NKFI 120620 Összefoglalók

Paleokörnyezet-rekonstrukció hullóporos eredetű üledékek szemcseméret és szemcsealak elemzése alapján

A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára

A tervezett kutatás célja a környezeti kutatások homlokterében álló hullóporos eredetű üledékeket felépítő ásványi szemcsék méretének és alakjának új szempontú elemzése, valamint mindezen paraméterek eloszlásán alapuló új paleokörnyezeti indikátorok kifejlesztése és alkalmazása. A kutatások keretében a Kárpát-medence területének csaknem felét borító, nagyvastagságú lösz-paleotalaj sorozatok üledéksorait elemeznénk, melyek a térség elmúlt csaknem 1 millió évében bekövetkezett paleoklimatológiai és őskörnyezeti változásainak egyedülálló archívumai. A vizsgált üledékek körét kiegészítenénk a recens szaharai porviharos események során begyűjtött minták elemzésével, valamint olyan Földközi-tenger térségéből származó terra rossa minták vizsgálatával, melyek esetében az észak-afrikai por talajképződésben játszott szerepe korábbi kutatások eredményei alapján dominánsnak tekinthetők.

Az alkalmazott módszerek köre a leggyakrabban alkalmazott lézer-diffrakciós szemcseméret elemzéseken túl, automata mikroszkópos képfeldolgozáson alapuló szemcseméret és szemcsealak meghatározási vizsgálatokat is magában foglalna. Ilyen jellegű, több százezer egyedi szemcse kvantitatív méret (pl. kör-ekvivalens átmérő, hosszúság, szélesség, kerület) és alak (pl. köralakúság, konvexitás) paraméterének, fényáteresztésen alapuló intenzitás értékének, valamint a felvett Raman-spektrumokon alapuló anyagi összetételének figyelembevételével készített szedimentológiai elemzések még nem történtek. Az anyagi összetétel vizsgálatokkal kiegészített granulometriai profil elemzések jelentenék az alapját egy új paleokörnyezeti indikátornak, melynek kidolgozása szintén a tervezett kutatás tárgyát képezi.

Mi a kutatás alapkérdése?

A tervezett kutatások során a hullóporos eredetű üledékek szemcséinek granulometriai adatai alapján történne meg a glaciális löszképző szedimentológiai mechanizmusok és leülepedés utáni, interglaciális környezeti viszonyoktól függő átalakulási folyamatok rekonstrukciója. A törmelékes üledékes kőzetek szemcséinek alakja és alakeloszlása a szállító és ülepítő közeg típusáról, szállítási távolságról, míg a szemcseméret szállító közeg erejéről, dinamikájáról és szintén a szállítási távolságról, így a lehetséges forrásterületről is szolgáltat adatokat. 

A különböző hosszúságú és intenzitású interglaciálisok során a talajképző folyamatoké lett a domináns szerep. Ezzel egy időben azonban a löszképződés befejeződése után is számolhatunk bizonyos mértékű hullóporos szedimentációval, mely finomszemcsés poranyag hozzáadódás felmelegedési időszakot jelző paleotalajok ásványtani és granulometriai tulajdonságait is módosította. A leülepedés utáni események is rögzülnek a hullóporos eredetű üledékek egyedi szemcséiben. A detritális és a mállási folyamatok során képződött másodlagos szemcsék alaktani paraméterei eltérőek. Az így elkülönített primer és szekunder szemcse-klaszterek arányait, valamint az elsődleges ásványi szemcsék alakjának kisebb mértékű módosulásait (pl. fajlagos felülettel korreláló konvexitás eloszlás értékek) posztdepozíciós átalakulási folyamatok jellemzésére használt geokémiai proxyk összevetésével önálló granulometriai paleokörnyezet indikátor mutató kidolgozása is lehetővé válik.

Mi a kutatás jelentősége?

Előzetes adatok alapján felismerhetővé vált, hogy az eddig rutinszerűen alkalmazott lézer-diffrakciós szemcseméret meghatározási módszerek eredményei, valamint az ezekből az adatokból az üledékképződési környezetre vonatkozó következtetések jelentős leegyszerűsítésekkel terheltek. A Mie-szóráselméletet alkalmazó lézer-diffrakciós méréstechnika alkalmazásához szükség van a mérés tárgyát képező minta optikai paramétereire úgy, mint refraktív és abszorpciós index. Ez egyrészről egy poliminerális közegben eleve nem egy egyszerű feladat, másrészt a szemcsék abszorpciós paraméterei nem csak az ásványtani minőségtől, hanem szemcsealaktól is függ. Ezzel szemben az automata mikroszkópos képfeldolgozáson alapuló szemcseméret és szemcsealak meghatározás során közvetlenül nyerhetünk információt a granulometriai viszonyokról.

Az alkalmazott módszer méret-, alakeloszlás és optikai adatai, valamint a kémiai összetétel elemzések alapján a hullóporos eredetű üledékek korábbi szemcseméret meghatározási módszereit pontosíthatjuk, valamint képződési folyamataikról és környezetükről szerezhetünk információkat mind a múltbéli (lösz-paleotalaj rendszer), mind a jelenkori (por-talaj rendszer) lerakódások esetében. 

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. 

Az alaktani paraméterek eloszlásának meghatározása lehetőséget teremt a detritális és a leülepedés után képződött szemcsék részarányának meghatározására, így a szedimentációs mechanizmust reprezentáló és a környezeti viszonyoktól függő jelek elkülönítésére. A többmódusú szemcseeloszlás görbék matematikai-statisztikai módszerekkel történő, elméleti alapokon meghatározott üledékpopulációk helyessége a különböző méreteloszlású és ásványi összetételű szemcsék automatizált mikroszkópos valós elkülönítésével ellenőrizhetővé és pontosíthatóvá válik.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára

A Kárpát-medence elmúlt egymillió évének éghajlata két egymással ellentétes jellegű hosszú távú klímaciklussal jellemezhető; hideg-száraz glaciális periódusok és meleg-nedves interglaciális időszakok ciklikus váltakozása határozta meg a térség jellegét. A glaciálisok idején a porviharok gyakorisága és intenzitásának megnövekedése az üledékképződésben a hullóporos szedimentáció dominánssá válásához vezetett, a felhalmozódott poranyagból löszök képződtek. A felmelegedési időszakokban a korábban képződött löszréteg felső része talajosodott. Ezek a sötétebb sávok a későbbi glaciálisokban újra eltemetődtek és paleotalajként őrizték meg egykori melegebb klímaszakaszt. Ezek a ciklikus lösz-paleotalaj sorozatok az elmúlt egymillió év környezeti változásának kiváló archívumai.

A szél által szállított és lerakott üledékek sajátos tulajdonsága a nagyon szűk intervallumban mozgó szemcseméret. A hullóporos eredetű üledékek ásványi anyagának átmérője jellemzően néhány mikrométer és maximum száz mikrométer közé esik. A folyamatosan fejlődő méréstechnika mára már lehetővé teszi nem csak a szemcsék méreteloszlásának nagypontosságú meghatározását, hanem több tíz- vagy százezer egyedi szemcse kvantitatív alaktani paramétereiből és anyagi összetételbeli tulajdonságaiból képzett sokaság jellemzőinek mélyebb megismerését is. Ennek az új eljárásnak köszönhetően szemcseméret- és alak alapú (granulometriai) paraméterek alapján új környezet indikátor mutatók dolgozhatók ki. Az üledékszállítás és lerakódás mechanizmusát, valamint környezeti viszonyoktól függő lerakódás utáni átalakulási folyamatokat rekonstruálhatjuk mindezen új ismeretek alapján.