Szemcseméret meghatározási problémák vol.3: granulometriai elemzések Malvern Morphologi G3-ID-vel

A szemcseeloszlási vizsgálat, mint a legalapvetőbb szedimentológiai vizsgálatok egyike hatalmas változásokon ment át a lézeres szemcseméret analizátorok megjelenésével. A mikronos méretű szemcséken megtörő fény beesési szögéből számított szemcseeloszlási adatok kezdetben a Fraunhofer szórás-elmélet felhasználásával kerültek kiszámításra. Az egyre pontosabb méréstechnológia és a számításkapacitás megjelenésével a Mie-elmélet került előtérbe, melynek alkalmazásával különösen a néhány száz nanométeres lézernyaláb hullámhosszánál alig nagyobb méretű, legfinomabb szemcsetartományba tartozó törmelékes üledékes kőzetalkotók és talajszemcsék méretéről szerezhetünk információt. Ehhez azonban szükségünk van a mérés tárgyát képező minta optikai paramétereire úgy, mint refraktív és abszorpciós koefficiens. Ez egyrészről egy poliminerális közegben eleve nem egy egyszerű feladat (ahogy ezt már korábbi rövid bejegyzésben is taglaltam), másrészt a szemcsék abszorpciós paraméterei nem csak az ásványtani minőségtől, hanem granulometriai (pl. szemcseméret, alak) jellemzőitől is függ. Az elmúlt években, a lézerdiffrakciós szemcseméret eloszlás vizsgálatok viszonylag könnyen elérhetővé váltak a kutatók számára. A méréstechnológiai fejlődés megelőzi az alkalmazók háttértudását, szükségessé vált egy „granulometriai vizsgálati protokoll” kidolgozása, módszertani tanulmányok elkészítése.

A Malvern Morphologi G3-ID a hagyományos lézerdiffrakciós szemcseméret meghatározással szemben lehetőséget teremt a méreteloszláson túl a különböző szemcsék alakjának (pl. köralakúság; konvexitás), alakeloszlásának, illetve az alaktól függő további méretparamétereknek (pl. körekvivalens átmérő; hosszúság, szélesség; kerület, terület) mérésére. Mindezeken túl a szemcsék optikai paramétereit, fényáteresztő képességét, továbbá a Raman feltét segítségével a kémiai összetételét is elemezhetjük. Az automatikus több tíz vagy százezer szemcsén végrehajtott elemzések a hagyományos mikroszkópos elemzésekhez képest sokkal hatékonyabbak, objektívek, reprodukálhatók és nagyobb számú minta alapján készülnek a statisztikai elemzések, így robusztusabbak is. Ezeknek a kiegészítő méréseknek a segítségével a korábbi lézeres mérések bemenő optikai paramétereit optimalizálhattuk és így az üledékképződési viszonyokat jobban reprezentáló adatsorokhoz jutottunk. 
A műszer automata méret-, alakeloszlás és optikai adatai, valamint a Raman feltéttel meghatározott kémiai összetétel alapján törmelékes eredetű üledékek és talajok (1) szemcseméret meghatározási módszereit ellenőrizhetjük, továbbá képződési folyamataikról és környezetükről szerezhetünk információkat mind (2) a múltbéli (lösz-paleotalaj rendszer), mind (3) a jelenkori (por-talaj rendszer) lerakódások esetében. Így lehetőséget teremt a detritális és a leülepedés után képződött szemcsék részarányának meghatározására, így a szedimentációs mechanizmust reprezentáló és a környezeti viszonyoktól függő proxyk elkülönítésére.
Aggregátumok eredete – üledékes vagy lerakódás utáni?
Az agyag- vagy finomkőzetliszt méretű szemcsékből összeállt durvább frakciójú aggregátumok eredetének problémája (poszt- vagy szingenetikus) jelentősen befolyásolja a szemcseeloszlási vizsgálatok eredményeinek értelmezését, környezetrekonstrukciókban való alkalmazását. Mindez alapján számos esetben felmerül a kérdés: szükséges-e a dezaggregálás? A mikroszkópos felvételeken az aggregátumok felismerhetőek, alaktani paramétereik alapján mennyiségük és eloszlásuk automatikusan meghatározható, ásványtani összetételük meghatározásával eredetük is tisztázható.

A poranyag származása és a hullóporos szedimentáció dinamikája A törmelékes üledékes kőzetek szemcséinek alakja és alakeloszlása a szállító és/vagy ülepítő közeg típusáról, a szemcseméret szállító közeg erejéről, dinamikájáról, a szállítási távolságról, így a lehetséges forrásterületről szolgáltat primer adatokat. A szállítás közben a távolsággal a szemcseméret is folyamatosan változik, így a különböző, mérettől függő ásványos összetétel is; közvetett adatokkal szolgálva a szállítási távolságról.
A hullóporos eredetű üledékek szemcseeloszlás görbéinek matematikai-statisztikai módszerekkel (paraméteres függvény-illesztés, end-member modeling, klaszteranalízis) történő felbontásával, különböző eredetű (pl. porvihar, háttérpor, több forrásterületről származó, szezonálisan eltérő) üledékpopulációkat tudunk elkülöníteni. Az elméleti alapokon meghatározott üledékpopulációk helyessége a különböző méreteloszlású és ásványi összetételű szemcsék automatizált mikroszkópos valós elkülönítésével ellenőrizhetővé és pontosíthatóvá válik. A különböző méretű és méreteloszlású szemcsék más-más kiülepedési mechanizmussal kerül ki a légkörből, rakódik le és halmozódik fel a felszínen.

Őskörnyzeti proxyk pontosítása és módosítása
A szemcseméret vizsgálatok jellemzően gömbalakú szemcséket feltételeznek, és az eredmények valamilyen típusú ekvivalens gömbátmérőnek felelnek meg, így nem tekinthetők pontos értékeknek. A szemcsék alakja azok ülepedési sebességét is módosítja, befolyásolva így az ezekből származtatott környezeti paraméterek (pl. porfluxus adatok és a szemcsemérettől függő szedimentációs sebesség hányadosából képzett porkoncentráció becslés) értékeit.
A szemcseméret-eloszlás adatokból származtatott paraméterek detritális és posztdepozit „jelének” elkülönítése az automatikusan megállapított méret- és alakeloszlási részarányok felhasználásával valósítható meg. A mállási indexek és geokémiai klímafüggvények eredményei szempontjából fontos tudni a ténylegesen talajosodási folyamatok révén képződött ásványi összetevők részarányát a paleotalajokban. A különböző hosszúságú és éghajlatú interglaciálisok során a löszképződés befejeződése után is számolhatunk hullóporos szedimentációval, mely finomszemcsés poranyag hozzáadódás felmelegedési időszakot jelző paleotalajok ásványtani és granulometriai tulajdonságait is módosította. Egyes esetekben pl. a középső pleisztocén vörös, „terra rossa-jellegű” paleotalajok képződése kapcsán játszhatott ez a folyamat komoly szerepet a pedogenezisben. A méret-, alak- valamint ásványtani adatok alapján lehetőség van az agyag- és finomkőzetliszt méretű detritális eredetű szemcsék elkülönítésére.

Recens porhozzáadódás talajokhoz
Hasonlóan a pleisztocén interglaciálisokhoz a jelenkori talajképződési folyamatokban is szerepet játszhat a külső, finomszemcsés porhozzáadódás. A méret-, alak- valamint ásványtani adatok alapján lehetőség van az agyag- és finomkőzetliszt méretű detritális eredetű szemcsék elkülönítésére.

A Kárpát-medencében kiülepedett jelenkori poranyag származása
A hazánk légkörét esetenként elérő nagy távolságról származó poranyag kiülepedése viszonylag kis mennyiségű minták begyűjtését teszi lehetővé, ez olykor a lézeres szemcseméret meghatározáshoz szükséges minimális mennyiséget sem éri el. A mikroszkópos méreteloszlás, a szemcsék egyenkénti ásványtani és a mérettől függő ásványos eloszlás adatai, kiegészítve a légtömegek mozgásának trajektória-számításaival, a lehetséges forrásterületekről szolgáltat adatokat.

A légköri por optikai tulajdonságai
A légkörben szállított ásványi por éghajlati rendszerünk aktív komponense. A sivatagi-félsivatagi terültekről évente légkörbe kerülő több milliárd tonna poranyag visszaveri, szórja és részben elnyeli mind a Napból érkező rövid-, mind a Föld felszínéről visszavert hosszúhullámú sugárzást; ennek mértéke számos más tényező (pl. porkoncentráció, szállítási magasság) mellett a szemcsék optikai tulajdonságaitól is függ. Mindezen paraméterek a szállítás során folyamatosan változnak a mérettől függő szedimentáció miatt. A begyűjtött szemcsék ásványtani és fényáteresztő tulajdonságai, és ezek mérettől való függősége a műszerrel meghatározható.

Nincsenek megjegyzések:

Megjegyzés küldése