2. Agyagásványok képződése üledékes környezetben

Átírás

1 39 2. Agyagásványok képződése üledékes környezetben

2 40 Agyagásványok képződése a mállás során, talajok agyagásványai Éghajlati mállási övek Trópusi, őserdők (laterites talajok): kaolinit, Fe-, Al-hidroxidok (szmektit), Trópusi, szavanna (vörös és sárga földek): szmektit, illit, szubtrópusi, mindig száraz, sivatagok: nincs mállás, talajban régebbi korokból örökölt agyagásványok. Mg-dús sós tavakban paligorszkit, (=attapulgit), szmektit, szubtrópusi, száraz nyár, esős tél, keménylombú erdők (mediterrán vörös talaj = terra rossa): gyenge mállás, főként örökölt agyagásvány-együttesek, illit, szmektit, mérsékelt, száraz, sztyep, préri (mezőségi talaj = csernozjom): illit, szmektit, mérsékelt, nedves, lombos erdők (barna erdei talaj): illit, szmektit, (kaolinit), mérsékelt, hideg, nedves, fenyőerdők (podzol talaj): kaolinit, illit, szmektit, kovasav, sarkvidék (tundra talaj): nincs vagy csekély mállás (vermikulit, agyagban lehet sok mállékony ásvány, pl. földpát, piroxén, biotit). (Beosztás: Láng 1981 nyomán) 34. ábra. A talajképződés jellegének, intenzitásának és a talaj jellemző ásványainak változása éghajlati övek szerint, tektonikailag nyugodt területen, Sztrahov (1960) nyomán. Jelmagyarázat: 1: üde kőzet, 2: kis mértékben mállott kőzet, 3: illites-montmorillonitos öv, 4: kaolinites öv, 5: goethites és allitos öv, 6: kemény, Al-ban és Fe-ban dús kéreg (Balogh 1991)

3 ábra. A Köppen-féle éghajlati övek (zárójelben az éghajlat jele) és az uralkodó agyagásványok a talajban az Atlanti-óceánt határoló szárazföldeken (Bakker, Levelt 1964). Jelmagyarázat: Éghajlati övek: 1: állandóan nedves őserdő (Aj), 2: időnként száraz szavanna (Aw vagy As), 3: sztyep (BS), 4: sivatag (BW), 5: meleg mérsékelt, nyári szárazság (Cs), 6: meleg mérsékelt, téli szárazság (Cw), 7: meleg mérsékelt, nedves (Cf), 8: boreális, hideg és nedves telű (Df), 9: tundra (ET), 10: Örök fagy (EF). Tengeráramlatok: 11: meleg, 12: hideg. Agyagásványok: K, k: kaolinit, I, i: illit, M, m: montmorillonit, A, a: paligorszkit (=attapulgit), V, v: vermikulit. Nagybetűk: sok, kisbetűk: kevés

4 42 Trópusi, szubtrópusi éghajlat: laterites szelvények Általános szelvény: Kilúgozott talaj: kaolinit, páncél (=vaskéreg): goethit, gibbsit, mállott kőzet (=szaprolit): szmektit (pl. paleotalaj-szelvény egy egykori atlanti-óceáni bazaltszigetről). Csapadékmennyiség hatása: kevés csapadék: montmorillonit, közepes: kaolinit, sok: gibbsit, diaszpor, böhmit, goethit. Térszíni helyzet hatása a bauxit összetételére: Kiemelt karsztos (vadózus) felszínen helyben képződött, oxidált bauxit (Fe 3+ ). Völgytalpon (freatikus környezetben) áthalmozott, redukált bauxit (Fe 2+ ). Térszíni helyzet hatása a talaj összetételére: dombok tetején, kitett helyeken nagyobb átmosás: több kaolinit, bauxit. Völgyben: több szmektit (pl. paleotalaj Szardínián). Üledékes Ni-telepek: ultrabázisos kőzetek laterites mállásából. Pl. Glavica, Szerbia, kréta. Alul: Ni-nontronit, talk-szerű Ni-tartalmú agyagásványok (pimelit, Ni-kerolit). Fent kaolinit, halloysit, goethit. Kovásodás: opál-ct, néha féldrágakövek is (Ni-tartalmú krizoprász, Cr-tartalmú prazopál). kaolinit Fe-O-OH-, Al-O-OHásványok (hematit, goethit, gibbsit stb.) (szmektit) 36. ábra. Átlagos trópusi laterittakaró idealizált szelvénye Aleva (1981) és Gidigasu (1976) nyomán (Balogh 1992). Az ábra jobboldalán az egyes zónák jellemző ásványai vannak felírva

5 43 Kőzettani szelvény: fekete homokos agyagkő vörös agyag váltakozó vörös és halvány narancsszínű agyag vörös agyag mállott bazalt-törmelékkel mállott bazalttörmelék bazalt 37. ábra. Tenger alatti mélyfúrással feltárt alsó-harmadidőszaki laterites talajszelvény bazalt felszínén. Egykori sziget az Atlanti-óceánban a Feröer-szigetek környékén, DSDP, Site 336 (Nilsen és Kerr 1978 nyomán, Singer 1980). Balra: mélység-adatok a tengerfenéktől számítva és rajzolt szelvény, középen: az ásványok mennyiségi megoszlása, jobbra: kőzettani szelvény. Jellemző a szelvény felső részén a kaolinit és a Fe-oxi-hidroxidok mellett a TiO2 (anatáz) megjelenése is

6 ábra. A bazalt mállástermékei az évi csapadékmennyiség függvényében, Hawaii szigetén (Sherman nyomán, Balogh 1991) 39. ábra. A bauxit összetételének függése a karsztmorfológiától és a karsztvízszinthez viszonyított helyzettől. Kiemelt térszínen: oxidált Fe-ásványok: hematit, goethit, Al-ásvány: gibbsit, böhmit. Völgytalpon: részben oxidált és részben redukált Fe-ásványok: goethit, sziderit, pirit, Al-ásvány: böhmit, diaszpor (Mindszenty 1999)

7 ábra. A domborzat hatása bazalton kialakult talajszelvény ásványos összetételére (Szardínia, Olaszország). Uralkodó agyagásvány: kaolinit/szmektit kevert szerkezet. Fent az 1. szelvényben (profile 1, A szint) a kaolinit:szmektit arány a kevert szerkezetben kb. 70:30 %, alul a 3. szelvényben (profile 3, Ap és Bss szint) kb. 30:70 %. Kevés tiszta kaolinit is van mindkét helyen. A röntgenfelvételek Co-sugárzással készültek, a d-értékek nm-ben vannak megadva, <0,1 μm frakció, Ca-val, etilén-glikollal kezelt minták (Righi et al. 1999)

8 ábra. Ultrabázisos kőzet laterites mállásával keletkezett Ni-telep szelvénye (Glavica, Szerbia). Az alsó, szmektit-zónát Ni-tartalmú nontronit képviseli, itt talk-szerű Ni-tartalmú agyagásványok (pimelit, Ni-kerolit) is megjelennek. A felső, goethites zónában a fő agyagásvány a kaolinit és halloysit. Az agyagásványos elváltozás terméke a kovásodás, opál- CT, kvarc, krizoprász (Ni-tartalmú kalcedonváltozat) és prazopál (Cr-tartalmú opál-változat) formájában (Maksimović et al. 1994) Sivatagi éghajlat: sós tavak üledékei Tavi üledékek száraz éghajlaton: édesvízi mészkő, dolomit. A parti talajban nedves időszakban oldódás, száraz időszakban a víz felfelé áramlik. A talajvíz elpárolgásával mészkéreg, dolomitkéreg, paligorszkit válik ki a talajban. Pl. Provencei-medencében, felső-kréta, dániai emelet. Hasonló: Eyre-tó medencéje, Ausztrália. K-afrikai sós tavakban Na-szilikátok, szmektit, pl. Magadi-tó, Turkana (Rudolf)-tó (Kenya).

9 47 Jura/kréta tengeri mészkő Folyóhálózat Tavi/mocsári mészkő Mészkéreg Törmelékkúp Dolomitkéreg Paligorszkit kiválás 42. ábra. Sivatagi tó rekonstruált ősföldrajzi vázlata. Provencei-medence (Franciaország), felső-kréta dániai emelet. A: alacsony vízállásnál, B: magas vízállásnál (Colson et al. 1998) TÓ ÁRTÉR IDŐSZAKOS TÓ ÁRTÉR PÁROL- BESZIVÁRGÁS OLDÁS PÁROLGÁS PÁROLGÁS TÖRMELÉK- GÁS nedves száraz évszak BESZÁLLÍTÁS Paligorszkit előfordulás 43. ábra. A fenti ősföldrajzi vázlat szelvényben ábrázolva, alacsony vízállás esetén. A: a kőzetfáciesek elhelyezkedése. B: geokémiai folyamatok (Colson et al. 1998). A paligorszkit a parti övben a talajvízszint alatt, Az ártéren a talajvízszint fölött a talajban keletkezik

10 48 Szubtrópusi száraz nyarú, nedves telű éghajlat: Mediterrán vörös talaj (terra rossa) Általában száraz, gyér növényzetű, karsztos mészkő-felszíneken. Legtöbbször átörökölt agyagásvány-együttes, amely régebben, a maitól különböző éghajlaton alakult ki, mert most gyenge a mállás. Anyakőzete sokszor szél által odafújt por, vagy vulkáni tufa. Fő agyagásványai: illit, szmektit. Pl. Dinaridák, Villányi-hegység. 0,00 1,00 Sekélytavi üledékek 0,25 0,75 Száraz füves puszta (sztyep), erdős sztyep S + V 0, , , , , ,00 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 K+G I + Cl Szavanna és esőerdők határa 44. ábra. Az agyagásványok mennyiségi viszonyai a Villányi-hegység mészkőfelszínén kialakult vörös agyagok <2 μm frakciójában. A meleg, nedves környezetben, a szavanna és esőerdők határán képződött (középső-pliocén) vörös agyagokra a kaolinit+gibbsit, a száraz füves puszta (sztyep), erdős sztyep környezetben képződött (felső-pliocén alsó-pleisztocén) vörös agyagokra a szmektit+illit együttes jellemző. (A diagramon szereplő egyéb üledékek főleg felső-pannóniai sekély-tavi agyagok.) Jelmagyarázat: S+V: szmektit+vermikulit, I+Cl: illit+klorit, K+G: kaolinit+gibbsit (Dezső et al. 2007) Mérsékelt éghajlat, sztyep és lombos erdők öve: Magyarország talajainak agyagásványai Löszön képződött csernozjom (Alföld): illit, i/s (meszes bevonat, legfelül: több illit, kevesebb szmektit, oka: talajtani illitesedés nedvesedési-kiszáradási ciklusok és K- műtrágyázás hatására), löszön képződött barna erdei talaj (Zalai-dombság): illit, szmektit (mész-kioldás, legfelül: több illit, kevesebb szmektit, oka: agyag-bemosódás), ártéri humuszos glej (Körös völgye) : szmektit, szikes talajok (Hortobágy, Dévaványa): szmektit, amorf kovasav, futóhomok: kevés agyag, vulkáni hegységek felszínén: csak szmektit.

11 49,Ch, Ch, Ch,Ch 45. ábra. Agyagásvány-társulások Magyarország talajaiban. Jelmagyarázat: I: illit, K: kaolinit, S: szmektit, V: vermikulit, Ch: klorit. Az agyag mennyisége alapján: a/: kevés agyag, b/: közepes agyag, c/: sok agyag (Stefanovits, Dombóváriné 1985)

12 50 Ch I Ch S Ch I Ch S Ch I Ch S 46. ábra. Agyag-frakcióról készült röntgen-diffrakciós felvételek. Alföldi löszön kialakult csernozjom talaj Ap, A13 és C1 szintjei. Jelmagyarázat: a: kezeletlen, Mg-val telített, b: Mgmal telített, etilén-glikollal kezelt, c: K-val telített minta. S: szmektit, Ch: klorit, I: illit. A b görbéken jól látható, hogy a szmektit tartalom a szelvényben alulról felfelé csökken talajtani illitesedés hatására (Varjú, Stefanovits 1979) I Ch S I Ch S Ch I Ch S Ch Ch 47. ábra. Agyag-frakcióról készült röntgen-diffrakciós felvételek. Dunántúli löszön kialakult barna erdei talaj Ap, A13 és C1 szintjei. Jelmagyarázat: lásd 44. ábra. A b görbéken jól látható, hogy a szmektit tartalom a szelvényben felülről lefelé nő agyagbemosódás hatására (Varjú, Stefanovits 1979)

13 51 Ch I S Ch Ch I S Ch 48. ábra. Agyag-frakcióról készült röntgen-diffrakciós felvételek. Holocén ártéri üledéken kialakult humuszos glej A12 szintje két szelvényből. Jelmagyarázat: a: Mg-val, b: K-val telített, c: etilén-glikollal kezelt, d: 335 C-on, e: 550 C-on hevített minta. Ásványok: lásd 44. ábra. A c görbéken jól látható, hogy a szmektit tartalom nagy (Varjú, Stefanovits 1979) S S I Ch Ch I S Ch I 49. ábra. Agyag-frakcióról készült röntgen-diffrakciós felvételek. Szikes talaj B1, B2 és C szintje (Karcag). Jelmagyarázat: a: Mg-val, b: etilén-glikollal kezelt, c: 300 C-on, d: 550 C-on hevített minta. Ásványok: lásd 44. ábra. A d-értékek Å-ben vannak megadva. A b görbéken jól látható, hogy a szmektit tartalom a szelvényben alulról felfelé csökken talajtani illitesedés hatására (Kapoor et al. 1986)

14 52 Hideg éghajlat. Periglaciális talajok, lösz Periglaciális talajok Kismértékű mállás, az anyakőzet bomlékonyabb összetevői is megmaradhatnak. Pl.: King George-sziget, Ny-Antarktisz (Nagy B. et al. 2005). Poligonális szerkezetű talaj. Ásványok: A bazaltos alapkőzetből megmaradtak a talajban: plagioklász, piroxén, magnetit, zeolitok (klinoptilolit, analcim, laumontit). <2 μm: újonnan képződött duzzadó agyagásványok: dioktaéderes vermikulit, szmektit. A szmektit kis rétegtöltésű (üvegből, földpátból keletkezett) és részben klorit-szerű (rétegközi fém-hidroxid betelepülések). Lösz A kőzetliszt szemcseméretű, szélfújta port növényzet, főleg fű köti meg. Általában hideg, periglaciális éghajlat. Ásványai: törmelékes ásványok, mennyiségük a lehordási területtől függ: illit, klorit, (szmektit, kaolinit), kvarc, káliföldpát, plagioklász, kalcit, dolomit. Enyhébb időszakokban a löszfelszínen talajképződés: földpátok, illit bomlanak, keletkezik szmektit, kis mértékben kaolinit. Kalcit, dolomit feloldódik, kalcit újra kiválik. 50. ábra. Lösz röntgen-diffrakciós felvétele. Jelmagyarázat: I: illit, Ch: klorit, Q: kvarc, Fp: földpát (káliföldpát, plagioklász), C: kalcit, D: dolomit. Dunaszekcső (Hum, Fényes 1995, Hum 2000)

15 ábra. Az ásványos összetétel változása a beremendi lösz-szelvényben (Raucsik et al. 2010). Jelmagyarázat: L1-L5: lösz, S1-S4: paleotalaj-szintek (sötétebb szürke: barna erdei talaj, világosabb szürke: erdős sztyep, csernozjom barna erdei talaj átmenet), a talajrétegek alatt a löszben a talajosodás következtében kialakult mészkonkréció-szintek (sok kalcit). A kvarc közel állandó. A <2 μm frakcióban: talajrétegekben az illit csökken, a szmektit nő. A viszonylag sok kaolinit és szmektit itt helyi jellegzetesség, de általában nem jellemző a löszre

16 54 Folyóvízi üledékek Általában a lehordási terület mállási viszonyait és domborzatát tükrözik. (Pl. Nílus, Po, Niger: lásd sekélytengeri üledékeknél.) Pl.: A Duna és felvidéki mellékfolyói hordaléka: Illit > kaolinit, 14Å-ásványok. A 14Å-ásványok: vulkáni területről jövő folyókban: főleg szmektit, máshol: klorit. Ch Ch Ch Ch Ch Ch ChS S S S 52. ábra. Összefüggés a Duna és a felvidéki folyók hordalékában található agyagásványok és a lehordási terület földtani felépítése között. Az ábra a 14 Å-ös ásványokat (szmektit, klorit) mutatja a ponttal jelzett mintavételi helyen. Ezen kívül mindig van sok illit és lehet kevés kaolinit. Jelmagyarázat: S: szmektit, Ch: klorit. Földtani felépítés: 1: főleg szilikátos összetételű neogén üledékek, savanyú mélységi és metamorf kőzetek, 2: főleg szilikátos összetételű paleogén üledékek, flis, kevés mészkő is, 3: andezit, dácit, riolit és ezek piroklasztitjai, 4: kárpáti típusú kréta, jura és triász márga, mészkő, dolomit, törmelékes kőzetek (Konta 1993)

17 ábra. A Duna mederüledékének röntgendiffrakciós felvétele. Mintavétel Pozsonynál, <4 μm frakció. Jelmagyarázat: GL: etilén-glikollal kezelt, +K +, +H2O: K + -val és vízzel telített minta, K: kaolinit, Ch: klorit, Mi: muszkovit-illit, Sm: szmektit. A d-értékek Å-ben vannak megadva (Konta 1993) Tavi és mocsári üledékek Balaton Törmelékes agyagásvány- és karbonátásvány-együttes, kb. mint a Dunában. Karbonátkiválás: Mg-kalcit, protodolomit. Krátertavak üledékei Felső-pannóniai bazalt vulkánok maar-típusú kráterében kis tavak voltak, ezekben tápanyagban dús víz, gazdag élővilág, algák. A bazalt-tufából bentonit keletkezett. Bazaltbentonit agyagásványa: Fe-beidellit (Juhász 1989), mennyisége % is lehet. Egyéb különleges biogén üledékek: alginit (20-30 % alga-eredetű szerves anyag), dolomit-szideritmárga, kovaföld, opalit. Bakonyban: Pula, Kisalföldön: Gérce, Egyházaskesző, Várkesző. Nógrádi bazaltvidéken: Pinc (Pinciná, Szlovákia). Kőszénláp üledékei Pl.: A Borsodi-medence alsó-miocén kőszéntelepei: Fekü: Gyulakeszi Riolittufa (karbonát nincs!). Ennek kaolinosan mállott felszínéről való az üledékanyag: szmektit (bentonit), kaolinit/szmektit kevert szerkezet, rendezetlen kaolinit, kovásodás. Kaolinosodást elősegítik a mocsári humuszsavak (savanyú ph). Széntelepekben: Néhány egyidejű tufaszórásból származó bentonit-réteg is. Fedő: normál tengeri, terrigén törmelékes, illit, illit/szmektit, klorit, kaolinit, karbonátok.

18 ábra. Az egyházaskeszői és várkeszői iker bazaltkráterek szelvénye (Kisalföld). Jelmagyarázat: 1: talaj, 2: bentonit, 3: alginit, 4: bazalt, 5: bazalt-tufa, 6: bazalt-tufit, 7: törésvonal (Solti 1988) 55. ábra. Az Ekb.-20. fúrásban feltárt bazalt-bentonit összlet mintáinak szmektit (Fe-beidellit) és illit tartalma (termikus elemzés, elemző: Barna Zs.). Jelmagyarázat: 1: talaj, 2: bentonit, 3: alginit, 4: szmektit, 5: illit (Solti 1988)

19 ábra. Röntgen-diffrakciós felvétel. Alsó-miocén kaolinosodott tufás üledék kőszéntelep feküjéből. Zöldesszürke, szerves festődésű széntörmelékes agyag, Borsodi-medence, Vadna II. sz. külfejtés, V. telep feküje, 1. sz. minta (Viczián et al. 1997). Jelmagyarázat: N: kezeletlen, EG: etilén-glikollal kezelt minta, <2 μm frakció. Ásványok: s: szmektit, i: illit, k: kaolinit, k/s: kaolinit/szmektit kevert szerkezet m Mintaszám Kőzet Szerves anyag % Karbonátok % Agyagásványok (<2 μm) %

20 58 fedő IV. telep fekü 57. ábra. A kelet-borsodi kőszénösszlet egy jellegzetes szelvénye (Viczián et al. 1997). Szeles IV. lejtősakna (Múcsony), IV. telep. Fekü: karbonátmentes kaolinosodott tufás üledék. A széntelepben: bentonitosodott, majd kaolinosodott riolittufa közbetelepülések. Fedő: aragonittartalmú kagylóhéjakból álló lumasella és sekélytengeri márga normális törmelékes ásványokkal. Jelmagyarázat: Kőzetek: 1: agyag, 2: aleurit, 3: homok, 4: bentonit, 5: szenes kőzet, 6: kovásodás, 7: lumasella, 8: barnakőszén, 9: magas plagioklász (tufa-eredetű). Ásványok: C: kalcit, D: dolomit, Sz: sziderit, A: aragonit, S: szmektit, I: illit, K: kaolinit, K/S: kaolinit/szmektit kevert szerkezet

21 59 Sekélytengeri, beltengeri üledékek Differenciális ülepedés Tényezői: az eredeti és a sós tengervízben való flokkuláció következtében kialakuló szemcsenagyság. Ülepedési sebesség: kaolinit > illit > szmektit. Pl. parttal párhuzamos öves elrendeződés a Niger deltája előtt. Tengeráramlások és szél szállító hatása Pl. Földközi-tenger K-i medencéje. Nílusból: szmektit > kaolinit, tengeráram teríti K-en, Alpokból és a K-európai nagy folyókból: illit, klorit, Adriából zagyáram (turbidit) és Boszporuszon, Égei-tengeren keresztül kifolyás, Szaharából: kaolinit > szmektit, illit, szél útján a középső tenger alatti hátságra. Kémiai üledékképződés Vastartalmú agyagásványok. Sekélytengeri, főleg reduktív környezetben, pelletek, aggregátumok. Glaukonit: aktív kontinensperemeken, főleg hideg áramlatok mentén, Berthierin: passzív kontinensperemeken, főleg trópusi nagy folyók beömlése előterében. 58. ábra. A szmektit-tartalom eloszlása a Niger deltájának előterében a recens üledékek <2 μm frakciójában (Porrenga 1966 nyomán, Heling in Füchtbauer, ed. 1988)

22 ábra. Agyagásvány-együttesek elterjedése a Földközi-tenger keleti medencéjében. A fő típusok röntgen-diffrakciós felvételei a nyilakkal jelzett helyekről (Venkatarathnam, Ryan 1971). Jelmagyarázat: Agyagásvány-együttesek: 1: nílusi, 2: DK-égei, 3: kaolinitben gazdag, 4: kithirai, 5: messinai, 6: szicíliai,???: 1-hez vagy 3-hoz hasonló együttes. Röntgenfelvételek: A: szmektitben gazdag nílusi eredetű, B: kaolinitben gazdag, szélfújta, szaharai eredetű, C: illitben és kloritban gazdag adriai (alpesi) eredetű üledékanyag. Ásványok: M: montmorillonit, C: klorit, I: illit, K: kaolinit, Q: kvarc

23 ábra. A glaukonit és berthierin anyagú mikro-konkréciók elterjedése a self-tengerek üledékeiben (Nikolaeva 1981 összeállítása szerint). Jelmagyarázat: 1: glaukonit berthierin, 2: glaukonit, 3: berthierin Óceáni üledékek Szárazföldi eredetű anyag Kaolinit, illit, Fe-Al-szmektit. Eloszlás tényezői: éghajlati övek, tengeráramok, szél, jéghegyek. Óceáni bazaltból eredő anyag Halmirolitikus mállás: ferro-ferri-szmektit, phillipsit, Mn-gumók. Mélytengeri árkokban hidrotermális átalakulás: kovasav + Fe(OH)3 = ferri-szmektit (pl. Vörös-tenger), baktérium-szmektit kapcsolat a forró vízben.

24 ábra. Szélfújta szaharai por az Atlanti-óceán felett. Középen a Kanári-szigetek látszanak. Műholdfelvétel (Vaughan, Wogelius ed. 2000) 62. ábra. Az agyagásványok mennyiségének változása a légköri porban Afrika nyugati partjai mentén, a földrajzi szélesség függvényében. Kutatóhajóról vett minták (Chester et al. 1972). %-os mennyiségek az agyagásványok összegéhez viszonyítva a <2 μm frakcióban

25 ábra. A kaolinit elterjedése az óceáni üledékek felszíni rétegében (Aplin 2000, Windom 1976 nyomán). A kaolinit mennyisége az agyagásványok összegéhez viszonyítva a <2 μm frakcióban. 64. ábra. A klorit elterjedése az óceáni üledékek felszíni rétegében (Aplin 2000, Windom 1976 nyomán). A klorit mennyisége az agyagásványok összegéhez viszonyítva a <2 μm frakcióban.

26 ábra. Az illit elterjedése az óceáni üledékek felszíni rétegében (Aplin 2000, Windom 1976 nyomán). Az illit mennyisége az agyagásványok összegéhez viszonyítva a <2 μm frakcióban. 66. ábra. A montmorillonit elterjedése az óceáni üledékek felszíni rétegében (Aplin 2000, Windom 1976 nyomán). A montmorillonit mennyisége az agyagásványok összegéhez viszonyítva a <2 μm frakcióban.

27 65 Diagenezis és anchimetamorfózis Definíció Diagenezis = kőzettéválás = a leülepedés és a metamorfózis közé eső folyamatok. Átmenet a metamorfózis felé: anchimatamorfózis = anchizóna = igen kisfokú metamorfózis (= very low grade metamorphism). Külső tényezői: hőmérséklet, nyomás, oldatok összetétele. Belső tényezői: kőzet kémiai összetétele (pl. vulkanogén és közönséges törmelékes üledékes kőzetek). Korai diagenezis: bentonitképződés Vízbe hullott vagy szállított tufa elváltozása. Főleg a következő ásványreakció: vulkáni üveg montmorillonit + kovasav. Bentonit = uralkodóan montmorillonitot (szmektitet) tartalmazó kőzet (>50 %). Pl. sajóbábonyi bentonit-telep. Felső-szarmata Sajóvölgyi Formáció, partszegélyi, sekélytengeri rétegsor. A vízbe hullott riolittufa különböző mértékben bentonitosodott, jobban a rétegek tetején, és ott, ahol a felhalmozódás sebessége kisebb volt. (Pl.: dunántúli bazalt-bentonitok, lásd: Tavi üledékek.) Talaj Felső torlat Felső-szarmata ősmaradványok Jelmagyarázat: Talaj Aleurit Durva riolittufa Finom riolittufa Homok (torlat) Bentonit Andezittufa Alsó torlat Bázistufa 67. ábra. A sajóbábonyi szarmata bentonit-telep rétegsora (Püspöki et al. 2008). Jelmagyarázat: DAF: Dubicsányi Andezit Formáció, B0: legalsó bentonit-szint, BIb: üledékes bentonit, BIIa: tufás bentonit, BIIb: bentonitos tufa

28 66 q q pl mm amorf üveg 68. ábra. A sajóbábonyi bentonit jellegzetes típusainak röntgen-diffrakciós felvételei (Kozák et al. 2004). Jelmagyarázat: mm: montmorillonit, q: kvarc, pl: plagioklász 69. ábra. Összefüggés a röntgen-amorf fázis (vulkáni üveg) és a montmorillonit mennyisége között (Püspöki et al. 2005). A ábrán bemutatott 3 bentonit-típust tekintve látható, hogy a montmorillonit mennyisége az amorf üveg rovására növekszik

29 67 Áttekintő táblázatok Különböző zónabeosztások (pl. Kübler 1984, Aihara 1993). Ásvány-átalakulási sorok (pl. montmorillonit illit szericit, opál - kvarc). Új ásványok megjelenése, amelyek üledékes környezetben még nem keletkeznek: pirofillit, paragonit, corrensit, prehnit, pumpellyit, analcim, laumontit (zeolit-fácies). Párhuzamosítás a szerves anyag átalakulásával: szórt szerves anyag (vitrinit reflexió, Ro %), szénülésfok, szénhidrogén-zónák. Szerves a. Diagenezis Katagenezis Metagenezis Metamorfózis átalakulása Gyenge Közepes Erős Ásványegyüttes Zónák Diagenezis Igen kisfokú metamorfózis Regionális metam. 70. ábra. Az ülepedést követő (posztszedimentációs) változások áttekintése. Felül: a szerves anyag, alul: a szervetlen ásványok átalakulása (Aihara 1993)

30 68 Szmektit illit átalakulás Gyors átalakulás zónája az illit/szmektit kevert szerkezetben kb. 80 és 20 % szmektithányad (S %) között. Rendezett rétegsorrend kb. S = 40 % alatt (kb. 60 % illit-hányad fölött). Hőmérséklet: kb C. Kb. egybeesik az olajképződéssel. Változó geotermikus gradiens változó mélység (pl. különbség a Bécsi-medence és a Pannon-medence között). Hőmérséklet-mérés korlátai: 1. Lassú reakciósebesség: S % változása lassúbb, mint Ro % változása. Emiatt a hőtörténet hatása fontos. Ha gyors a süllyedés, túlsüllyedt rétegsorok lehetnek, azaz késésben lehet az átalakulás (pl. Makói-árok). 2. Maximum hőmérsékletet mér, vissza nem alakul a kevert szerkezet. Ha kiemelkedés van, a korábban elért mélyebb szintű átalakultsági fokot mutatja. 3. Ha eredetileg nem volt szmektit, nem használható. Pl. kaolinitben gazdag harmadidőszaki rétegek a Pannon-medence alján. (Hasonló, de ritkább átalakulás: szmektit klorit.) 71. ábra. A szmektit illit átalakulás a jelenlegi felszín alatti mélység függvényében a Pannon-medence különböző részmedencéiben és a Bécsi-medencében (Viczián 1994, Francu et al nyomán). Jelmagyarázat: % S in I/S: a szmektit-komponens hányada az illit/szmektit kevert szerkezetben. Részmedencék rövidítései: E.SLOV: Kelet-Szlovákiaimedence, VIENNA: Bécsi-medence szlovákiai része, DANUBE: Duna-medence (Kisalföld szlovákiai része), MAKO+B: Makói-árok és DK-Alföld, DRAVA: Dráva-medence, ZALA: Zalaimedence, NGKUN: Nagykunsági-medence.

31 ábra. A szmektit illit diagenetikus átalakulás során létrejött szöveti változások Mexikói-öböl menti (Gulf Coast) agyagokban. TEM felvételek az elemi rétegekre merőleges irányból (Ho, Nei-Che et al. 1999). a: szmektit az átalakulás fölötti zónából. Látható, hogy a rétegek görbültek, üregeket zárnak körül, szétseprűződnek, csak néhány rétegből álló kötegeket alkotnak. b: illit az átalakulás alatti zónából. Az elemi kötegek több tagból állanak, hézagmentesen illeszkednek egymáshoz, de a kötegek egymás közt nem teljesen párhuzamosak, lapos szögeket zárnak be. Az ábrákon a vízszintes vonal hossza: 0,05 μm

32 70 Anchimetamorfózis Kőzetszöveti változások: illit szemcsék növekednek és rendezettebbé válnak (elektronmikroszkóp). Mérőszámok: Kübler-index: illit 10 Å csúcs félmagasság-szélessége (IC). Árkai-index: klorit 7 Å csúcs félmagasság-szélessége (ChC). Pl. svájci Alpokban felső-triász (Keuper) agyag átalakulása fekete palává az északi, nem gyűrt előtértől a Glarusi-alpokig. Fő ásvány-átalakulások: Illit+illit/montmorillonit muszkovit (+paragonit). Kaolinit pirofillit. 73. ábra. Anchimetamorf illit kötegek TEM felvétele az elemi rétegekre merőleges irányból. Ordoviciumi agyagpala a kanadai Gaspé-félszigetről (Jiang et al. 1997). Az azonos kontrasztú kötegeken belül a rétegek párhuzamosak, egyenesek, a kötegek határa közel párhuzamos, határozott. Két elemi réteg távolsága: kb. 1 nm = 10 Å. Skála a kép alján

33 ábra. Szemcseméret-növekedés a diagenezisből a metamorfózisba való átmenet során. Ordoviciumi agyagos kőzetek a kanadai Gaspé-félszigetről (Jiang et al. 1997). Az illit krisztallitok rétegzésre merőleges vastagságának gyakorisági eloszlása elektronmikroszkópos mérések alapján. Látható, hogy az anchi- és epi-zónában a krisztallitok mérete megnő, de a méreteloszlás nagyon egyenetlenné válik 75. ábra. A szemcseméret növekedésének hatása az illit első bázisreflexiójának kiszélesedésére (Jiang et al. 1997). A diagenezis anchizóna epizóna átmenet során létrejött nagyobb és rendezettebb szemcsékről kevésbé széles, élesebb bázisreflexiót kapunk. Jelmagyarázat (a bázisreflexiók felvételein): A.D.: légszáraz, kezeletlen, E.G.: etilén-glikollal kezelt minta

34 ábra. Felső-triász (Keuper) márga fokozatos metamorf átalakulása a svájci Alpokban. Térképvázlat a lelőhelyekről (Frey 1978). A nyilak jelzik a növekvő metamorf fok irányát Kiindulási nem anchi- epi- mezo- Keletkezett vagy Ásványok: metamorf metamorf metamorf metamorf megmaradt ásványok: Lelőhelyek: 77. ábra. Felső-triász (Keuper) márga fokozatos átalakulása a svájci Alpokban. Az ásványok megjelenése az egyes metamorf fokozatokban (Frey 1978). A lelőhelyeket lásd a 76. ábrán

35 ábra. Nem-metamorf Keuper márga <2 μm frakciójáról készült röntgen-diffraktogram. Kreuzlingeni fúrás, Táblás Jura kifejlődés (Frey 1978). Kezeletlen, etilén-glikollal kezelt és hevített mintákról készült felvételek. Jelmagyarázat: chl: klorit, c/m: klorit/montmorillonit kevert szerkezet, i: illit, i/m: illit/montmorillonit kevert szerkezet, kaol: kaolinit 79. ábra. Anchimetamorf agyagpala <2 μm frakciójáról készült röntgen-diffraktogramok. Glarusi-alpok (Frey 1978). Kezeletlen minták. Jelmagyarázat: mu: muszkovit, py: pirofillit, qtz: kvarc, pa: paragonit, pa/mu: paragonit/muszkovit kevert szerkezet (a többi ásványt lásd: 78. ábra)

36 74 Feltolódások, takaróáttolódási mozgások hőhatása Kevés hőhatás, mert ritkán, nagy időközökkel történik a mozgás. IC, ChC a mozgási sík közelében alig változik. Pl. Glarusi áttolódás a Helvéti takaró alatt (svájci Alpok). Felül van a jobban átalakult egység (perm Verrucano Formáció), alul a kevésbé átalakult egység (harmadidőszaki flis). 80. ábra. Földtani térképvázlat a Glarusi áttolódás környékéről (Svájc). A és B a mintavételi pontok (Árkai et al. 1997) 81. ábra. Az átalakulási fokot jelző mérőszámok változása a Glarusi áttolódás környezetében, az A mintavételi pontnál (Árkai et al. 1997). Jelmagyarázat: IC: illit kristályossági fok, ChC: klorit kristályossági fok. Függőleges skála: tengerszint feletti magasság (m). E: epizóna, A: anchizóna, D: diagenezis. Körök: perm Verrucano, négyzetek: harmadidőszaki flis. Sötét jelek: kezeletlen mintán, üres jelek: etilén-glikollal kezelt mintán mért értékek

37 75 Irodalom a 2. részhez Aihara, A. 1993: Organic geoscientific studies on diagenetic to burial metamorphic phenomena of sediments. Sci. Reports, Dept. Earth Planet. Sci., Kyushu Univ. 18, 1, Fukuoka, Japan. Aplin, A. C. 2000: Mineralogy of modern marine sediments: A geochemical framework. In Vaughan, D. J., Wogelius, R. A. (ed.): Environmental mineralogy. University textbook. Ch. 4, European Mineralogical Union, Notes in Mineralogy 2. Eötvös University Press, Budapest. Árkai, P., Balogh, K., Frey, M. 1997: The effects of tectonic strain on crystallinity, apparent mean crystallite size and lattice strain of phyllosilicates in low-temperature metamorphic rocks. A case study from the Glarus overthrust, Switzerland. Schweiz. Min. Petr. Mitt. 77, Bakker, J. P., Levelt, Th. W. M. 1964: An inquiry into the probability of a polyclimatic development of Peneplains and Pediments (Etchplains) in Europe during the middle and upper senonian and the tertiary period. Publ. Serv. Géol. Luxembourg 14, Balogh K. 1991: A mállás. In Balogh K. (szerk.): Szedimentológia fejezet Akadémiai Kiadó, Budapest. Balogh K. 1992: Allitok. In Balogh K. (szerk.): Szedimentológia fejezet Akadémiai Kiadó, Budapest. Chester, R., Elderfield, H., Griffin, J. J., Johnson, L. R., Padgham, R. C. 1972: Eolian dust along the eastern margins of the Atlantic Ocean. Marine Geol. 13, 2, Colson, J., Cojan, I., Thiry, M. 1998: A hydrogeological model for palygorskite formation in the Danian continental facies of the Provence Basin (France). Clay Min. 33, Dezső J., Raucsik B., Viczián I. 2007: Villányi-hegységi karsztos hasadékkitöltések szemcseösszetételi és ásványtani vizsgálata. Acta GGM Debrecina, Geology, Geomorphology, Physical Geography Ser. 2, Frey, M. 1978: Progressive low-grade metamorphism of a black shale formation, Central Swiss Alps, with special reference to pyrophyllite and margarite bearing assemblages. J. Petrol. 19, 1, Füchtbauer, H. (ed.) 1988: Sedimente und Sedimentgesteine. Sediment-Petrologie, Teil II. Schweizerbart, Stuttgart p. Ho, Nei-Che, Peacor, D. R., van der Pluijm, B. A. 1999: Preferred orientation of phyllosilicates in Gulf Coast mudstones and relation to the smectite-illite transition. Clays Clay Min. 47, 4, Hum, L. 2000: Cyclic climatic records in loess-paleosol sequences in the south-eastern Transdanubia (Hungary) on the base of sedimentological, geochemical and malacological investigations. Berichte der DTTG 7, Hum, L., Fényes, J. 1995: The geochemical characteristics of loesses and paleosols in the South-Eastern Transdanube (Hungary). Acta Min. Petr. Szeged 36, Jiang, W.-T., Peacor, D. R., Árkai, P., Tóth, M., Kim, J. W. 1997: TEM and XRD determination of crystallite size and lattice strain as a function of illite crystallinity in pelitic rocks. J. metamorphic Geol. 15, Kapoor, B. H., Rózsavölgyi, J., Rédly L-né 1986: Szikes és réti talajok fizikai-kémiai tulajdonságainak és ásványi összetételének vizsgálata. Agrokémia és Talajtan 35, 3-4,

38 76 Konta, J. 1993: 14 Å-sheet silicates in clay fraction of Recent river sediments in Czechoslovakia. In Konta, J. (ed.): 11 th Conference on Clay Mineralogy and Petrology, České Budějovice, 1990, Geologica. Univerzita Karlova, Praha. Kozák, M., Püspöki, Z., Kovács-Pálffy, P. 2004: Sajóbábony, Kő Valley: Sarmatian bentonite in the Borsod Basin. In Raucsik, B., Viczián, I. (ed.): 2 nd Mid-European Clay Conference, Miskolc, Field Guide. Field Stop 1, 6-7. Kübler, B. 1984: Les indicateurs des transformations physiques et chimiques dans la diagenèse. Températures et calorimétrie. In Lagache, M. (ed.): Thermométrie et barométrie géologiques vol. 2, Ch. 14. Soc. Franç. Min. Crist., Paris. Láng E. 1981: A talaj. In Bernáth J. et al.: Növényföldrajz, társulástan és ökológia. Tankönyvkiadó, Budapest. 546 p Nagy, B., Szalai, Z., Németh, T., Bugya, É. 2005: Recent sedimentation, weathering and patterned ground in the oases of the King George Island (poster). 22. Internationale Polartagung der Deutschen Gesellschaft für Polarforschung, Jena Maksimović, Z., Panto, Gy., Poharc-Logar, V., Logar, M. 1994: Mineralogy, chemistry and origin of color of chrysoprase and green opal (prasopal) from Glavica nickel deposit, South Serbia. Bull. de l'académie Serbe des Sciences et des Arts. 108, Classe des Sci. math. et nat., Sci. nat. N o 35, Mindszenty A. 1999: Bauxitszedimentológia. A karsztbauxitok, a geodinamika és a klíma kapcsolatának elemzése mediterrán példákon. Akadémiai doktori értekezés, Budapest. 171 p. Nikolaeva, I. V : Autigennüe szedimentacionnüe obrazovanija v szovremennüh oszadkah selfovüh oblasztej. V kn.: Klimaticseszkaja zonalnoszty i oszadkoobrazovanije (otv. red.: A. P. Liszicün, D. E. Gersanovics) Nauka, Moszkva. Püspöki, Z., Kozák, M., Kovács-Pálffy, P., Földvári, M., McIntosh, R. W., Vincze, L. 2005: Eustatic and tectonic/volcanic control in sedimentary bentonite formation a case study of Miocene bentonite deposits from the Pannonian Basin. Clays Clay Min. 53, 1, Püspöki, Z., Kozák, M., Kovács-Pálffy, P., Szepesi, J., McIntosh, R., Kónya, P., Vincze, L., Gyula, G. 2008: Geochemical records of a bentonitic acid-tuff succession related to a transgressive systems tract indication of changes in the volcanic sedimentation rate. Clays Clay Min. 56, 1, Raucsik, B., Újvári, G., Viczián, I. 2010: Clays, (palaeo-)environment and culture: Field trip in Southern Transdanubia, Hungary. MECC2010 Field Trip Guide. Acta Min.-Petr. Szeged, Field Trip Guide Ser. 30, Righi, D., Terribile, F., Petit, S. 1999: Pedogenic formation of kaolinite-smectite mixed layers in a soil toposequence developed from basaltic parent material in Sardinia (Italy). Clays Clay Min. 47, 4, Singer, A. 1980: The paleoclimatic interpretation of clay minerals in soils and weathering profiles. Earth Sciences Review, 15, 4, Solti G. 1988: Az egyházaskeszői tufakráterben települő bentonit és alginit telep. MÁFI Évi Jel. 1986, Stefanovits P., Dombóvári L-né (K.) 1985: A talajok agyagásvány-társulásainak térképe. Agrokémia és Talajtan 34, Varjú, M., Stefanovits, P. 1979: Clay mineral composition and potassium status of some typical Hungarian soils. In Mortland, M. M., Farmer, V. C. (ed.): International Clay Conference, Oxford, 1978, Developments in Sedimentology 27, Elsevier, Amsterdam etc.

39 77 Vaughan, D. J., Wogelius, R. A. (ed.) 2000: Environmental mineralogy. University textbook. European Mineralogical Union, Notes in Mineralogy 2. Eötvös University Press, Budapest. 434 p. Venkatarathnam, K., Ryan, W. B. F. 1971: Dispersal patterns of clay minerals in the sediments of the eastern Mediterranean Sea. Marine Geol. 11, 4, Viczián, I. 1994: A szmektit - illit átalakulás függése a hőmérséklettől. Földtani Közl. 124, 3, Viczián, I., Barna, Zs., Földvári, M. 1997: A meddő kőzetek ásványtani összetétele a Borsodi-medence egyes alsó-miocén barnakőszéntelepeiben. Földt. Közl. 127, 1-2,