Kalderák lepusztulási folyamatai a Magas-Börzsöny példáján, különös tekintettel a modellezés lehetőségeire SZAKDOLGOZAT

Átírás

1 MISKOLCI EGYETEM MŰSZAKI FÖLDTUDOMÁNYI KAR Természetföldrajz Környezettan Intézeti Tanszék Kalderák lepusztulási folyamatai a Magas-Börzsöny példáján, különös tekintettel a modellezés lehetőségeire SZAKDOLGOZAT Szilágyi Artúr Földrajz alapszak, geoinformatikai szakirány Konzulens: dr. Hegedűs András egyetemi adjunktus Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Természetföldrajz Környezettan Intézeti Tanszék Külső konzulens: dr. Sólyom Péter főiskolai docens Nyugat-magyarországi Egyetem Természettudományi és Műszaki Kar Földrajz és Környezettudományi Intézet Természetföldrajzi Tanszék MISKOLC, 2009

2 TARTALOM I. BEVEZETÉS 3 1. PROBLÉMAFELVETÉS 3 2. CÉLKITŰZÉS 4 3. KUTATÁSI MÓDSZEREK 4 4. ADATBÁZIS 5 II. KUTATÁSTÖRTÉNET 6 1. HAZAI VULKÁNMORFOLÓGIAI SZAKIRODALOM 6 2. AZ ERÓZIÓKUTATÁS ELŐZMÉNYEI 8 III. A KALDERÁK KELETKEZÉSE, TÍPUSAI ÉS ERÓZIÓJA 8 1. MI A KALDERA? 8 2. KELETKEZÉSÜK 8 3. KALDERÁK EGYÉB CSOPORTOSÍTÁSA 10 IV. AZ ERÓZIÓ FOGALMA, TÉNYEZŐI, MODELLEZÉSE AZ ERÓZIÓ FOGALMA AZ ERÓZIÓ TÉNYEZŐI A VÍZERÓZIÓ A DOMBORZAT KIALAKULÁSÁNAK MODELLEZÉSE 13 V. ERÓZIÓS FOLYAMATOK KALDERÁKBAN 17 VI. A MINTATERÜLET: A MAGAS-BÖRZSÖNY A BÖRZSÖNY A MAGAS-BÖRZSÖNYI TŰZHÁNYÓTEVÉKENYSÉG KALDERAKÉPZŐDÉS A KALDERA LEPUSZTULÁSA, ERÓZIÓS FORMAKINCSE ELJEGESEDÉS 29 VII. FELSZÍNFEJLŐDÉSI MODELL LÉTREHOZÁSA KALDERAFORMA LÉTREHOZÁSA 29 VIII. ÖSSZEGZÉS EDDIGI MUNKA, KÖVETKEZTETÉSEK TOVÁBBI KUTATÁSI CÉLOK, LEHETŐSÉGEK 32 IRODALOMJEGYZÉK 34 2

3 I. BEVEZETÉS 1. Problémafelvetés A földrajz és azon belül a felszínalaktan területén is jelentős újításoknak lehetünk tanúi a korszerű geoinformatikai alkalmazások megjelenésével. Ezen belül a digitális domborzatmodellek (a továbbiakban DDM) segítségével a felszínalakító folyamatok modellezésére, előrejelzésére, vagy a múltban lejátszódott események rekonstruálására is egyre pontosabb becsléseket lehet végezni. Köztudott, hogy a digitális térképezés során szükségszerű a valóság egyszerűsítése, az ábrázolás bizonyos maximális felbontásra való korlátozása. Ez a felbontás úgy térben, mint az időben is növelhető, és ami eddig távoli időpillanatok statikus állapotainak megjelenítése volt, azt ma már rengeteg kisebb intervallumra lehet bontani a folyamatok megértésével és a modellbe való bevitelével. Az erózió modellezésének éppen az adja a különlegességét, hogy a felszín egy adott állapotából a köztes folyamatok számszerűsítésével következtetünk egy másik időbeli állapotra. A modellezéssel adatokat, és ami talán még fontosabb, az adatok hibahatárát tudjuk pontosabban meghatározni. Ezáltal jobban megismerhetjük, elkülöníthetjük a különböző felszínalakító folyamatok következményeit, illetve azok egymásra hatását, kiderítve, hogy egy-egy terület kialakulásában pontosan melyek mekkora szerepet töltöttek be. A gyakorlati alkalmazásukra néhány példa [LÓCZY D. 2008]: vízerőművek, gátak építése (gyakran lebontása) kapcsán az erózió hatása a völgy feltöltődésére, folyó bevágódásának, szakaszjellegének változása; talajkímélő területhasználati módok alkalmazása a mezőgazdaságban (vegyszeres, monokulturális, ipari növénytermesztés helyett); árterek újfajta hasznosítása. Ma még a felszínpusztulási modellek felhasználása gyerekcipőben jár, így Magyarországon is csak elvétve alkalmazzák. E téma iránt érdeklődve kiválasztottam egy olyan nagyméretű (makro-) felszínformát, amelyen könnyen alkalmazni lehetne az új eszközöket. A modellalkotáshoz olyan területet volt célszerű kiválasztani, amelyről bőséges szakirodalom segíti a munkámat, s földrajzi közelsége előnyt jelent. Az is fontos és elég gyakori felszínforma legyen ahhoz, hogy összehasonlítható legyen más hasonló természeti képződménnyel, illetve természetes adottságai egyszerűsítsék a modellezés folyamatát. 3

4 Kóspallag lakójaként azonnal adta magát a csodálatos szépségű Magas-Börzsöny kutatása, s a fizikai közelség mellett a modell elkészítését könnyíti az is, hogy az utóbbi években színvonalas tanulmányok láttak napvilágot erről a területről. A vulkáni makroformáknak ráadásul hatalmas szakirodalma van és viszonylag sokfelé megtalálhatóak Földünkön, különféle állapotban és átmeneti formák sokaságát nyújtva. Ilyenek a kalderák is, amelyek a Kárpátok legbelső ívének jellegzetes alakzatai. Általában egy vízgyűjtőt alkotnak és uralkodóan vulkáni eredetű kőzetekből épülnek fel, tehát a bonyolult karsztjelenségek itt nincsenek jelen. Továbbá magasan és elzártan találhatók, s ezért mérsékelt emberi behatással kell számolni (tehát a természetes folyamatok kevéssé zavartak). Éppen ezek miatt a lehető legjobb lehetőséget biztosítják a felszínpusztulás tényezőinek egyszerűsítésére és vizsgálatára. 2. Célkitűzés Ezen írás célja tehát feltárni egy, a Földön viszonylag gyakori, tűzhányótevékenységhez kapcsolódó felszínforma lepusztulásának törvényszerűségeit, valamint földrajzi információs rendszerben való feldolgozásának és modellezésének lehetőségeit egy Kárpátok vulkáni vonulatához tartozó terület - a Magas-Börzsöny - példáján. Ehhez bemutatom a millió éves időléptékben, s km 2 területen lezajló erózió folyamatának matematikai közelítését, mint a lepusztulást közelítő általános modellek egy gyakorlati alkalmazásának lehetőségét. Célom ezen felül a modellezés területén eddig végzett munkámat és az ezek után végzendő feladatokat összegezni. 3. Kutatási módszerek A hazai könyvtárakban megtalálható szakirodalmat könnyű elérni az ingyenes könyvtárközi kölcsönzés segítségével. Emellett a világhálón sok szaklap elektronikus formában is megtalálható, amelyek esetenként valódi papír alakban csak külföldi könyvtárakban találhatóak meg. Ezeket olyan oldalakon (pl. springerlink.com) lehet megtalálni, amelyek garantálják az adott cikk eredetiségét és tudományos értékét, viszont letöltésükért fizetni kell. 1 Így elég bő szakirodalom gyűlt össze a téma megismeréséhez. A kalderák kialakulásához és lepusztulásához kötődő felszínformákról, valamint az erózióról szóló szakirodalom tanulmányozása után a mintaterület megismerése következett. Nagy előny volt ebben a közeli lakóhelyem, így a források által említett alakzatokat többszöri terepbejárással személyesen vizsgáltam, fotóztam. Különösen a kalderaképződéshez, illetve megszerzésében. 1 Ezúton is köszönöm Keresztúri Gábor értékes segítségét a szakirodalom ilyen formájának 4

5 lepusztuláshoz köthető formakincsét tanulmányoztam, egybevetve a különböző szerzők leírását. A felszín lepusztulásának modellezésében konzulensként nélkülözhetetlen segítséget nyújtott dr. Sólyom Péter, aki elmagyarázta az Utrechti Egyetem Földtudományi Karának Természetföldrajz tanszéke (Hollandia) által kifejlesztett PCRaster alkalmazás működését, és bevezetett a felszínpusztulás modellek elméleti és gyakorlati alkalmazásába. Ezt a programot abból a célból hozták létre, hogy megkönnyítsék a felszínalaktani, földrajzi modellezést, mivel eredetileg ez komoly programozási tudást igényel (pl. C++ nyelven), amelynek elsajátítása akár több évet is igénybe vehet. Ezzel szemben a PCRaster különlegessége abban áll, hogy olyan egyszerű parancsokat használ, amelyekre szüksége lehet a modellezőnek, ráadásul a számítógépes parancsok átnevezhetőek. Például ha DDM-ünkből lejtőszög térképet szeretnénk kapni, vagyis a térkép minden egyes képpontjához a lejtőszögét rendeljük hozzá mint z koordinátát, egyszerűen begépeljük a következő parancsot: pcrcalc lejto = slope(ddm) ahol a lejto a lejtőszög térkép neve, a ddm pedig a meglévő domborzatmodellünk. Ugyanakkor parancssori vezérlése miatt lehetőség van komoly matematikai számítások elvégzésére is, ha erre van igény. Modellünk tehát elég egyszerű lesz ahhoz, hogy felfogjuk a működését, és tudjunk rajta módosítani akár az alapoknál, de ehhez nem kell megtanulnunk a számítógépek programozási nyelvét. Egyéb más társainál, mint például az USLE (Universal Soil Loss Equation) vagy EUROSEM (European Soil Erosion Model), inkább felhasználóbarát és egyszerűbb, a legtöbb parancs ugyanis olyan algoritmus, amelyet már megírtak a számítógép utasításokból álló nyelvén. Nyelvtani analógiával: a mondatokat megfogalmazták, s helyes nyelvtani sorrendbe vannak téve, nekünk mindössze az alanyt és néhány határozószót kell a pontozott vonalakra írni Adatbázis Egy földrajzi kutatásban legfontosabb mindig a térképi adatbázis létrehozása. A területet ábrázoló térképek segítségével saját gyűjteményt hoztam létre a következő tematikus rétegek létrehozásával: vízhálózat, kőzettani felépítés, formakincs (barlangok, sziklák), valamint domborzat. Mindezeket egy vetületi rendszerbe foglaltam (EOV) és ArcGIS program segítségével tároltam el egy adatbázisban. Elsődleges a digitális domborzatmodell (a továbbiakban: DDM) elkészítése volt. A Magas-Börzsöny egészéről a legjobb felbontású magassági adatokat az EOTR 1 : Keresztúri Gábor szóbeli közlése után.. 5

6 topográfiai térképek megfelelő szelvényei adták. Viszont rendkívül időigényes digitalizálni minden egyes szintvonalat, így csak a szűkebb kalderakörnyék készült el ilyen formában. A nagyobb területek ábrázolásához a NASA (Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Légügyi és Űrhajózási Hivatala) SRTM domborzati adatait használtam. Az SRTM (Shuttle Radar Topographic Mission űrsikló radartérképezési küldetés ) az Endavour űrsikló fedélzetén elhelyezett radarok segítségével majdnem az egész Földet feltérképezte 90 m felbontással (ami azt jelenti, hogy egy 90 m oldalhosszúságú négyzetről a felszínen van egy 1 m pontosságú magassági adatunk). [NASA honlapja: www2.jpl.nasa.gov/srtm/] A vízhálózat (vízfolyások, források), illetve a formakincs adatainak szintén használtam a EOTR 1 : topográfiai térképet, összevetve a Cartographia 1:40000-es méretarányú 2007-es Börzsöny turistatérképével. Ahol eltérés volt a kettő közt, azt mindenképpen felkerestem (pl. Spartacus-forrás). A turistatérkép volt pontosabb, viszont sajnos kisebb méretarányú, így nem olyan részletes. A földtani térképet pedig KARÁTSON Dávid NÉMETH Károly [2001] szerzőpáros által publikált térkép alapján készítettem. Mindezt a terepbejárások alkalmával saját fotókkal egészítettem ki. II. KUT ATÁSTÖRTÉNET 1. Hazai vulkánmorfológiai szakirodalom Hazánkban a vulkáni formák leírása viszonylag újkeletű. Nagy hatású geomorfológusaink csak néhány oldalt szenteltek a témának [CHOLNOKY J. 1923; BULLA B. 1954) SZÉKELY András írja: Bármilyen meglepő, korábban a vulkánmorfológiáról nem is írtak, holott pl. a karszt- (Cholnoky, 1926) 3, majd a periglaciálismorfológia (Bulla 1954) sajátosságait, folyamatait, formáit már több évtizede feltárták. [SZÉKELY A. 1997:7] Az 1950-es évektől a szocialista nagyipar felértékelődésével (vagy felértékelésével) párhuzamosan megkezdődött vulkanikus hegységeink nyersanyagainak erőteljes kutatása. Ezek javarészt érc- és teleptani művek, azonban főleg a kőzetfelépítésre vonatkozó 3 Mivel ez a szakirodalmi hivatkozás idézetben van, és szorosan nem kapcsolódik jelen tanulmány témájához ezért a felhasznált irodalomban nincs feltüntetve [a szerző megjegyzése]. 6

7 megállapításaik pótolhatatlan segítséget adnak a vulkáni működés rekonstruálásához, a felszíni formák eredetének meghatározásához. Végül a hiánypótló mű az 1990-es években jelenik meg SZÉKELY András [1997] írásaként a tűzhányók felszínalaktanának részletes, mindenre kiterjedő összefoglalásaként, először egyetemi jegyzet, majd átdolgozva, kibővítve tankönyv formájában is megjelent. Valójában e késés talán igen nagy előnye, hogy a lemeztektonika-elmélet kidolgozása és a Mt. St. Helens 1980-as kitörése óta hatalmas fejlődésen átmenő vulkánmorfológia külföldi kutatásainak eredményeit is felhasználja. A Kárpátok belső vulkáni vonulatáról a közelmúltban megjelent, Börzsönytől a Hargitáig című könyv a legteljesebb összefoglalása a témának. Ebben KARÁTSON Dávid és munkatársai [2007] utóbbi években publikált tanulmányait találhatjuk meg átdolgozva, és egységes keretben. Egy-egy hazai hegységünkről tanulmányok sora látott napvilágot ilyen mélységben, de együtt, összehasonlítva őket, néhány kivételtől eltekintve (pl. NEMERKÉNYI Antal összehasonlító vulkánmorfometriai vizsgálatai [NEMERKÉNYI A. 1987]) nem történt kísérlet. A 21. században vulkanológusaink bekapcsolódtak a nemzetközi tudományos eszmecserébe, ennek nagy előnye, hogy a kutatási eredmények recens elméletekbe illeszkednek. Magyarországon aktív vulkánok hiányában háttérbe szorultak a vulkanológiai kutatások, s a 60-as, 70-es évek fent említett szocialista érckutatásainak befejeződésével megszűnt a nyomás, amely eddig a Nehézipari Minisztérium részéről a középhegységeink vulkáni tagjainak kutatását erőltette, mindenképpen ipari nyersanyagokat keresve. A szakirodalomban egyfajta paradigmaváltás zajlott le a közelmúltban a magyarországi vulkanikus hegységekkel kapcsolatban. Korábban a felszínen látható formákat teljesen az eróziónak, s így az eredeti vulkáni szerkezettel kevés összefüggést mutatónak írták le, főleg két nagy hatású hazai geomorfológus, BULLA Béla és LÁNG Sándor tönkösödési elméletének következtében [KARÁTSON D. 2007]. Talán ezért nem írtak az elsődleges vulkáni formákról átfogó tanulmányt, mert úgy tartották, hogy azok hazai előfordulásai nagyon korlátozottak. Újabban viszont (főleg a műholdas felvételek fejlődése és elérhetővé válása következtében) beigazolódott, hogy az elsődleges formák (kalderák, peremfennsíkok 4 ) a vízhálózaton keresztül átöröklődtek, s világosan felismerhetőek hegységeink mai arculatán. [SZÉKELY A. 1987] 4 Ezeket a formákat a későbbiekben részletesen tárgyaljuk. 7

8 2. Az eróziókutatás előzményei Az erózió témakörét leggyakrabban a mezőgazdasági, talajtani írásokban említik, mint a természetes ököszisztémában gyakorlati életben, rövid idő (egy két év, évtized) alatt lezajló, és természetesen a talaj termőképességére, humusztartalmára és egyéb tulajdonságaira vonatkozó káros folyamatot említik; s gyakorlatias tanácsokkal látják el az olvasót ennek megakadályozására [BARCZI A. CENTERI Cs. 2005]. A folyadékok áramlását, hordalékszállítását, vagy a lejtőfolyamatokat tárgyalják elméleti fizikai írásokban is. Itt egyenletekkel körülbástyázott, egzakt témakörök, de nagyrészt elméleti jellegükből adódóan a használhatóságukhoz rendkívül pontos kísérleti és mérési eredmények szükségesek, amelyek a gyakorlatban ritkán valósulnak meg [BALOGH K. 1991a; 1991b]. Ha e két területet egy skála két végpontjának tekintjük, a felszínalaktan megközelítése valahol a kettő között található meg. Időtávlata jóval nagyobb, mint az agronómiai értelmezésé, sőt igen gyakran inkább a lepusztulás (denudáció) címszó alatt emlegetik, s ezzel is különbséget tesznek a két értelmezés közt. Ugyanakkor a fizika aprólékos, mindenre kiterjedő, egyenletekbe foglalt elméleteinél jóval nagyobb bizonytalansággal dolgozik. Természetesen a legfőbb dolgokat itt is lehet - és kell is - számszerűsíteni, de a természetes folyamatok bonyolultsága miatt az összes tényezőt figyelembe venni lehetetlen. 5 III. A KALDERÁK KELETKEZÉSE, TÍPUSAI ÉS ERÓZIÓJA 1. Mi a kaldera? A kaldera körkörös peremű mélyedés, amely vulkáni működés során a vulkáni kúp összeomlásából vagy kirobbanásából keletkezik. Az elnevezés spanyol eredetű (caldera, latinul calderia), eredeti jelentése üst, kazán [HEVESI Attila 1997]. Nem szabad összekeverni a kráterrel, amelyet a vulkanológiában inkább egy működő vulkán szájának kell tekintenünk, s bár arányai jól megfelelnek a kalderákénak [KARÁTSON D. 1993], de azoknál jóval kisebb méretűek. 2. Keletkezésük HEVESI Attila [1997] és SZÉKELY András [1997] osztályozását követve, s ötvözve: A kalderák kialakulhatnak robbanással, a kráterekhez hasonló módon, természetesen jóval nagyobb explózióval. Eredetét tekintve tehát ez a csoport csak méretben különbözik a 5 Egyébként a fizika sem képes arra, hogy pontosan előrejelezze ezeket a folyamatokat, mivel az anyagáramlás olyan kaotikus elemekben bővelkedik, amelyek csak valószínűségekkel leírhatóak [BALOGH K. 1991b:68]. 8

9 kráterektől, s 2-3 km-es átmérőnél szoktak meghúzni egy elméleti határt, amelynél kisebbek még kráternek számítanak. A vulkánmorfológiai vizsgálatok szerint az olyan geometriai jellemzőket tekintve, mint például a mélység és átmérő aránya, lényegében nincs különbség a két forma között de ez csak az explóziós kalderákra vonatkozik [LÓCZY D. 2008]. A robbanást az váltja ki, hogy a magmakamrában felgyülemlett gázok nyomása olyannyira megnő, hogy felülmúlja a felette lévő kőzetek súlyából adódó nyomást (kőzetnyomás), s amikor eléri a kritikus pontot, akkor bekövetkezik a robbanás, a kitöréssel együtt hatalmas törmelékmennyiséget juttatva a légkörbe [HEIKEN, G. 1991; BARNOULLI, D. et al. 2004]. Robbanásos kaldera leggyakrabban savanyú, vagy intermedier magmás tűzhányótevékenység során alakul ki [DI VITO, M. A. et al. 1999; MILNER, D. M. et al. 2003], hiszen ezek illóanyag tartalma magas, ráadásul olvadáspontjuk alacsony, így a kihűlés során van idő a gázok távozására a folyékony magmából. Ezért a kalderákat felépítő kőzetek legtöbbször andezit, riolit vagy dácit, valamint ezek tufái. Ha a robbanás a vulkáni kúp oldalán történik, akkor úgynevezett lópatkó- ( horseshoe ) kaldera alakul ki. Így történt a Mt. St. Helens esetében is, illetve feltételezések szerint a Dunakanyar hegyei is eképp alakultak ki a Keserűs-hegyi kalderaképződés során [KARÁTSON et al. 2007]. A másik lehetséges módja a kalderaképződésnek a tűzhányó kúpjának tömegvonzás hatására történő besüppedése, szakadása, vagy beomlása, ennek több fajtáját lehet elkülöníteni: Beszakadásos v. roskadásos kaldera, a felszínközeli, általában másodlagos magmakamra hirtelen kiürülése vagy alakváltozása esetén [HILDRETH W. 1996]. A vulkáni kúp beomlásával, a kúp teljes egészében belezuhan a magmakamrába. Valójában ez annyiban különbözik az előző csoporttól, hogy jóval nagyobb kalderákat hoz létre, de elég ritkán fordul elő [TUCKER, D. et al. 2007]. A besüppedéses kalderák kialakulása hasonlít az előző csoporthoz, ezt is a tömegvonzás kényszeríti ki, azonban jóval hosszabb ideig tart és sokkal lassabb folyamatok eredménye. A hatalmas rétegnyomás, amely a vulkáni működés előtti alapkőzetre nehezedik, az eredeti réteg víztartalmától, minőségétől függően olyannyira tömörítheti, összepréseli a kőzeteket, hogy az a felszín süllyedését eredményezi. A vulkán pereme felé haladva egyre kisebb mérvű süppedés alakítja ki a tál alakú mélyedést. [SZÉKELY A. 1997] 9

10 Az eróziós úton kialakult változat külön csoportot alkot. Közvetve ezek is a gravitáció hatására alakulnak ki, de itt a tűzhányó kialvása után a külső erők veszik át a felszín alakítását, a krátert kiszélesítik, mélyítik, s a peremét koptatják. Korábban igen sok kalderát ebbe a csoportba soroltak, pusztán az eróziós formakincs jelenléte miatt. Az újabb elméletek szerint azonban az erózió önmagában ritkán alakít ki kalderát, viszont döntő szerepe van a fent említett típusok továbbfejlődésében, hiszen a vulkáni működés végével rögtön elkezdődik az elsődleges formák lepusztulása [NEMERKÉNYI A. 1987]. Fontos leszögezni, hogy a valóságban nagyon ritkák a tisztán, egyféle módon kialakult kalderák. Egyrészt robbanást követően a hirtelen kiürült kamrába az alátámasztást vesztett, s a robbanástól amúgy is meggyengült vulkáni kúp szinte mindig beszakad. Másrészt legtöbbször a vulkáni működése nem szűnik meg azonnal, s új vulkáni kúp épül a kaldera belsejében [FRAZZETTA, G. et al. 1983], gyakran már rögtön a robbanás után, amikor a magmakamrában lévő, még képlékeny lávát az összeomló kőzetek a felszínre préselik az összeomlás során keletkezett repedések mentén [NÉMETH K. MARTIN U. 2007]. A forró pontokhoz kötött tűzhányótevékenység során a kőzetlemez vándorlása következtében egyre csökken a felszínre áramló, s többnyire bázikus láva mennyisége, amely így egyre kisebb kúpokat hoz létre, s a régebbi kráterek pereme az álkadera [HEVESI A., 1997]. Az emberi tevékenység következtében létrejött mélyedéseket (pl. bányaüreg fölötti felszín berogyása, felszíni ércbánya jellegzetes teraszos gödre) is szokás kalderának nevezni [SZÉKELY A., 1997]. Az angol szakirodalomban ezekre inkább a gödör ( pit ) kifejezést alkalmazzák, s az előbbi használata a magyar nyelvben a fogalomzavar elkerülése érdekében szintén nem ajánlott. 3. Kalderák egyéb csoportosítása Lehet osztályozni a kalderákat aszerint is, hogy a kiújuló vulkáni tevékenység milyen irányban módosítja az eredeti formát. Ha a kiújuló magmafeláramlás alulról új kamrát épít (vagy a korábbit ismét feltölti), s a kaldera aljzatát tolja felfelé, akkor fölemelkedő kalderákról beszélünk, ilyen például a Long Valley kaldera az Egyesült Államok Kalifornia államában, ahol évente átlagosan körülbelül 2,5 lábbal (kb. 80 cm) emelkedett a felszín 1980-tól 2000-ig [HILL, D. P. & al. 2000]. Az ismételt vulkanikus tevékenység sokszor létrehoz egyféle működésű (monogenetikus) kúpokat a kalderában, mint pl. salakkúpok, lávadómok. Ezek kialakulása hátráltatja a vízhálózat szabályos ágas jellegének kialakulását [NEMERKÉNYI A. 1987]. 10

11 NEMERKÉNYI Antal [1987] a kalderák (és vulkáni kúpok) jellemző méretei szerint csoportosította a kalderákat. A mélység és szélesség arányát találta megkülönböztető jellegnek, mely szerint az első csoport (0,12-0,15 mélység/átmérő arányú) még őrzi az eredeti kráterformát, a második csoportba (0,075-0,083) tartoznak a hegységek csúcskalderái. A harmadik és negyedik csoport (0,055-0,056) viszonylag sekély domborzatú kalderáiban a képződés után felnyomuló láva kürtői vagy lávadómok kemény kőzetei megakadályozták a kalderaudvar erőteljes mélyülését [NEMERKÉNYI A. 1987]. Összességében megállapította, hogy a kaldera szélessége a kialakulásra utal, illetve az eltelt időre, a mélységük pedig az erózióval szembeni ellenállóképességre, mint helyi sajátosságra. KARÁTSON Dávid [1996] ugyanezen együtthatók kortól való függését vizsgálta a Kárpátok vulkáni kúpjainak összehasonlításával. Arra az eredményre jutott, hogy a kialakulás óta eltelt időt leginkább a kaldera átmérője és a belső völgyek összhossza mutatja. Ezek az idővel majdnem pontosan egyenesen arányosan nőnek. SZÉKELY András [1997] a lepusztulás mértéke szerint a tűzhányókat épségük szerint osztályozta. Erre később kitérünk a VI. fejezetben, ahol részletesen tárgyaljuk. IV. AZ ERÓZIÓ FOGALMA, TÉNYEZŐI, MODELLEZÉSE 1. Az erózió fogalma Az erózión (a latin (e-)rodo ige jelentése (el-)rág, mar ) általában felszínpusztulást, lehordódást értünk. Sok szerző kizárólag a víz vonalas felszínpusztító tevékenységének megnevezésére használja [BARCZI Attila CENTERI Csaba 2005], míg a különböző lehordó folyamatokat (szél, tömegmozgások, emberi tevékenység stb.) összefoglaló néven denudáció címszó alatt említik [PÉCSI Márton 1991]. Igaz, hogy általában a víz - és szilárd halmazállapotában: a jég szállítóközeges felszínformáló hatása világviszonylatban a leglátványosabb, azonban nem szabad kifelejtenünk a szél, és a szállítóközeg nélküli lejtős tömegmozgások egész családját a lepusztulást okozó folyamatok közül. Az erózió folyamata mindig egyfajta dinamikai kiegyenlítődés, amely minden test energiaminimumra való törekvéséből következik. A felszín részecskéi is egyre mélyebbre szeretnének jutni, hogy egyre kisebb gravitációs potenciállal rendelkezzenek. Ennek a mélyebbre jutásnak a folyamata az erózió. Eszerint az eróziót mindig meg kell, hogy előzze a környező területhez viszonyított kiemelkedés. Mindez azt is feltételezi, hogy hasonlóan pl. a szukcesszióhoz, vagy a tavak feltöltődéséhez, ez csak egy átmeneti folyamat, egyensúly 11

12 helyreállás. Az állandóan változó bolygónkon viszont legritkább esetben tud statikus egyensúlyba kerülni egy terület, ezalatt értve, hogy a felszínpusztulás teljesen megszűnik. Sokkal gyakrabb az úgynevezett dinamikus egyensúly, amikor a felszín lassú emelkedésével lépést tart az állandó jellegű és ütemű lepusztulás. Az ilyen területek állandóan eróziónak vannak kitéve, a felszín képe mégis szinte változatlan [TUCKER, G. E. - BRAS, R. L. 1998]. 2. Az erózió tényezői Azt, hogy mely területen melyik felszínpusztító erő a legjelentősebb, azt alapvetően az éghajlati viszonyok döntik el. Száraz körülmények között leginkább a szél, pozitív vízháztartású területeken a vízerózió sokkal jelentősebb a többinél. Fontos még a csapadék eloszlása is, hiszen egy szárazabb területen hirtelen lehulló zivatar sokkal több hordalékot képes elszállítani, mintha ugyanazt egyenletesen osztanánk szét (pl. időszakos vízmosások, vádik, badlands ) [LÓCZY D. 2005]. Az állandóan fagyott, de csapadékos területeken pedig a jég fejti ki hatását. A lejtés is befolyásolja a lehordódás módját, meredek hegyoldalak esetén lejtős tömegmozgások uralkodnak (szállítóközeg nélküli pergés, omlás stb. - vagy szállítóközeges tömegmozgások - pl. talajfolyás). A növényzet mérsékli a lejtőszög hatásait, a széleróziót pedig szinte lehetetlenné teszi. Az alapkőzet fajtája ezeket az alapvető folyamatokat igen nagy mértékben tudja módosítani (gondoljunk csak a karsztos vagy löszös területek sajátos pusztulására). Persze ezek a tényezők messze nem függetlenek egymástől, egymásra is nagy hatással vannak. Például az éghajlat nagyban meghatározza a növényzetet, de látunk példát a fordítottjára is (a forró égövi esőerdők nagyfokú párologtatásának csapaddékképző hatása). Emellett a felszínpusztulás is hatással lehet az őt meghatározó tényezőkre, például igen gyakran mérsékli a lejtőszöget, s így csökkenti annak szerepét az erózió folyamatában. Tekintettel arra, hogy kiválasztott területünk a mérsékelt övezetben található, s kialakításában legfőképp a vízerózió játszott szerepet, ezt részletesebben tárgyaljuk. 3. A vízerózió A vízerózió mértékét meghatározó változókat két csoportba lehet sorolni: az egyik csoport meghatározza a víz energiáját (eróziós képesség), a másik csoport pedig a felszín erodálhatóságát befolyásoló tényezőket (erodálhatóság) foglalja magába (1. ábra). A lefolyás lehet felületi vagy koncentrált. A felületi lefolyás általában a lejtő felső szakaszán jellemző, amikor a víznek még kevés a helyzeti energiája, s az egész felszínt egyenletesen lepelként borítja be pár mm vastagságban. Ez a vízlepel lassan, lamináris 12

13 áramlással (az áramvonalak egymással párhuzamosak) mossa a felszínt, ezért nevezik leöblítésnek is [PÉCSI M. 1991]. Eróziós képesség Az erózió folyamata Erodálhatóság az esőcseppek mérete, sebessége, eloszlása, beesési szöge és iránya a csapadék intenzitás, gyakoriság, időtartam lefolyás vízutánpótlás; olvadó hó mennyisége, üteme; a vízlepel mélysége, sebessége; lefolyás gyakorisága, mértéke, időtartama; hordalék mennyisége Csepperózió A szemcsék kimozdítása Lefolyás (felületi vagy koncentrált) Hordalékszállítás lejtőről folyókba talaj vízgazdálkodás, szövet, szerkezet, az aggregátumok stabilitása, beszivárgás, szervesanyag-tartalom növényzet talajborítottság, a növényzet fajtája, szintjei domborzat lejtőszög, lejtőhossz, felszínérdesség, a lefolyás konvergenciája és divergenciája területhasználat szintvonalas szántás, vetésforgó stb. Ezzel szemben ha a víz mozgási energiája elér egy küszöböt, elkezd völgyekbe tömörülni, árkokat hoz létre s az ilyen árkos vagy vonalas (lineáris) erózió már sokkal nagyobb lejtőpusztítást okoz, mert vízfolyások már koncentráltan hatnak, s itt már turbulens (örvénylő) áramlások lépnek fel, amelyek sokkal hatékonyabban ragadják el a felszínen lévő törmelékszemcséket [LÓCZY D. 2005]. 1. ábra: a vízerózió tényezői [LÓCZY D. 2005:21 nyomán] 4. A domborzat kialakulásának modellezése A felszínfejlődés modellezését (landscape evolution modelling LEM) az 1980-as évektől számíthatjuk, ekkortól állnak rendelkezésre azok az számítógépek, amelyek a nagyszámú matematikai művelet elvégzését megkönnyítik. Az modellezés elméleti alapja a következő: számszerűsítjük a különböző eróziós folyamatokat, ezeket belefoglaljuk egy iterációba (ismétlési szerkezet), és véges számú időlépésben ismételjük a felszínen (2. ábra). 13

14 Tehát a kezdeti raszteres állományunkon (2. ábra fenti kép) a ciklus (egy időlépés, timestep alatt) elvégzi a különböző műveleteket, amelyek a felszínpusztulás során létrejönnek. Így létrehoz egy új raszteres állományt, amit újra be lehet tenni a ciklusba [KARSSENBERG, D. 2001]. 5.1 Kiindulási felszín Egy adott terület eróziójának modellbe foglalásához szükségünk van a terület DDM-jére, ez szolgál kiindulási alapként a további transzformációkhoz. Ez az állomány származhat papír alapú térképek (topográfiai térképek, katonai felmérések, földhivatali adatbázisok stb.) digitalizálásából, s ez elég nagy pontosságot biztosít, azonban hosszú és nehézkes feladat, hiszen minden egyes szintvonalat át kell rajzolnunk a területen. Ha megelégszünk kisebb felbontással, akkor főleg nagy terület esetén világhálóra feltöltött SRTM adatbázis jól használható alapfelszínként. 5.2 Lepusztulásfolyamatok Egy lepusztulásmodell tervezése esetén lehetőségünk van a különböző folyamatokat különbözőféleképp figyelembe venni, vagy elhagyni. Korábban említettük, hogy lehetetlen vállalkozás mindent számszerűsíteni, ezért az egyenletekben mindig marad szorzóként egy tapasztalati úton kapott együttható (arányossági tényező). Minél több folyamatot számszerűsítünk, annál kisebb az együtthatók szerepe a modellünkben. Alapesetben egy már működőképes és elég jó becslést adó modellhez a következő folyamatokat és feltételeket szükséges megadni [TUCKER, G. E. - BRAS, R. L. 1998]: az erózióbázis csökkentése; a diffuzív erózió; csapadékeloszlás; Kiindulási felszín iteráció 2. ÁBRA A FELSZÍNFEJLŐDÉS MODELLEZÉSE iteráció 2. ábra: A modellezés szemléltetése egy elméleti felszínen (a szerző szerkesztése) 14

15 lefolyó vízhez köthető erózió; lefolyástalan területek kezelése. Az erózióbázis csökkentése: a modellünk működéséhez fontos, hogy a felszínről lepusztult anyagok lerakódásának bázisa legyen. E nélkül a területünkről nem távozik a hordalék. Ezt úgy lehet áthidalni, hogy a szélső pixeleket minden iteráció során csökkentjük. Ezt lehet értelmezni egyfajta tektonikus emelkedésnek is és általában U-val jelölik (tectonic Uplift). Ez az egész terület eróziójára térben egyenletes hatást gyakorol (vagyis nem függ a terület adottságaitól) [TUCKER, G. E. - BRAS, R. L. 1998]. Ezzel szemben az eróziós folyamatok a felszín paramétereitől függnek (lejtőszög, vízgyűjtő terület). A diffuzív erózió (pl. talajkúszás) egyenes arányban áll a lejtő meredekségével: ER diff = K d * S, ahol S (slope) lejtőszög, K d diffuzív arányossági tényező. A lejtős tömegmozgásokat viszonylag egyszerű bevinni a rendszerbe. Minden körben, egy bizonyos értéktől (amit mi adunk meg), és a lejtőszögtől függően (de lehet a csapadékot, vagy talajviszonyokat is figyelembe venni), minden képpont magasságértékéből elveszünk és ez hozzáadódik a tőle legalacsonyabban fekvő szomszédja értékéhez. Csapadékmennyiség: alapesetben egy meghatározott szám, s ebben az esetben minden pixel egyenlő csapadékot kap. Lehet azonban egy csapadékeloszlás térképet is megadni, ahol minden pixel értéke a reá hulló víz mennyisége. Ez lényegében a vízgyűjtő területeket súlyozza, hiszen például nagyobb csapadék esetén kisebb vízgyűjtő terület is elég azonos bevágódáshoz, lehordáshoz. Lefolyó vízhez köthető erózió a vízgyűjtő területtel és a lejtő meredekségével egy tapasztalatok szerint 0 és 3 közé eső konstans hatványával arányos [TUCKER, G. E. - BRAS, R. L. 1998], s ezt megszorozzuk a korábban említett fluviális együtthatóval: ER fluv = K f * A m * S n, ahol A (area) az adott pont vízgyűjtő területe, K f fluviális arányossági tényező, m, n pozitív konstansok [0 3]. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a modell minden körben a pixellel szomszédos legalacsonyabb képpontra teszi át a pixelünk magasságértékének egy részét. Ez viszont azt jelenti, hogy a együtthatót elég kicsinek kell vennünk, hogy a modellünkben az anyag ne kerüljön át gyorsabban a lentebbi pixelekre, mint ahogy az onnan is távozik. Hiszen így a modellünk építene, s ahonnan elveszi a magasságot (vagy hordalékot), ott egyre mélyebb 15

16 lyukak keletkeznének, amelyek végül elérnék a modell számítási határát (ezt hívják numerical overflow számítási túlfolyásnak). A 3. ábrán jól látható, hogy egy azonos kiindulási területet más-más módon pusztít a diffuzív és a folyóvízi erózió. Ez utóbbi felszabdalja a felszínt, rengeteg kis völgyet hoz létre (bal oldali kép), míg az előbbi szelídebb domborzatot hoz (jobb oldali kép) létre ábra 1 - inkább folyóvízi 2 - inkább diffuzív eróziós folyamatok által pusztított terület (a 2. ábra elméleti felszínéből származtatva) Egy felszínen gyakran vannak kisebb-nagyobb lefolyástalan területek. Célszerű ezeket áthidalni, hiszen ha egy pixel környezetében nincs nála alacsonyabb terület, akkor ott a lefolyás elakad, akármilyen kis mértékű mélyedésről is van szó. Ezeket a lefolyástalan pixeleket ( pit -ek) át lehet ugrani. A PCRaster programban a lefolyásirány állomány készítésénél meg lehet határozni, hogy mekkora pixelcsoportot tekintsen már lefolyástalannak a modell. Egyéb modellbe beépíthető, s annak javítását szolgáló lehetőségek: Területrészek tektonikus süllyedése, emelkedése: ezt úgy oldhatjuk meg, hogy egyes területek (pixelekcsoportok) meghatározott magasságot kapnak minden iterációban. A gyakorlatban a raszterünkhöz egy másikat adunk, ahol minden pixel értéke a ciklusonkénti emelkedés vagy süllyedés. különböző talajok, növényzet; kőzetminőség stb.: Hasonlóan az előzőhöz itt is hozzárendelhetünk egy raszteres állományt valamely változó módosítására. Például a növényzettel a lejtőszöget súlyozhatjuk, hiszen a 16

17 nagyobb növényzet gyökereivel akadályozza a tömegmozgások kialakulását. véletlen értékekkel való szórás: véletlen számokkal szorzás egyrészt megmutatja, hogy a feltételeink mennyire determinálják a későbbi felszínt [TUCKER, G. E. - BRAS, R. L. 1998]. Nyilvánvaló, hogy ha már kis véletlen számokkal való szórás is teljesen más végeredményt hoz ki, akkor az azt mutatja, hogy folyamataink egymástól és a kezdeti feltételektől nagyban függnek (pillangó-hatás). Másrészt a random értékekkel történő differenciálás növeli a terület érdességét, ezért gyorsabb lepusztulást eredményez [TUCKER, G. E. - BRAS, R. L. 1998]. V. ERÓZIÓS FOLYAMATOK KALDERÁKBAN A tűzhányóműködés során kialakult friss formák napjainkban az aktív vulkáni területeken tanulmányozhatók, tekintsük át, melyek azok az elsődleges formák, amelyek az aktív szakaszban egy kaldera képződése során kialakulnak! A kalderaképződés körülményei (robbanás, beszakadás) miatt a kialakulást követően a felszín eléggé kaotikus lehet. Ami mégis fogodzót nyújthat, hogy a vulkáni kúp általában egységes tömbök formájában szakad vagy süllyed be. A különböző tömbök közötti törések már előre jelezhetnek egy völgyhálózatot. A kezdeti szakaszban, közvetlenül a kaldera kialakulása után, amikor az erózió veszi át a kaldera alakítását, általában rendelkezésünkre áll tehát: egy zárt, vízgyűjtőt alkotó, laza felszínű, meredek peremű üst, melynek szélein a peremtől kifelé tartó rétegekben-sávokban különféle vulkáni anyagok találhatók. Ekkor még növényzet híján a lepusztulás igen gyors. Száraz, forró éghajlatú területeken később is ilyen gyér növényzet marad, s itt bár ritkák az esőzések, azok nagy mennyiségű anyagot tudnak elszállítani. Az így kialakult, erősen felszabdalt, mély árkokkal tagolt felszín a badlands. Az amerikai prérin így hívták a járhatatlan, rossz földeket (az elnevezés tehát nem a terület mezőgazdasági haszontalanságára utal) [Lóczy D. 2008]. Nedvesebb körülmények közt az állandó vízhatás, mállás miatt a lejtős tömegmozgások formálják a felszínt. A 3. ábra jól mutatja, hogy ez jóval simább, lekerekített morfológiát eredményez. Hóval borított, állandóan fagyos területeken, mint a sarkkörön túli vagy magashegységi területeken (gondoljunk csak a Kilimanjaro és a Fuji egész évben fagyott 17

18 kráterére) általában a mozgó jég alakítja a felszínt. Itt a jégár-, és kárformák (hógyűjtők, gleccservölgyek stb.) a kaldera peremét és a kúp oldalán lefutó kisebb gerinceket kicsipkézik, kiélezik. Szándékosan maradt a végére a mérsékelt övi éghajlat, hiszen mintaterületünk mérsékelt övezetben található, magassága miatt bő csapadékban részesül, így a felszínalakítás igen nagy része víznek, s ezen belül is leginkább a vonalas eróziónak, kisebb része pedig a tömegmozgásoknak köszönhető. Az évszakok váltakozása miatt, illetve a közepes hőmérsékleti és csapadék viszonyok miatt itt kisebb-nagyobb mértékben mindegyik folyamat hozzájárulhat a lepusztuláshoz [KARÁTSON D. 1993]. A kaldera lepusztulása közben a többé-kevésbé mindenütt (az állandóan fagyott területeken kívül) jelenlévő folyóvízi erózió jellegzetes vízhálózatot hoz létre. A kaldera belsejének zárt vízgyűjtőjében ágas (dendrikus), ellenben a kúp külsején sugaras (radiális) vízhálózat alakul ki hátravágódással, völgymélyítéssel. Ezek az általában felső szakaszjellegű, gyakran mély (szurdok-)völgyek a legfontosabb külső ismertetőjegyei a kalderáknak. Általában a kezdeti kúp külső palástján a lávafolyások közt lévő kisebb völgyek mélyülnek tovább, és az eredeti felszínről átöröklődve, gyakran még az eredeti felépítő kőzetek lehordódása után is megtartják az eredeti völgyhálózatot [SZÉKELY A. 1997]. A növényzet megjelenésével a lepusztulás üteme lassul, és a szél szerepe teljesen lecsökken a minimumra. Lepusztulás szerint SZÉKELY András [1997] osztályozta a vulkáni kúpokat. Ez alkalmazható a kalderákra is, mint ahogy néhányszor ő maga is használja, de nem fejti ki. Eszerint: az ép kaldera szinte vagy teljesen sértetlen; a csorba peremét egy patak hátravágódása, vagy egyéb folyamat már keresztülvágta; rom-, amikor a perem nagyobb része még megvan; roncs-, ha a kaldera széle már nagyrészt lepusztult; míg a maradékkaldera eredeti felszíni formái már csak néhol ismerhetők fel; s végül a csonk- elsődleges szerkezete már nem látszik, a felszínformára csak következtetni lehet (pl. vízhálózat, kürtőkitöltés, magmakamra kihantolt kőzetei alapján). Leginkább a kor függvénye, hogy melyik kaldera melyik állapotban van, de árnyalja a képet, hogy bár az időben épebbé válás ritka, azért előfordulhat, hogy tektonikus kiemelkedés vagy 18

19 egyéb folyamat hatására ismét határozottabbá, élesebbé válnak a völgyek és a gerincek [NEMERKÉNYI A. 1987]. 1. A Börzsöny VI. A MINTATERÜLET: A MAGAS-BÖRZSÖNY 1.1 Földrajzi elhatárolás A Börzsöny az Északnyugati-Kárpátok egyik legdélebbi tagja, határai teljesen egyértelműek, hiszen egységesen emelkedik ki a környezetéből; az ország harmadik legmagasabb (938 m), ám kis területű hegysége. Keletről és északról a Nógrádi-medence, délről a Duna határolja, nyugati oldalán a Nógrádi-medencéből a Dunába igyekvő Ipoly völgye övezi [KARÁTSON 2002a]. A vizsgált terület a hegység központ része, a Magas-Börzsöny legfiatalabb és így legkevésbé lepusztult, magas, csorba kalderája (4. ábra). Ez a világviszonylatban is jelentős méretű, és igen látványos természeti képződmény teljes egészében a Duna-Ipoly Nemzeti Park része. 4. ábra: A kaldera látképe nyugat felől (a Holló-Kőről), a szerző fotója 1.2 Tűzhányóműködés a Kárpátokban A Kárpátok szinte teljes hosszán végigvonuló vulkáni működés hozta létre a nyugatról kelet felé sorjázó tűzhányók ívét, s így a Börzsönyt is. Ez az aktivitás egy, az európai lemezdarab alá északról alábukó, óceáni vagy elvékonyodott szárazföldi lemez vándorlásához köthető, az alpi hegységképződés bonyolult lemezmozgásainak záróakkordjaként. A vulkánosság a Börzsöny és a Polyána (Poiana) kitöréseivel indult körülbelül 16 millió éve [BALLA Z. et al. 1981; KORPÁS, L. LANG, B. 1993], egy párhuzamos vonulatként, s egészen a holocénig tartott a keleti-kárpáti Csomád működéséig. Megfigyelhető a tendencia, hogy 19

20 kelet felé egyre kisebb erejű vulkánok képződtek, egyre keskenyebb sávban, s a Keleti- Kárpátokban már csak egy vonulat van [SZAKÁCS S. KARÁTSON D. 2002]. 1.3 A Börzsöny kialakulása A Kárpátok vulkáni sorának egyik legidősebb, nyugati bástyájaként, gyorsan feltöltődő sekély szigettengeri környezetben keletkezett. A Börzsönyben nagyjából 16 millió éve kezdődött vulkánosság a szubdukcióra jellemző andezites-riolitos, dácitos nagy viszkozitású lávák jellegzetes formáit hozta létre. Ez három igen aktív szakaszban és körülbelül 2 millió éven át zajlott [PÉCSKAY, Z. et al. 2004; 2006]. Ennek megfelelően három különböző, működésében egymást követő nagy kitörési centrumot, valamint 11 kisebb mellék-krátert sikerült elkülöníteni [CSILLAGNÉ TEPLÁNSZKY E. KORPÁS L. 1982]. vulkáni takaró feküje gravitációs mérések szerint kristályos alapegység és nagyjából a világtenger szintjén (0 m körül) található meg [Balla Z. 1977], tehát térképi magasság körülbelül azt is megmutatja, hogy a fedő kőzet az adott területen milyen vastag. Eszerint a legmagasabb részeken ma körülbelül ezer méter körüli lehet (938 m, Csóványos). Az első szakaszban heves lávadómműködés jellemzi az aktivitást. A lávadómok úgy jönnek létre, hogy a feláramló magma épphogy eléri a felszínt, s szinte azonnal megszilárdul. Meredek oldalú lávafolyások keletkeznek, és a gyakori dugóképződés a kürtőben hatalmas robbanásokkal jár. Ez azt jelenti, hogy a lávafolyások igen gyakoriak, míg a tufaszórás ritka (a Börzsönyben egyébként is igen ritka a tufa, ezért szigorú értelemben nem is tekinthetjük rétegvulkánnak) [KARÁTSON D. 2002a]. A második aktív fázis idején vált a környező terület is szárazulattá [PANTÓ GY. 1970]. 2. A Magas-Börzsönyi tűzhányótevékenység A vulkán utolsó működése 14,5 millió évvel ezelőtt [BALOGH, K. PÉCSKAY, Z. 2001], a mai Magas-Börzsöny területén indult. Még mielőtt a harmadik lávadóm tevékenység megkezdődött, ezen részen már volt egy nagy magmafeláramlás, amely azonban nem érte el a felszínt. Ezt onnan tudjuk, hogy a kaldera fenékszintje mára annyira lepusztult, hogy ez a korábbi nagy, felszínközelben megszilárdult lávatömeg kihantolódott, jellegzetes, a környező kőzetbe behatolt sugárirányú lávatelérjeivel együtt ma a kaldera alján található. Ez a 0,5-1,5 km átmérőjű kürtőkitöltés, illetve a néhányszor 10 m vastag andezittelérek még a feltételezett beomlás előtt keletkeztek. [SZÉKELY A. 1997] (5. ábra). Végül egy magmafeláramlás elérte a felszínt s megkezdődött a Börzsöny utolsó lávadóm működése. A 20

21 5. ábra: A Magas-Börzsöny vázlatos földtani felépítése és földtani értékei KARÁTSON D. NÉMETH K után a szerző saját szerkesztése 21

22 Az egymást követő kitörések, láva- s piroklasztárak váltakozásával alakult ki a mai kaldera helyén egy m magas kúp, amely palástjából a csúcsrégió teljesen lepusztult, viszont az eredeti szerkezete tanulmányozható a kaldera peremén gyakran kibukkanó, meredek, sokszor függőleges sziklákon, (6. ábra); [KARÁTSON D. 2002a] Itt zavartalanul figyelhető meg az eredeti folyásirány mentén pados elválású lávakőzetek váltakozása (7. ábra). Ezen rétegek mért dőlésének átlagából kiszámolható az egykori tűzhányó magassága. Eredetileg m magasan lehetett az egykori kráter [BALLA Z. 1978, KARÁTSON D. 1997]. A kúp oldalán lávaárak váltogatták egymást, s domborzati inverzióval a korábbi völgyek minden egyes lávakiömlésnél dombokká változtak és viszont. A későbbiekben a kialakuló vízhálózat átöröklődött az utolsó működés völgyeire [SZÉKELY A. 1987]. 3. Kalderaképződés A kaldera mérete nagyobb, mint kora alapján várnánk. Ennek több magyarázata is létezik. Az egyik szerint eredetileg valamennyi, a korábbi tengerelöntés üledékéből származó mészkő is lehetett a felszínen [CSILLAGNÉ TEPLÁNSZKY E. KORPÁS L. 1982], amit áttörve a láva illóanyag tartalma olyannyira megnőtt, hogy a robbanások kivételes nagyságúak voltak, a magmakamrák teljesen ki tudtak ürülni, így fölöttük sorban beomlott a vulkán lejtője [SZÉKELY A. 1997]. Egy másik magyarázat szerint több kitörési centrum létezett, és a későbbiekben több kráter hátráló pereme olvadt össze egy kalderává. Ez megmagyarázza a kaldera kissé elnyújtott formáját [KARÁTSON D. NÉMETH K. 2001]. Véleményem szerint könnyen lehet, hogy mindkét magyarázat helytálló, így több 6. ábra: A kaldera pereme néhol ennyire éles (Szabó kövek). Háttérben a Csóványos kilátótornya. A szerző fotója. 22

23 kráter volt, de egybenyílásuk robbanás által, az esetleges közös magmakamra hirtelen kiürülése miatt következett be. 4. A kaldera lepusztulása, eróziós formakincse Az utolsó szakaszban létrejött, s a hegység legmagasabb hegycsúcsaiból álló kaldera teljesen felismerhető peremével és meredek belső falaival [BALLA Z. 1977] a legmegragadóbb természeti képződménye a Börzsönynek (8. ábra). A tűzhányó kialvása óta eltelt körülbelül 14 millió év alatt (K/Ar radiometrikus koradatok alapján [BALLA Z. CSONGRÁDI J. HAVAS L. KORPÁS L. 1981; PÉCSKAY, Z. et al. 2004; 2006]) az eredeti kaldera lepusztulása igen előrehaladt. A lehordódás sok fajtája közt legfőképp a vízerózió érvényesült, és létrehozta a felszín ma is látható eróziós formavilágát. 7. ábra: andezit lávapadok rétegfejeinek kibukkanása tanúskodik az egykori vulkán oldalán lefolyó lávarétegek dőléséről. A szerző fotója. 8. ábra: a kaldera meredek nyugati falának látképe a Szabó-kövek irányából. A szerző fotója. 23

24 A kaldera vízrajza Ahhoz, hogy megérthessük a terület erózióját, mindenképp megkell tehát vizsgálnunk a vízrajzát, hiszen a vízhálózat olyan biztonsággal mutatja a terület múltját, hogy szinte elmeséli a táj történetét. Mára olyannyira előrehaladt az erózió, hogy a kaldera belsejéből és a kúp alsó részein szinte teljesen lepusztította a legutolsó vulkáni működés kőzeteit, sőt már az alatta lévő idősebb, korábbi működésből származó kőzetekbe is bevágta magát a víz (5. ábra, 21. o.), mégis a vízhálózat még mindig híven követi a réges-rég kihunyt tűzhányó egykori völgyezetét [SZÉKELY A. 1997]. Az eredeti, s legfiatalabb vulkáni kőzetek tehát már csak foghíjas gyűrűt formázva maradtak meg, hiszen a csúcsi régiót ugyanúgy, mint a kúp alsó részét, a vízfolyások már elhordták. Az eredeti vulkáni kúp felszínéből eredően a vízhálózat a kaldera peremén kívül sugaras, az egykori nagy lávafolyások kifelé tartó völgyeit továbbmélyítve radiális (küllős-) vízhálózat öröklődött át és a bevágódás miatt rendkívül kihangsúlyozódtak ezek az eredeti völgyek. Emiatt a hegyhátak ma már hatalmas sugárirányú gerincekként hagyják el a kaldera peremét [BALLA Z. 1977]. Ezzel szemben belül az egykori kráter egyetlen nagy vízgyűjtőt képez, amely jellegzetes, ágasan összetartó (dendrikus) rajzolata most is árulkodik arról, hogy a 9. ábra: a kaldera vízhálózata, forrásai magasságszínezett SRTM domborzattal. A szerző szerkesztése. földtörténeti közelmúltban még vad vulkáni tevékenység zajlott ezen a manapság oly nyugodt, s hatalmas erdőkkel borított tájon [BALLA Z. 1978]. 24

25 Feltűnő, hogy a kaldera délnyugati része hiányos, egyenetlen felszínű, lealacsonyodott térszín (10. ábra), s a külső oldal vízhálózata itt nem sugaras, mint másutt, hanem kifejezetten zavart [CZAKÓ T. NAGY B. 1976] KARÁTSON Dávid [2002a] frappáns elmélete szerint a híres nagybörzsönyi aranybányászat ércteléreit is létrehozó hidrotermális utóvulkáni működés valószínűleg kőzetbontással járt, ami meggyengítette alulról a tűzhányó 10. ábra: a kaldera látképe a Csóványosról. Jól látszik a lealacsonyodott egész délnyugati délnyugati perem, illetve az ágas vízhálózat. A szerző fotója. oldalát, s a meleg víz hatására mállott kőzetek megfelelő csúszópályát biztosítottak egy hatalmas hegyomlásnak. Alátámasztja az elméletet, hogy jóval délebbre megfelelés van a kőzetek közt (5. ábra, 21. o.), mintha egy tömbben indult volna meg a kúp oldala, s az eredeti vulkáni rétegek még mindig őrzik magas-börzsönyi eredetüket. Az erózió azonban nagy pusztítást végzett, s a kalderaperem egykori helyén már a korábbi aktív szakasz andezitjét találjuk. Egyébként ekkor a vízhálózat is minden bizonnyal erre nyert kivezetést. Innen mindenképpen a Dunába kerül a víz, akár kifelé, akár befelé, a kalderába nyer levezetést a csapadék. Ez a délnyugati oldalon közvetlenül a Dunába, a többi irányban pedig az Ipolyon keresztül történik ( ábrák). 11. ábra: A kaldera északnyugati része a Csóványosról, jobboldalt a Magosfa. A szerző fotója 25

26 A Kárpátok fiatal tűzhányóívének tagjaira jellemző, hogy forrásokban bővelkednek, s ezek zöme a magasabb, csapadékosabb területeken fakad. Ez különösen igaz a Börzsönyre, hiszen a legnyugatabbra lévő ilyen hegységként igen magas évi csapadékot is kaphat, ami átlagosan 800 mm a központi részeken (előfordult már 1000 mm fölötti érték, bár napjainkra az ország más területeihez hasonlóan itt is csökkent az éves csapadék). 6 Külön ki kell emelni, hogy a növények általi párologtatás (akár a csapadék 60%-át meghaladóan) nagy, még a csapadék mennyiségét is jelentősen képes befolyásolni. 7 A felszín alatti vizek jelentősége és kutatásuk lehetősége igen mérsékelt, hiszen talajvíz nincs a területen, illetve nem karsztos terület révén kicsi a beszivárgás a mélyebb rétegekbe, ráadásul a talaj alatt hamar a vulkáni kőzetek mállásából származó, vagy szálban álló vízzáró rétegek következnek. A hegység 350 forrásának többsége a magasabb területeken van, (9. ábra, 24. o.) sőt több mint 40 állandóan működő forrás fakad 600 m felett [TORMA I. 2008]. A források minőségi szempontból sérülékenyek, hiszen rövid utat tesznek meg csak a felszín alatt, ezért könnyen beszennyeződhetnek. Szerencsére az ember hatása nem jelentős a területen, ezért vizük még jó [Torma I. 2008]. A patakok vízhozama szeszélyesen változik az év során, a felszín alatti vizek tárolóhatása hiányzik, s hosszan tartó esőzésekkor illetve hóolvadáskor rendkívül bővizűek, néha azonban a kisebb csermelyek ki is száradhatnak [LÁNG SÁNDOR 1954]. Az eróziónál tárgyaltak szerint, ez a nagy változékonyság minden bizonnyal még jobban segítette a völgyek mélyülését, hátravágódását. Így alakulhattak ki a mai méteres relatív szintkülönbségeket is produkáló kaldera meredek, ritkán akár függőleges falai (5.-6. ábra) [SZÉKELY A. 1983, 1997; KARÁTSON D. 2002a]. A mai kiszélesedett kaldera perem eróziós hátrálással alakult ki, míg a medence alsó részébe a vízfolyások mélyítettek völgyeket, illetve kisebb hordalékkúpokat hoztak létre. A víz felszíni munkájának köszönhetjük a hegység különleges szépségű kipreparálódott lávapados elválású piroklasztikum szikláit (Szabó-kövek, Oltár-kő, Korona-kő) (12. ábra). Az összesült kőzetdarabokból álló sziklák (13. ábra) körül a kevésbé ellenáló, lap mentén elváló üde andezit gyorsabbanan pusztult. 6 Magyarország 1: méretarányú agrotopográfiai térképe alapján. 7 Az Ipoly Erdő Zrt. honlapja szerint (2008. November 16.-ai állapot) a0ba6bb9dc3 26