Csigakövület a fancsikai gyepvasércben

Átírás

1 Fehér B. (szerk.) (2014): Az ásványok vonzásában. Tanulmányok a 60 éves Szakáll Sándor tiszteletére. Herman Ottó Múzeum és Magyar Minerofil Társaság, Miskolc, pp Csigakövület a fancsikai gyepvasércben Freshwater snail fossil in the bog iron ore of Fancsika, near Debrecen, Hungary Török István 1,2 * & OrsOvszkI Gergely 3 1 MTA Atommagkutató Intézet (ATOMkI), 4001 Debrecen, Pf szőnyi Pál Ásványbarát kör, Debrecen. 3 MTA ATOMkI Isotoptech zrt., Hertelendi Ede környezetanalitikai Laboratórium, 4026 Debrecen, Bem tér 18/c. * isti@atomki.mta.hu Abstract se of Debrecen several bog iron ore deposits exist. We have found a fossil in good condition in a sample from one of the deposits. The specimen is a freshwater snail, Planorbis. such well preserved snail shells are rare in this region. Probably the humin acids are destroying them, although a lot of small chips can be found in the ore. This fossil permitted to determine the age of the ore itself using C-14 method. We have executed the C-14 analyses of the iron ore and the embedded shall fragments using AMs facility in ATOMkI (Institute for Nuclear research, Hungarian Academy of sciences, Debrecen). C-14 based calibrated age of the shell fragments are about 11 kyrs (cal BP), while the apparent age of iron ore is several kyrs younger. Összefoglalás Debrecentől Dk-re sok helyen található gyepvasérc. Egy ilyen mintában találtunk egy viszonylag jó megtartású vízi csigakövületet, ami egy ma is fellelhető lapos tányércsiga fajta (Planorbis planorbis). Ilyen ép csigaház nagyon ritka lelőhelyünkön. valószínűleg a huminsavak támadják meg őket. viszont az érc tele van pár mm-es csigaház törmelékdarabokkal, amik lehetővé teszik az érc korának meghatározását C-14 módszerrel. A fancsikai gyepvasércből kinyert milligrammos csigahéjminták ATOMkI-ban végzett AMs C-14 mérése azt mutatta, hogy a bezárt csigák közel 11 ezer évesek (cal BP), míg az őt befoglaló vasérc látszólagos C-14 kora több ezer évvel fiatalabb. 1. Bevezetés Debrecen környékén, a várostól Dk-re sok helyen található gyepvasérc (Fux, 1942; koch, 1985). Ezek valószínű keletkezéséről és ókori vaskohó rekonstrukciójában való felhasználásáról tudósít (Török & Bartha, 2012). A terepen lelhető ércdarabok különböző nagyságúak, rozsdabarna-sárga kövek. vannak egész telepek is, esetleg több km hosszan, több száz méter szélesen, pár méter vastagon. A városhoz legközelebbi viszonylag gazdag lelőhely Fancsikán van. Ez egy határrész, a hajdan itt volt faluról kapta a nevét. Ma is képződnek kövületek. Ez nem újdonság, csak nem szoktunk hozzá Az 1. ábrán látható fosszilis édesvízi csiga egy ma is élő fajta, melyet a gyepvasércben találtuk. Neve lapos tányércsiga (Planorbis planorbis). A kövület átmérője 7 mm. A mintát Török István gyűjtötte Fancsikán, Debrecen mellett, 2010-ben. sok fancsikai gyepvasérc ment már át a kezünkön, de eddig még nem találkoztunk ilyen jó megtartású csigaházzal. Az igaz, hogy szinte minden innen származó minta tele van apró (2 3 mm-es vagy kisebb) csigaházdarabkákkal, de ilyen szép egész csigaház nagyon ritka. Biológus barátunk azt mondja, hogy ez azért lehet, mert a huminsavak a mészvázak állagát rongálják, és azok

2 282 Török I. & Orsovszki G. szétmorzsolódnak. Papp Tibor kollégánk azt írja (Papp, 2012), hogy Amerikában a gyepvasércet kagylóhéjakkal együtt olvasztották, vagyis folyósító anyagnak azt adták hozzá. A magyar nagykohókban mészkövet adagoltak ilyen céllal a modern vasércekhez. A fancsikai gyepvasércben eleve benne van egy csomó csigaháztörmelék, tehát emiatt is könnyebben olvad. A gyepvasérc valószínűleg még azért is olvad könnyebben, mert biológiai képződése során (vasbaktériumok) nanoszerkezet alakult ki benne (Papp, 2012), 1. ábra. 7 mm-es átmérőjű vízi csigakövület gyepvasércben. Fotó: Török Gáborné, rásonyi Piroska. ami szintén elősegíti a gyorsabb olvadást. Először melegítésre nanoméretű darab- Fig. 1. A recent freshwater snail fossil of 7 mm diameter in bog iron ore. Photo: Mrs. G. Török-P. Rásonyi. kákra esik szét az anyag, aztán azok is felolvadnak. A gyepvasércben lévő csigaházak mésztartalmúak és ez esetleg lehetővé teheti a C-14-es kormeghatározást. Egyébként maga a gyepvasérc is tartalmaz nagyobb mennyiségű karbonátot, melynek C-14 mérésével esetleg információt nyerhetünk ennek keletkezési mechanizmusáról, illetve későbbi fejlődéstörténetéről. 2. A C-14 módszer alkalmazása fosszilis csiga korának mérésére A radioaktivitás csökkenésének mérésén nyugvó időmérés alapjául a radioaktív bomlás törvénye szolgál, amely szerint zárt rendszerben a minta adott izotópjának radioaktivitása (A) az idővel folyamatosan csökken úgy, hogy a csökkenés arányának természetes logaritmusa egyenesen arányos az eltelt idővel (Δt) az adott izotópra jellemző bomlásállandó (λ) mellett. A földi élet szempontjából egyik legjelentősebb elem, a szén 14-es tömegszámú radioaktív izotópja (radiokarbon, 14 C) természetes úton van jelen a Földön. A kozmikus sugárzás a Föld felső légkörében jelentős mennyiségben hoz létre szabad neutronokat. Ezen neutronok hatására a radiokarbon a légkörben főként nitrogénből magreakció végmagjaként keletkezhet. A radiokarbon a légkörben gyorsan oxidálódik szén-dioxiddá, és folyamatosan nyomjelzi a légköri szén-dioxidot, melynek fajlagos aktivitása 14,1 bomlás/min/gc. Mivel a kozmikus sugárzás intenzitása hosszú idő óta közel állandó, és ehhez képest a 14 C 5730 éves felezési ideje rövidnek tekinthető, a Földön a kozmogenikus 14 C radioaktív

3 Csigakövület a fancsikai gyepvasércben 283 egyensúlyi állapotban van. Az egyensúlyi izotóparány 14 C/ 12 C = 1, Az akkumulálódott 14 C-mennyiség a Földön 51 tonna, ami kicserélődési folyamatok révén a hidro-, bio-, illetve atmoszférában 94,3%, 3,8%, illetve 1,9% arányban oszlik el. A légköri szén beépülésével formálódó képződmények létrejöttekor azok szenének fajlagos radioaktivitása folyamatosan követi az atmoszferikus szén fajlagos radiokarbonaktivitását. Ekkor széntartalmukat radiokarbon-tartalom szempontjából modernnek nevezzük. A beépülési folyamat megszűnte után, például egy élőlény elpusztulásával az anyagcsere leállásakor további 14 C-felvétel nem történik, ezért a 14 C koncentrációja az adott anyagban a felezési időnek megfelelően exponenciálisan csökken a radioaktív bomlás miatt. Ismerve a valamikor élt anyag széntartalmának eredeti fajlagos 14 C radioaktivitását, majd megmérve a belőle származó leletnek a jelenlegi fajlagos 14 C aktivitását, a radioaktív bomlástörvény alapján kiszámítható az életfolyamatok megszűnése óta eltelt idő, azaz a lelet kora. A lelet 14 C-tartalmának mérésére több lehetőség kínálkozik: használhatunk hagyományos aktivitásmérésen alapuló technikákat (folyadék szcintillációs vagy gáztöltésű proporcionális számlálók), vagy mérni lehet közvetlenül a 14 C/ 12 C izotóparányt speciálisan erre a célra kifejlesztett tömegspektrométerrel. A gyepvasércből kinyert csigadarabkák radiokarbon korát a debreceni Atomki MICADAs típusú gyorsítós tömegspektrométerének (Accelerator Mass spectrometer: AMs) segítségével határoztuk meg (Molnár et al., 2012). Ehhez kinyertünk 15 mg mennyiségű csigadarabkát a mintából, melyet híg sósavval (1%) pár percig előkezeltünk, amíg teljes tömegének 20 30%-a fel nem oldódott, azért, hogy a felületére tapadt idegen anyagok (például talajvíz eredetű vízkő) leoldódjanak róla. Az így előkezelt, majd kiszárított csigamintát magában, illetve az előkezelés nélküli vasércminta kis részletét különálló mintaként vákuumozható mintatartóban savval feloldottuk, majd a belőlük keletkezett szén-dioxidot megtisztítottuk, s végül grafittá alakítottuk. Ezeket a grafit céltárgyakat használtuk fel az AMs-ben a minták C-14 korának mérésére. 3. Eredmény és értékelése A csigahéj korára kapott i.e. 9. évezred hihető eredmény (I. táblázat), mivel a geológiai elképzelések szerint éppen ebben az időszakban lerakódott tavi üledékben, a holocén fiatalabb szakaszában indulhattak meg azok a talajvíz-fluktuációk, ritmikus víz alá kerülések és víz elborítások, amelynek határfelületén a siderobacterium egyedek a csigahéjak felszínén megindították a limonit-kiválasztást. Így a geológiai réteg és a csigahéj maga több ezer évvel idősebb, korábban lerakódott lehet és a pórusterekben a ritmikus kiszáradás-vízborítás nyomán kialakult redoxi-viszonyokat kihasználva aktiválódtak a vasbaktériumok és alakították ki a gyepvasércet a holocén egy későbbi szakaszában. Ezzel egybehangzó jelenséget találtak sümegi és munkatársai a bátorligeti láp esetében is, ahol egyértelműen éve indult meg a gyepvasérc (limonit) kiválása a éve lerakódott csiga- és kagylóhéjak felszínén (sümegi et al., 2004). Így nem meglepő, hogy a gyepvasérc C-14 kora sokkal fiatalabb annál a csigahéjnál, mint amit később körülfogott. Figyelembe kell vennünk még, hogy a vasérc keletkezési idejére a kalibrált naptári kor megadása aggályos lehet, mivel a csigaházzal ellentétben az adott vasérc-réteg keletkezési ideje akár több száz, vagy ezer évig is eltarthatott. Továbbá

4 284 Török I. & Orsovszki G. I. táblázat. A gyepvasérc és a csigahéj C-14 mérésének eredményei. Table I. C-14 results of iron ore and the embedded shell fragments. AMS C-14 mérés kód AMS Lab code DeA-2451 DeA-2452 Minta Sample Gyepvasérc karbonátja Carbonate of bog iron ore Csigahéj karbonátja Carbonate of snail shell Percent Modern Carbon (pmc) Konvencionális radiokarbon kor (BP) (1σ) Conventional radiocarbon age (BP) (1σ) 48,37 ± 0, ± 29 Naptári kor (cal BC, 2σ) Calendar age (cal BC, 2σ) Nem értelmezhető Not applicable 30,86 ± 0, ± a radiokarbon kormérés alapvető feltétele az, hogy zárt legyen az adott mátrix, legalábbis a szénre nézve (Molnár, 2006). Ez a csigahéjra általában joggal elmondható, ezért is használják gyakran kormérésre geológiai rendszerekben, hiszen a csigaház anyagát a csiga életében építette fel a táplálékával felvett szénből, s elpusztulása után legfeljebb csekély külső vízkőlerakódás adódhat hozzá, amit a savas felületi előkezeléssel viszont el lehet távolítani. Ezzel ellentétében a vasérc kiválása nem ilyen egyértelműen lezáródó folyamat, karbonátjának többszöri visszaoldódása és újra kiválása nem zárható ki, ami folyamatos C-14 frissülést, s egyben C-14 korban fiatalodást fog eredményezni. 4. Köszönetnyilvánítás A szerzők köszönetet mondanak Dr. varga zoltán prof. emeritusnak biológiai megjegyzéseiért, Dr. Molnár Mihálynak az AMs C-14 mérések kiértékelésében nyújtott segítségéért, valamint Dr. sümegi Pálnak, a szegedi Tudományegyetem professzorának, a koreredmények értelmezéséhez adott hasznos tanácsaiért. Irodalom References Fux v. (1942): Bagamér-nagylétai vasércek [Iron ores of Bagamér-Nagyléta]. Debreceni Szemle, 16, (in Hung). koch s. (1985): Magyarország ásványai [Minerals of Hungary]. 2. átdolg. kiadás (Mezősi J., szerk.). Budapest: Akadémiai kiadó (in Hung.). Molnár M. (2006): A szén és az idő: radiokarbon kormeghatározás (Carbon and time: 14 C dating). Fizikai Szemle, 56, (in Hung.). Molnár M., rinyu L., Janovics r., Major I. & veres M. (2012): Az új debreceni C-14 AMs Laboratórium bemutatása (Introduction of the new AMs C-14 Laboratory in Debrecen). Archeometriai Műhely, 9/3, (in Hung. with English abstract).

5 Csigakövület a fancsikai gyepvasércben 285 Papp T. (2012): A természet nanomineralizációja [Nanomineralization of the Nature]. Term. Vil., 143, (in Hung.). sümegi, P., Dániel, P. & kovács-pálffy, P. (2004): The results of abiotic components analysis. In: sümegi, P. & Gulyás, s. (Eds.): The geohistory of Bátorliget Marshland. Budapest: Archaeolingua Press. Török I. & Bartha L. (2012): Mire jó egy régi hobby? [What good is an old hobby?] Term. Vil., 143, (in Hung.).