SZIKES TALAJOK ÁSVÁNYAI

Átírás

1 SZIKES TALAJOK ÁSVÁNYAI A szikesekben az ásványi összetételnek különös jelentősége van mind a talajok genetikája, mind pedig sajátságai, tulajdonságai szempontjából

2 Kiemelendő ásványai: plagioklász földpátok, kovasav, SiO 2 -ásványok, agyagásványok, zeolitok, karbonátásványok, sóásványok

3 A/ Genetikája: a/ nátriumforrás pl. kőzetüveg, plagioklászok stb. b/ adszorbeált nátriumfelhalmozódás - agyagásványok szerepe (szolonyeces szikesedés) c/ nátriumfelhalmozódás sókként - sóásványok (szoloncsákos szikesedéses) d/ kovasav felhalmozódás ásványtani vonatkozásai (szologyosodás)

4 B/ Sajátságok, tulajdonságok: a/ vízgazdálkodási tulajdonságok (agyagásványok) b/ művelhetőség (agyagásványok) c/ tápanyagkészlet (mállás) d/ tápanyagfixáció (agyagásványok, CaCO 3, FeOOH, )

5 Földpát ásványok:

6 Földpátok mállása: Plagioklászok mállékonysága a többi ásványhoz viszonyítva, Plagioklász sor egyes tagjainak mállékonysága egymáshoz viszonyítva, A mállékonyságot különböző szempontok szerint lehet megítélni:

7 Különböző sorrendek összehasonlítása:

8

9 Szabadenergiák nagysága alapján:

10 Mobilis kémiai elemtartalma szerint

11 Képződési körülményeiket viszonyítva

12 Átlagos, becsült élettartalma alapján

13 Plagioklászok oldódása összetételüktől és a kémhatástól függően

14 Plagioklász oldhatósága a kémhatás függvényében

15 Plagioklászok mállása A desztillált vízzel szemben a szerves savakban (ecetsav, aszparginsav, szalicilsav és citromsav) a kalciumban gazdag plagioklászok oldódnak jobban (Huang és Kiang 1972) - tehát a talajokban a bytownit és anortit fokozott mállása várható általában a humuszsav és a fulvosav jobban old mint a nem humusz, szerves savak Tan, (1980)

16 Na2O % Plagioklászok Na 2 O tartalma ,8 10 8, , ,6 0 albit oligoklász andezin labradorit bytownit anortit 0

17 mg/l Kőzetekből kioldható Na-tartalom (0,1 M HCl) 1. ábra. Kőzetekből 0,1 M sósavval kioldott Na-tartalom (2. sorozat) nap Gránit Riolit-B. Riolit-Gy. Csillámpala Andezit Bazalt Futóhomok-DT Futóhomok-Ny. Mészkő Agyag

18 mg/l Kőzetekből kioldható Na-tartalom (0,1 M tejsav) ábra. Kőzetekből 0,1 M tejsavval kioldott Na-tartalom (2. sorozat) nap Gránit Riolit-B. Riolit-Gy. Csillám-pala Andezit Bazalt Futóhomok-DT. Futóhomok-Ny. Agyag Mészkő

19 mg/l Kőzetekből kioldható Na-tartalom (0,1 M citromsav) 3. ábra. Kőzetekből 0,1 M citromsavval kioldott Na-tartalom (2. sorozat) nap Gránit Riolit-B. Riolit-Gy. Csillámpala Andezit Bazalt Futóhomok-DT Futóhomok-Ny. Agyag Mészkő

20 mg/l Kőzetekből kioldható Na-tartalom (0,1 M ammonium-karbonát) 4. ábra. Kőzetekből 0,1 M ammónium-karbonáttal kioldott Na-tartalom (2. sorozat) 2,5 2 1,5 1 0, nap Gránit Riolit-B. Riolit-Gy. Csillámpala Andezit Bazalt Futóhomok-DT. Futóhomok-Ny. Agyag Mészkő

21 A kovasav felhalmozódása szologyos réti szolonyecekben (Dévaványa, valamint Hortobágy) Kémiai el. 5% KOH kivonat 0.5 NaOH Tel.k. Szint SiO 2 % SiO 2 % SiO 2 % Al 2 O 3 % SiO 2 / Al 2 O 3 SiO 2 % SiO 2 % SiO 2 mg/l A 1 71,3 47,9 2,36 0,13 14,1 3,86 7,92 30,0 A 2 71,4 47,3 2,58 0,18 12,2 4,29 6,98 21,9 B 1 63,3 47,3 1,82 0,54 2,9 5,09 6,70 11,7 B 2 61,3 46, ,25 4,73 11,7 A 77,2 67,4 5,52 0, ,47 17,9 27,0 B 1 72,1 51,1 11,9 0,03 51,0 3,86 8,91 17,5 B 2 68,7 49,0 1,48 0,09 14,3 3,15 5,43 13,9

22 Domináns agyagásvány szikes talajokban (gyakorisági %) agyagásvány hazai külföldi szmektit 13 9 illit klorit 1 kaolinit 8

23 Agyagásványok szikes talajokban Szoloncsák talajokban: - többé-kevésbé egyenletes eloszlású - szuperdiszperz állapotban lehet, Szolonyec talajokban: - a többi talajhoz képest több a szmektit, - a szintek között a B-szintben több a szmektit, Szologyos talajokban: - a szologyos szintben dúsúl a kvarc és a földpát

24 AGYAGÁSVÁNYOK SZIKESEKBEN, % SZ I Kl K Ver H K H K H K H K H K n A A B B- BC

25 Agyagásványok hazai szikes talajokban Eloszlásuk szolonyec talajokban: - képződését tételezik fel a szikes talajvízekből és talajoldatokból (Gerei 1978) - illuviációját tételezik fel (Stefanovits és Dombovári 1986) - szmektites-kloritos talajok szerepet játszanak a magnézium talajok és magnézium szikes genetikájában (Darab és Reményiné 1978, Stefanovits 1992)

26 Eloszlások értelmezése a C-szintben, nem a talajszintekben előfordul szintézis két ásvány ellentétes mélység szerinti eloszlása átalakulás maximum a B- illetve B-BC-szintben illuviáció a többi szinthez képest az A-szintben hiányzik az ásvány - degradáció

27 agyagásvány képződés poligenetikus jellege a szikes talajokban hazai szikes talajokban: 1 szelvényben 4 folyamat 2 szelvényben 3 folyamat 11 szelvényben 2 folyamat 5 szelvényben 1 folyamat

28 Zeolitok a talajokban-1 Sigmond Elek humusz zeolit komplex, Kaliforniai San Joaquin völgy gránitos alluviumán kialakult lúgos talajok rendhagyó adszorpciós tulajdonságai, analcimot mutattak ki (Babcock, 1960; Schultz et al 1965), talajokból eddig analcimot, erionitot, kabazitot, klinoptilolitot, mordenitet és phillipsitet írtak le. Leggyakrabban klinoptilolitot.

29 Zeolitok a talajokban -2 A talajokat tekintve előfordulhatnak: -vulkáni kőzeteken kialakult lúgos, szikes talajokban, -nem vulkáni kőzeteken kialakult lúgos, szikes talajokon, - vulkáni, illetve üledékes (eolikus vagy fluviátilis) kőzeteken kialakult nem szikes talajokon,

30 Domináns agyagásvány szikes talajokban (gyakorisági %) agyagásvány hazai külföldi szmektit 13 9 illit klorit 1 kaolinit 8

31 AGYAGÁSVÁNYOK SZIKESEKBEN, % Sm Ill Kl Ka Ver H K H K H K H K H K n A A B B- BC

32 Zeolitok a hazai talajokban Vizsgálatok hazai szikes talajokban zeolitok kimutatására (Reményiné), Klinoptilolitet és mordenitet mutattak ki Tokaj hg-i talajokból, felszín felé csökkenő mennyiséggel (Nemecz és mts.-ai 1988, Olaszi és mts.-ai 1987), Tokaji, savanyú nem podzolos és erősen savanyú agyagbemosódásos barna erdő talajokból a felszín felé folyamatosan csökkenő mennyiségű klinoptilolitot és mordenitot mutatott ki. Arányuk a mordenit felé tolodik el (Stefanovits 2004)

33 (Ca-,Mg)karbonátásványok 1 általában kalcit, magnéziumkalcit (mészgöbecsekben is), hortobágyi réti szolonyec talajban protodolomit (átlag 0,40 MgCO 3 ). dolomit kérdés: -csak diagenezis utján; üledékekben protodolomit; tavi üledékképződés magnéziumkalcit metaszomatozisa ;dolomit képződés szikes tavakban, - a meszes talajokban hazánk nagy részén fordul elő dolomit (pl. legnyugatibb sávban nem, ÉK-nem) (Stefanovits és mts.-ai 1989)

34 (Ca-,Mg)karbonátásványok 2. - Kiskunsági szikes talajtársulásokban (Szendrei, 1970): a/ durva frakciokban kalcit mellett dolomit is, b/ a felső szintekben a kalcit tartalom jobban csökkent a réti szolonyec talajokban mint a szoloncsákokban (kilúgzódás), c/ a másodlagosnak tekinthető karbonát maximuma az elsődlegesek felett van a szoloncsák talajokban (felfelé irányúló oldat mozgás)

35 HAZAI TALAJFELSZÍNI SÓKIVIRÁGZÁSOK ELTERJEDÉSE ÉS ÁSVÁNYTANI JELLEMZÉSE Szendrei Géza (MTM), Tóth Tibor (MTA TAKI), Szakáll Sándor (HOM-ME), Kovács-Pálffy Péter (MÁFI)

36 HAZAI TALAJFELSZÍNI SÓKIVIRÁGZÁSOK ELTERJEDÉSE ÉS ÁSVÁNYTANI JELLEMZÉSE Szendrei Géza (MTM), Tóth Tibor (MTA TAKI), Szakáll Sándor (HOM-ME), Kovács-Pálffy Péter (MÁFI)

37 A hazai szikkutatás méltán világhírű, hiszen olyan nevek fémjelezték, mint Treitz Péter, Sigmond Elek, Arany Sándor, Prettenhoffer Imre, Szabolcs István, Darab Katalin, vagy a jelenben Várallyay György. A hazai szikes talajok kutatása mindig világszinvonalon folyt, igen kevés a nem vizsgált fehér folt, amelyek között van a sófelhalmozódás ásványtani vonatkozásainak vizsgálata.

38 A hazai sókivirágzások térben és időben A hazai sókivirágzások elterjedése: A megvizsgálandó területek kiválásztásának módja: - szikes talajok 1:10 000, 1: és 1: méretarányú talajtérképeken, - előző szakirodalmi adatok, - helyismerettel rendelkezők (pl. természetvédelmi őr, pásztor) információi.

39 1996 és 2004 között 176 helyszínt jártunk be, amelyeket a következőképpen jellemeztük: - időpont, - pontos hely megjelölése az 1: agrotopográfiai térképeken az EOV-rendszerben a kordinátákkal, után GPS-el adtuk meg a helyét, - leírtuk a környezetét, - jellemeztük a növényzetét, - megmértük a talaj felső rétegének vezetőképességét 0-40 cm között.

40 A sókivirágzásos helyszíneken a szokásos adatokon kivül: leírtuk a sókivirágzást és környezetét, por és bolygatatlan mintát vettünk a kivirágzásból, megmértük a hőmérsékletet, talajmintát vettünk a felszíni szintből, 15 esetben talajszelvényt vettünk fel, amelyeknél az egész szelvényt mintáztuk meg, talajvízmintát vettünk.

41 A sóásványok meghatározása röntgendiffrakcióval és elektronsugaras mikroelemzéssel kombinált pásztázó elektronmikroszkóppal történt: A röntgendiffrakciós felvételeket Kovács-Pálffy Péter készítette és értékelte, Az elektronsugaras mikroelemzéssel kombinált pásztázó elektronmikroszkóp felvételeket Kovács Árpád és Szakáll Sándor készítette és értékelte:

42 Sókivirágzás pásztázó elektronmikroszkópos felvétele: gipsz, Sarród

43 Sókivirágzás pásztázó elektronmikroszkópos felvétele: trona, Fülöpszállás

44 Sókivirágzás pásztázó elektronmikroszkópos felvétele: termonátrit, Újfehértó

45 Sókivirágzás pásztázó elektronmikroszkópos felvétele: nahkolit, Petőfiszállás

46 Sókivirágzás pásztázó elektronmikroszkópos felvétele: thénardit, Sarród

47 Sókivirágzás pásztázó elektronmikroszkópos felvétele: halit, Egerlövő

48 A sókivirágzások közül előfordultak mind nátrium klorid- (halit), mind nátriumszulfát- (thénardit), mind nátriumkarbonátásványok (nahkolit, nátron, termonárit és trona). Kettős só ásványok igen ritkák voltak: blödit (Sarród) és a burkeit (Apaj). Csak egy helyen fordultak elő magnéziumszulfátásványok: epsomit és hexahidrit (Tata), a burkeit (Apaj), a nahkolit (Petőfiszállás), a nátron (Újfehértó) és a termonátrit (Petőfiszállás, Konyár és Újfehértó) ásványokat most írták le először hazánkból, több ásvány igen kis mennyiségben fordult elő (blödit, burkeit, nahkolit, nátron) további vizsgálatuk ezért szükséges.

49 A sóásványok gyakorisága a kivirágzásokban (4%-os gyakoriság felett) % gipsz epsomit hexahidrit nahkolit nátron termonátrit trona thénardit halit blödit burkeit

50 % Sóásványok előfordulásának gyakorisága világszerte (5%-os gyakoriság felett) 25 21, ,2 15 9,7 10 7,2 8,1 7,6 5 0 epsomit hexahidrit thénardit mirabilit konyait halit

51 A sóásvány-társulások gyakorisága a kivirágzásokban (5%-os gyakoriság felett) 25 23, ,5 10,5 10 7,9 5,3 5,2 5,2 5,2 5 0 thénardit burkeit termo-nátrittrona tronathenardit gipsz-tronathenardit gipsz-termonatritthenardit tronathénardit-halit gipszthenardit

52 % A sóásvány-társulások gyakorisága a világszerte (1,5%-os gyakoriság felett) ,1 30, ,8 1,8 0 epsomithexahidritkonyait konyait-mirabilitthénardit blödit-konyait burkeit-tychit

53 Felszíni sókivirágzások előfordulása között

54 Sókivirágzás a hortobágyi Nyírőlaposon (Dr. Tóth Tibor felvétele)

55 Sókivirágzásos felszín Konyáron; július 16. (Dr. Tóth Tibor felvétele)

56 Sókivirágzásos felszín Balmazújvároson; július 17. (Dr. Tóth Tibor felvétele)

57 Sókivirágzásos felszín a Hortobágyon, augusztus 8. (Dr. Tóth Tibor felvétele)

58 Sóásványok elterjedésében lévő földrajzi különbségek - I Uralkodóan karbonátos sóásvány-társulások: Tiszántúlon részben (nátron, termonátrit, trona) Uralkodóan szulfátos sóásvány-társulások: Dunántúlon (blödit, epsomit, gipsz, hexahidrit thénardit), Tiszántúlon részben (gipsz, thénardit) Tiszától É-ra (gipsz, thénardit) Uralkodóan kloridos sóávány-társulások: Tiszántúlon részben (halit)

59 Sóásványok elterjedésében lévő földrajzi különbségek - II Karbonátos-szulfátos sóásvány-társulások: Dunavölgyben, Duna-Tisza közén részben (trona, termonátrit, thénardit) Tiszántúlon részben (trona, termonátrit, thénardit) Karbonátos-szulfátos-kloridos sóásványtársulások: Tiszántúlon részben (trona, thénardit, halit; termonátrit, thénardit, halit)

60 Hazai sókivirágzások változása az időben Évszakos - néhány éves változások: több pontról van ismételt mintavétel. Két helyről (Hortobágy, Zabszék) pedig rendszeresen vettünk mintát a szezondinamika kimutatására: azonban egyértelmű változásokat nem találtunk. Évtizedes - évszázados változások: a kutatások alatti előfordulások összehasonlítása az azt megelőző adatokkal.

61 Sókivirágzások előfordulásai 1998 előtt

62 Sókivirágzások előfordulása között

63 A múltban ( ) jóval gyakoribbak voltak a sókivirágzások, amikor 65 helységben közel 107 ponton fordultak elő, mint a jelenben ( ), amikor 29 községben 39 ponton találtunk felszíni sókivirágzást, kiterjedésük a jelenben jóval kisebb.

64 Sóásványok előfordulásának összefüggései a környezetükkel: Környezeti tényezőkkel, így éghajlati tényezők, növényzet és talajvíz (mélység és összetétel), Talajtani tényezőkkel, így talajtípus, talaj-felszíni vezetőképesség, folyadékfázis összetétele,

65 Környezeti tényezők: Éghajlati tényezők: az 1998 és 2001 közötti adatokra megkértük az Országos Meterológiai Szolgálat legközelebbi mérőállomásának a mintavétel idejéhez legközelebbi mérési időpontjának adatait: az átlaghőmérséklet 26,5 o C volt (szélső értékek 17,0-30,9 o C), a relatív átlag páratartalom 51,5% (34-78%). A helyszínen a napsütötte felszínnél mért hőmérséklet általában 1,7-7,8 o C-al volt magasabb. A legutolsó csapadék óta eltelt idő 1 és 18 nap között volt. A mintavétel előtti napon esett csapadék elenyésző volt.

66 Az ásványok képződésére jellemző hőmérséklet és páratartalom adatok (szakirodalom alapján): A nátron kiválását 25 o C alatt tételezik fel, a stabilitási diagram szerint a termonátrit képződése 35 o C felett várható (Monnin és Schott, 1984) és a nátron dehidratációs termékének tekintik (Stoops, 1987), a mirabilit kristályosodása o C alatt várható, számos tényezőtől függően (Donner és Lynn, 1986; Keller et al, 1986),

67 A blöditet általában a konyait dehidratációs termékének tekintik. Észak -Dakotában (USA) 6,3-37,9 o C közötti hőmérséklet tartományban figyelték meg (Keller et al. 1986), a hexahidritet az epsomit dehidratációs termékének tekintik, az átalakulási hőmérséklet a relatív páratartalomtól függően 22 és 26 o C között van (Workman és Rader, 1961; Tien és Waugh, 1969 cit. Keller et al. 1986).

68 A sókivirágzások előfordulásának összefüggése a növényzettel: A sókivirágzásos felszíneken csak néhány növényasszociáció fordult elő, így a Puccinellietum limosae és a Camphorosmetum annue

69 Puccinellietum limosae (Dr. Tóth Tibor felvétele)

70 Camphorosmetum annue (Dr. Tóth Tibor felvétele)

71 Összefüggése a talajvízzel: A talajvíz mélységgel: azokon a pontokon ahol talajszelvényt tártunk fel, az átlagos talajvíz mélység 161cm volt, a szélső értékek cm között. A talajvíz összetételét a CO 3 -HCO 3 SO 4 -Cl háromszögdiagramban adtuk meg, amely szerint a talajvíz anionösszetételének uralkodó jellege egybeesett a képződő sóásvány anionjával.

72 Sóásványok anionösszetétele és a talajvíz összefüggése Cl SO 4 CO 3 -HCO 3 Jelmagyarázat: karbonátos, szulfátos, kloridos, karbonátos-szulfátos sóásványok

73 Összefüggése a talajtípussal és a talajtulajdonságokkal: Talajtípussal: a talajszelvényből történő mintavételeknél ez az arány a következő volt: szoloncsák - 46,7%, szoloncsák-szolonyec - 6,7%, kérges réti szolonyec - 40,0%, nem szikes talaj - 6,7%.

74 Talajtulajdonságokkal: A sókivirágzások olyan talajfelszínen fordultak elő, amelynek vezetőképessége a 0-40 cm-es rétegben legalább 4,8 ds/m volt. A felszíni talajszint folyadékfázisának összetételét a telítési kivonat elemzésével jellemeztük és a CO 3 - HCO 3 SO 4 Cl háromszögdiagramban adtuk meg:

75 Sóásványok anion összetételének és a felső talajszint folyadékfázis összetételének összefüggése Cl SO 4 CO 3 -HCO 3 Jelmagyarázat: karbonátos, szulfátos, kloridos, karbonátos-szulfátos sóásványok

76 Köszönetnyilvánítás Hálás köszönettel tartozunk: Kovács Árpádnak (ME Fémtani Tanszék) a pásztázó elektronmikroszkópos felvételek elkészítéséért, Sajó Istvánnak (MTA Kémiai Kutató Központ) több röntgendiffraktogramm elkészítéséért és értékeléséért, Az Országos Tudományos Kutatási Alapnak a T23564 és a T37364 számú témák finanszírozásáért.

77 SZIKES TALAJOK MIKRO- MORFOLÓGIÁJA Mikromorfológiai sajátságok az alábbi talajtani jellemzőkhöz: - hidromorf hatás, - adszorbeált nátrium felhalmozódás, - nátriumsók felhalmozódása, - humusz-agyag komplexum megbomlása, kilúgzódás

78 Hidromorf hatás: Vas- és mangánkoncentrálódások: vas-mangánbevonatos vázszemcsék (dunavölgyi karbonátos szoloncsák talajok-lúgos kémhatás, korlátozott vas-mangán mobilitás), vas-mangánkonkréciók (váltakozó nedvesedés-száradás), mangánkiválás (gyenge, pár napos vízhatás), vas-mangánborsó, éles határvonalú, vas-mangánborsó, diffúz határvonalú

79 Mikromorfológiai sajátságok és a redox folyamatok összefüggései

80 Vas-mangánionok Eh-pH diagramja

81 Vas-mangán vázszemcsebevonat (szoloncsákos réti szolonyec talaj, C-szint, Apaj 12)

82 Mangánkiválás (szologyos réti szolonyec, BC-szint, Dévaványa)

83 Vas-mangánkonkréció (réti szolonyec, B 1 -szint, Besenyszög 29)

84 Vas-mangánborsó (réti szolonyec, B 1 -szint, Besenyszög 29)

85 Vas-mangánborsó (szolonyeces réti talaj, A sz -szint, Besenyszög 27)

86 Adszorbeált nátrium felhalmozódás: humuszmobilizálódás (Na-humátok vízoldhatóak), agyagszemcsék mobilizálódása (diszpergálódás, áthalmozódás, felhalmozódás)

87 Humuszszegély (réti szolonyec, B 1 -szint, Apaj 12)

88 Agyagbevonat, beiszapolódás (réti szolonyec, B 1 -szint, Apaj 12)

89 Humuszszegély, agyagkitöltés (réti szolonyec, B 1 -szint, Apaj 12)

90 Nátriumsók felhalmozódása (lásd előbb, SEM-képek)

91 Agyag-humusz komlex megbomlása: agyag- és humusz mobilizálódás jelei (lásd előbb), kimosódás, kilúgozódás jelei (vázszemcse gazdag szegélyek és kitöltések)

92 Vázszemcsekitöltés (szologyos réti szolonyec, A-szint, Hortobágy II)

93 Gipszkoncentrálódás (szolonyeces réti talaj, Besenyszög 27, B 2 -szint)