyrészt a víz, másrészt a kialakuló karbonátok felől. Az utóbbi kutatást a korábbi szerzők jórészt már elvégezték. Az OTKA pályázaton nyert anyagi támogatás most lehetővé tette, hogy a víz felől is megközelítsük a kérdést. A vízvizsgálatoknál mind ez ideig hiányoztak a hosszabb időszakra, akár több évre sűrűn, havonta gyűjtött vízminták vizsgálata, és így a vizek geokémiai változásainak folyamatos követése. Munkámban ezt a hiányt kívánom pótolni. Mivel nagy sótartalmú vizeket is vizsgálok, amelyek a talajjal kapcsolatban vannak, a talaj és a szikesedés összefüggéseire is ki kívánok térni. A vizsgált terület jórészt a Kiskunsági Nemzeti Parkra (továbbiakban: KNP) esik, így annak speciális állapotfelmérését is végzem.   /A nemzetközi irodalom szerint a természetben a dolomitképződést a következők határozzák meg  (Morrow, D. W. 1982):     1. A dolomitok termodinamikailag a legtöbb természetes oldatban stabilak, termodinamikai átalakulásuk a kalciton és az aragoniton át a dolomitig tart. 2. A dolomit kiválását termodinamikai tényezők a kristályrács nagyfokú rendezettsége a Ca2+ Mg2+ és a CO32- ionok hidratációs viselkedése miatt akadályozhatják. 3.  Három kritikus paraméter összjátéka határozza meg, hogy ezek a tényezők milyen mértékben gátolják a dolomitképződést: a/ A kristályosodás sebessége a kicsapódó Ca – Mg karbonát kristálytani rendezettségét határozza meg. A túltelített oldatok hígulása redukálja a kristályosodási arányt.  b/ Az oldatok Mg/Ca aránya meghatározza, hogy a Ca – Mg karbonáton belül a karbonátba (dolomitba) mennyi Mg2+ épül be. Ez az arány a gipsz és az anhidrit kicsapódásakor gyakran emelkedik, mert a kalcit felhasználódik és ez a dolomitosodásra kedvezően hat. (Ilyen hely pl. a Perzsa-öböl árapály feletti öve).  3 c/ Ha az oldatok CO3/Ca aránya nagyobb, mint egy, úgy az a dolomit kicsapódását segíti elő. (Ez az arány a talajvizekben emelkedhet, ha magmás kőzetek mállása, vagy szulfát anaerob bakteriális redukció játszódik le.) 4. A térfogat megmaradás törvénye miatt a reakció a következő:                 (2-X) CaCO3 + Mg2+ + XCO32- =  CaMg(CO3)2 + (1-X)Ca2+ ahol az X = az aragonit dolomitosodásakor 0,11-dal, a kalcit dolomitosodásakor pedig  0,25-dal./   2. A vizsgálatra kiválasztott mintaterületek és a felhasznált módszerek  A vizek vizsgálatához jellegzetes és főleg a Kiskunsági Nemzeti Parkhoz tartozó részterületeket jelöltem ki. Másrészt olyan helyeket, ahol a környezetet gazdaságilag hasznosítják, így az előzőekhez ez kontrollterületet is jelent. Ezek a következők: a) A KNP-hez tartózó Kelemenszék tó, b) a KNP-hez tartozó Szappanosszék tó, ahol két talajvízmegfigyeklő kutat (Ny-i és K-i) képeztünk ki, c) a Bugactól É-ra 5 km-re lévő kiszáradása után legeltetésre használt Ródliszék tó, ahol ugyancsak két talajvízmegfigyelő kút kiképzésére került sor (Ny-i és K-i), d) a KNP védett területéhez közeli Csólyospálos kút, e) és a mellette lévő gödör (Csólyospálos 3.), f) a Csólyospálostól D-re lévő út melletti gödör (Csólyospálos 1.), g) és a hozzá közeli gödör (Csólyospálos 1/1.). A fentieken kívül a Duna-Tisza közéről összehasonlításképpen néhány karbonátszelvényt is bevontunk a vizsgálatba. A talajvízmegfigyelő kutak a kiszáradt tavak partján és az egykori tavak közepén   készültek, amelyeket a MÁFI Agrogeológiai Osztálya végezte el. Összehasonlításként vizsgáltam a Duna, a Tisza, a Duna-Tisza közi réteg- és egyéb talajvizeket, valamint az anatóliai, tuniszi és a svájci tavak vizét A kutak kiképzésekor észlelt rétegsorokat szedimentológiailag részletesen megvizsgáltam, és földtani szelvényeket szerkesztettem. A kutakban a helyszínen mértem a vizek hidrodinamikai állapotát, vagyis a víztükör mindenkori helyzetét. A vizek hőmérsékletét és a léghőmérsékletet. A vízmintavételeknél nagy gondot fordítottam a szennyezések elkerülésére. A laboratóriumban a vízminták pH, redxpotenciál és fajlagos vezetőképességét a német gyártmányú WTW pH/Cond 340 i/Set műszerrel elemeztem, és az összes oldott sótartalmat így számítottam ki. A további víz-geokémiai vizsgálatokra a Kieli Egyetem Földtani és Őslénytani Tanszék Hidrogeológiai Laboratóriumában került sor. A kationok elemzése Vista AX, CCD típusú készülékkel, optikai emissziós spektrométerrel, induktív kapcsolással (ICP-OES), az anionok  4 elemzése Hersteller gyártású DX 500-as ionkromatográfiás módszerrel történt. A HCO3  tartalom mg/l-ben 4,3 pH-jú sósavas titrálással készült. A stabil izotóp vizsgálatra a Hannoverhez közeli Sehnde-ben került sor, a Geokémiai Analitikai Kutató Vállalat Finningan MAT 251-es tömegspektrográfjával.  A karbonátok δ 13C és δ 18O vizsgálatát a karbonátból a szükséges mennyiséget mérve, 25,0 °C-os 100 %-os foszforsavas kezelés után 10 perc, valamit 48 óra után felszabadult CO2-ból  a McCrea, J. M. (1950) által megadott módon elemeztük, majd a kapott értékeket PDB standartban és a centrifugálással kinyert pórusvizek δ 18O és δ D értékeit SMOW-ban adtuk meg.      A víz hidrogénizotóp meghatározása a vízminták hidrogénre történő redukálásával történt. Ez 500 °C-ra hevített 6 mm üvegrúddal négy cinkgranulátum és szilikátgél segítségével vákuumban történt. Az üvegcsőbe 1,0 µl víz hozzáadása után a készüléket azonnal le kell lezárni. Az üvegcső alsó részét folyékony nitrogénnel kell hűteni és így a vizet lassan fagyasztani.  Öt perc után az üvegcsőbe nitrogént pumpálva a jeget lánggal vákuumban kell kiolvasztani. A víz hidrogénizotóp redukciója 500 °C-on 30 perc után bekövetkezik. Ekkor a cinkoxid a cinkgranulátumon, vagy az üvegcsövön  fehéres lerakódást mutat, amelyből  a víz D/H tartalmát  tömegspektográffal határoztam meg.  A röntgenvizsgálatokra ugyancsak a Kieli Egyetemen Philips PW 1710 röntgen diffraktométerrel Cu Kα sugárzással 2° / sebesség mellett került sor. A szerves és szervetlen szén a teljes karbonát felszabadítása utáni széndioxidból Ströhleiun 712 oszloppal készült. A szervetlen szén így feloldódott, a szervest pedig mérni lehetett. A karbonátok szerves anyagainak összetételének meghatározására csiszolatban 1 mm-nél kisebb átmérő mellett áteső fényben és fluoreszcent mikroszkóppal kék tartományban ölimmerzióban került sor.   3. A kutatás eredményei   1. Megállapítottam, hogy a vizsgált területen 2003. novemberétől 2006. decemberéig a talajvizek magasan helyezkedtek el. A talajvizek korábbi süllyedési tendenciája megfordult, és kisebb mértékben, de emelkedik.   5 2. A talajvíz kémiai összetevői területenként igen változatosak, nagyságrendileg nagyok a különbségek, és az éves változások is igen jelentősek. A talajvizeknél a változásokat a kapilláris vízemelkedés okozta párolgás, a felszíni vizeknél a nyári és a téli összetételbeli különbségeket az erős evaporáció idézi elő.  3.  A vizek pH-értéke 6,7 − 9,5, összes oldott sótartalom pedig 500 − 5000 mg/l közötti, amely többek között a morfológiai különbségek okozta szivárgásokra vezethető vissza. A pH-érték általában év közepén, az összes oldott sótartalom, azon belül a nátrium év végén éri el maximumát  4. A területen a mészképződéshez a lehetőségek minden esetben adottak, mert a vizek kalciumot tartalmaznak. Vannak olyan vize, amelyeknek Mg/Ca aránya a nagy magnézium tartalmú kalcit kiválását teszi lehetővé. Ezeknél a magnézium koradiagenetikusan a kalcit rácsszerkezetébe beépülve dolomittá alakulnak át. A  CO3 /Ca minden víztípusnál elősegíti a dolomitképződést.  5.  A stabil izotópvizsgálatok igazolják, hogy a dolomitok a legkisebb negativitással, vagy éppen pozitív stabil izotóp értékkel rendelkező vizekből, vagyis a legmelegebb időszakban, a legerősebb evaporációnál válnak ki, a kalcitok pedig a kevésbé evaporációs időszakban, vagy a növények széndioxid elvonó hatása idején.  6. A karbonátok pórusvizeinek stabil δ 18OSMOW 3,57 − -10,2 ‰, valamint a  δ D SMOW 4,6 − -19,0 ‰ értékei szintén az evaporációt bizonyítja.  7. A dolomitok szervetlen széntartalma mindig nagyobb, mint a szerves, amely az anaorganikus származás bizonyítéka.          6 A kutatás témaköréből megjelent dolgozatok  Jenei M. 2002: A különböző időben vizsgált talajvizek szulfáttartalma Szegeden.         Hidrológiai Közlöny, 2002. 82. 2. pp. 80-85 Jenei M. 2004: A Duna-Tisza közi Hátság középső részének negyedidőszak végi fejlődéstörténete.- A magyar földrajz kurrens eredményei, II. Magyar Földrajzi Konferencia CD kiadványa  Molnár B. −  Jenei M. 2005a: A Duna-Tisza közi karbonátok elterjedése, keletkezése és                             hasznosítása. in: Dövényi Z.-Schweitzer F. (szerk.) A földrajz dimenziói. MTA  Földrajztud. Kutató Int. Kiadványa. Budapest pp. 435-447.  Molnár B. − Jenei M. 2005b: A Duna-Tisza közi hátság talaj- és felszíni vizek éves hidrodinamikai és hidrokémiai változásai I. Hidrológiai Közlöny, 2005. 85. 3.  pp.51-59. Molnár B. − Schmitt, M. − Jenei M. 2006a: A Duna-Tisza közi hátság talaj- és felszíni vizek éves hidrodinamikai és hidrokémiai változásai II. Hidrológiai Közlöny, 2006. 86. 3.  pp.1-8. Molnár B. − Bedbur, E. − Jenei M. 2006b: A Duna-Tisza közi hátság talaj- és felszíni vizek hidrokémiai változásainak összefüggései a tavi karbonát-képződéssel. Hidrológiai Közlöny, 2006. 86. 5.  pp. 9-12. Molnár B. − Jenei M. 2006c: A Kiskunsági Nemzeti Park talaj- és felszíni vizek hidrodinamikai változásának összefüggése a tavi karbonát képződéssel. Hidrológiai Tájékoztató, Kiadja a Magyar Hidrológiai Társaság, pp. 57 -59. Jenei, M − Gulyás, S − Sümegi, P − Molnár, M (in Press): Holocene lacustrine carbonate formation: old idea sin the light of new radiocarbon data from a single site in Central Hungary. In Radiocarbon, USA Tucson 2007            7 A kutatás témaköréből megjelent poszterek  Jenei M. 2004: A Duna-Tisza közi Hátság talajvíz vizsgálatai. Poszter, Magyarhoni Földtani Társulat Vándorgyűlése, Egerszalók, 2004. október 1-3. (absztrakt megjelenésével) M. Jenei, − S. Gulyás − M. Molnár − P. Sümegi 3rd-th April 2006: The results of radiocarbon analyses of holocene lacustrine carbonate sequences from Hungary − 19th International  14C Conference, Oxford − poszter   A kutatás témakörében tartott előadások  Jenei M. 2003: A Duna-Tisza közi talajvíz, tóvíz és a karbonát képződés összefüggése. Ph.D        Beszámoló, 2004. február 23. Szeged, SZTE-TTK Előadó  Jenei M. 2004: A Duna-Tisza közi Hátság középső részének negyedidőszak végi fejlődéstörténete. Előadás, Geográfus Doktoranduszok VIII. országos konferenciája, Szeged, 2004. szeptember 2-5. Molnár B. − Jenei M. 2006: A Kiskunsági Nemzeti Park talaj- és felszíni vizek hidrodinamikai változásának összefüggése a tavi karbonát képződéssel. Előadás, A Kiskunsági Nemzeti Park (KNP) elmúlt 30 éve a földtan tükrében című az Alföldi Területi Szervezet által szervezett előadóülés, Kecskemét, Természet Háza, 2006. június 16-17. Molnár B. − Jenei M. 2006: A Duna-Tisza közi talaj- és felszíni vizek kémiai összetétele és változásai, valamint a szikesedés lehetősége.- Újabb eredmények a szikesedés földtani körülményeiről c. konferencia, MTA Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézet, Előadás, Budapest, 2006. november 8.         

Tavi karbonátképződés a Duna-Tisza közén

http://doktori.bibl.u-szeged.hu/5319/4/2007_jenei_maria_tezis_hun.pdf

Tavi karbonátképződés a Duna-Tisza közén

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

SZTE Doktori Értekezések Repozitórium (SZTE Repository of Dissertations)