Környezettudományi Doktori Iskola Környezetfizika Program I. Évfolyam. Magyar Földtani és Geofizikai Intézet

Átírás

1 Agyagásványok komplex környezeti szempontú vizsgálata: nemzetközi sztenderdek és magyarországi rezervoár fedőkőzetek alapján; a víztartalom változásával az agyagásványos közeg fizikai és kémiai tulajdonságaiban bekövetkező változások nyomonkövetése UDVARDI BEATRIX Környezettudományi Doktori Iskola Környezetfizika Program I. Évfolyam TÉMAVEZETŐK: KOVÁCS ISTVÁN, PH.D. Magyar Földtani és Geofizikai Intézet SZABÓ CSABA, PH.D. Kőzettani és Geokémiai Tsz., Litoszféra Fluidum Kutató Labor

2 Az előadás vázlata Az előadás vázlata Bevezetés Célkitűzés Eredmények Vizsgált területek- terepbejárás Mintagyűjtés Összefoglalás Szakmai tevékenység

3 Aktuális kutatási irányok Agyagásványok víz-típusainak (felületen kötött, rétegközi, pórusvizek) meghatározása (Salles et al., 2010;Hatch et al., 2012) Folyamatokban betöltött szerepének tisztázása: Illit-szmektit részarányának meghatározása (Srasra et al., 1994; Fuente et al., 2000) Agyagásványok szerepe a földcsuszamlásokban (Yalcin, 2007; Summa et al. 2010)

4 Eddigi eredmények Sztenderd minták vizsgálata- referencia adatrendszer agyagásványok azonosítása Mintaelőkészítési protokoll felületen kötött víz eltávolítása AZONOSÍTÓ HIVATALOS NÉV ELŐFORDULÁS KGa-1b Kaolinite (low defect) Washington County Georgia USA KGa-2 Kaolinite (high defect) Warren County Georgia USA SHCa-1 Hectorite (contains calcite) San Bernardino County California USA STx-1b Ca-montmorillonite (white) Gonzales County Texas USA SWy-2 Na-montmorillonite Crook County Wyoming USA CCa-2 Ripidolite (chlorite) Flagstaff Hill El Dorado County California USA) RAr-1 Rectorite (regular-mixed Garland County Arkansas layer) USA SCa-3 Montmorillonite (Otay) Otay San Diego County California USA IMt-1 Illite (Cambrian Shale) Silver Hill Montana USA IMt-2 Illite (Cambrian Shale) Silver Hill Montana USA ISCz-1 Illite-smectite (I/S) mixed layer (70/30 ordered) Slovakia NAu-2 Nontronite (brown color Alpoor contains tetrahedral South Australia Fe from Uley Mine SBId-1 Beidellite Idaho USA ATR-FTIR Termogravimetria FTIR-KBr XRD Tóth, J., Udvardi, B., Kovács, I., Falus, Gy., Szabó, Cs., Troskot-Čorbić, T., Slavković, R. : Analytical development in FTIR analysis of clay minerals, MOL Scientific Magazine,

5 Eddigi eredmények Szmektit-illit jelenlétére érzékeny technikaintenzitás, sávterület Tóth, J., Udvardi, B., Kovács, I., Falus, Gy., Szabó, Cs., Troskot-Čorbić, T., Slavković, R. : Analytical development in FTIR analysis of clay minerals (in press)

6 Eddigi eredmények A Pannon-medence öt területén (Kisalföld, Zala-és Dráva-medence, Pannon-medence központi sekély részén, észak-magyarországi medencék, Alföld) vizsgálták az illitesedést, több mint 30 fúrás adatait értékelték a szmektit illitté alakulása (S I) szempontjából (Hámor-Vidó & Viczián; 1993): Sekély zóna ( m) ~80% S-tartalom (értékek erősen szórnak)- különböző eredetű és minőségű áthalmozott anyag Átmeneti zóna ( m) 80%-ról 20%-ra csökken a S Mély zóna ( m) a szmektit illitté alakulása nem ment teljesen végbe Tanács & Viczián (1995)

7 Mélység (m) Mélység (m) Eddigi eredmények Doboz-1 Integrált víz terület ,0 Vízvár-1 Integrált víz terület , ,0 500, ,0 1000, ,0 1500, ,0 2000, ,0 3200,0 2500, ,0 3000, ,0 3500,00 Doboz-1, Víz-1; S= 20-40% (Hámor-Vidó & Viczián, 1993) Ammónia megjelenése az illitben indikátor értékű a közeli szervesanyag felhalmozódásra, (Foscolos & Powell, 1987, Powell et al. 1988), infravörös módszerekkel jól detektálható <2μm, ülepítéssel leválasztott Jól dokumentált rétegsorok: Tanács & Viczián (1995)

8 Természetes minták-környezeti szempontú vizsgálatok Illit törmelékes, szmektit, kaolinit in situ, diagenetikus (Nemecz et al., 2000) Mintaelőkészítés- felületen kötött víz nagy részének eltávolítása rétegközi víz detektálása Szmektit a paleotalaj mintákban : Beremend: %; Paks: % Szmektit a lösz mintákban: Beremend: %; Paks: 0 30 % Nagyobb szmektit tartalom intenzívebb kémai mállás Kaolinit a paleotalajokban relatíve több mállás előrehaladottabb fokára utalhat

9 Vizsgált területek-terepbejárás (Dunaújváros, Rácalmás, Kulcs, Ercsi) Újvári et al., 2009 Dunaújváros-Táborállás

10 Mintavételezés Lejtés irányában, a Dunára merőlegesen Üledék mintavétele fúrásból és a felszínről Agyagásvány leválasztás, ATR-FTIR, DTA, XRPD Egyidejű vízmintavételek- összevethető Cél: a folyamat megértése átalakulás nyomon követése ( eső-, szenny-, ipari víz-üledék kölcsönhatás) hosszú távú stabilizálási munkálatok sikerességének elősegítése

11 Összefoglalás Agyagásványok azonosításához infravörös spektrometriai adatbázis készült elősegítve a megbízható azonosítást Alkalmazás természetes mintákon: lösz-paleotalaj sorozatokban a víz- és agyagásvány-tartalom klímaindikátor Természetes mintákon a mérések folyamatosan zajlanak A mintagyűjtés folyamatban van...

12 Szakmai tevékenység Megjelent cikk referált külföldi folyóiratban: Szabó, K. Zs., Udvardi, B., Horváth, Á., Bakacsi, Zs., Pásztor, L., Szabó, J., Laczkó, L., Szabó, Cs. (2012): Cesium-137 concentration of soils in Pest County, Hungary, Journal of Environmental Radioactivity, 110, 38-45, IF: 1,466 Megjelent cikk nem referált folyóiratban: Szabó, K. Zs., Udvardi, B., Horváth, Á., Bakacsi, Zs., Pásztor, L., Szabó, J., Laczkó, L., Szabó, Cs. (2012): A talajok cézium-137 koncentrációja Pest megyében. Nukleon, 109, 1-6 Tóth, J., Udvardi, B., Kovács, I., Falus, Gy., Szabó, Cs., Troskot-Čorbić, T., Slavković, R. : Analytical development in FTIR analysis of clay minerals. MOL Scientific Magazine, 1, Megjelenés alatt: Magyari, E. K., Demény, A., Buczkó, K., Kern, Z., Vennemann, T., Fórizs, I.; Vincze, I., Braun, M., Kovács, I. J., Udvardi, B., Veres, D. (2011): A 13,600-year diatom oxygen isotope record from the South Carpathians (Romania): reflection of winter conditions and possible links with North Atlantic circulation changes, Quaternary International Kovács, I., Green, H.D., Rosenthal, A., Hermann, J., O Neill, H.St.C., Hibberson, W.O., Udvardi, B. (2012): An experimental study of water in nominally 1 anhydrous minerals in the upper mantle near the water saturated solidus. Journal of Petrology Szakmai jelentések Kovács, I, Falus, Gy., Udvardi B. (2011): Agyagásványok komplex ipari szempontú vizsgálatának költséghatékonyabbá tétele, különös tekintettel az infravörös spektroszkópiára, MOL Nyrt. részjelentés I., p. 87 Kovács, I, Falus, Gy., Udvardi B. (2011): Agyagásványok komplex ipari szempontú vizsgálatának költséghatékonyabbá tétele, különös tekintettel az infravörös spektroszkópiára, MOL Nyrt. részjelentés II., p. 34

13 Szakmai tevékenység Konferencia részvétel: Téli Ásványtudományi Iskola,, január , Balatonfüred (magyar nyelvű előadás) VIII. Kárpát-medencei Környezettudományi Konferencia, április , Veszprém előadás KDI támogatásával EGU European General Assembly, április , Bécs - KDI támogatásával (2 poszter prezentáció) MSCC-CEMC, 2012, április , Miskolc (2 poszter prezentáció) Társszerzős konferencia, részvétel nélkül: Raveloson, A., Visnovitz, F., Udvardi, B., Molnár, G., Székely, B.: 3D modeling and analysis of lavaka phenomenon in Madagascar. ISZA, március , Tatabánya Konferencia kiadvány: Udvardi, B., Kovács, I., Szabó, Cs., Mihály, J., Németh, Cs. (2012): Aggregation of kaolinites and swelling-drying effect in microaggregates of bentonites. VIII. Kárpát-medencei Környezettudományi Konferencia kötet, Külföldi laborlátogatás ösztöndíjjal és mérések végzése: ELETTRA, SISSI, március 28- április 2., Trieszt Egyéb: Konzultációs tevékenység diplomamunkában Raveloson A. (2012): Eróziós formák vizsgálata és fotogrammetriás modellezése Madagaszkáron, Környezettudományi Centrum, Geofizikai és Űrtudományi Tanszék, ELTE, p. 71 BSc szakdolgozat bírálata

14 Köszönöm a figyelmet! Köszönettel tartozom: Kovács István, Szabó Csaba Földvári Mária, Hámor-Vidó Mária, Fancsik Tamás, Nagy Péter, Viczián István, Füsi Balázs, Deák Villő (Magyar Földtani és Geofizikai Intézet) Mihály Judith, Németh Csaba (Kémiai Kutatóintézet Spektroszkópiai laboratórium) Raucsik Béla, Magyari Enikő Székely Balázs, Raveloson Andrea (Geofizikai Tanszék, ELTE) Tóth Judit (MOL Nyrt.) A Litoszféra Fluidum Kutató Laboratórium minden tagja Családom A Környezettusmányi Doktori Iskolának a konferencia támogatásokért

15 Vízvár-1 Mintaszám* Mélységközök (m) S% Hőmérséklet ( C) Megj. Beosztás 1 0,00 70, homokkő Kvarter 3 132,00 200, Tihanyi Formáció 5 330,00 450, Tihanyi Formáció 7 525,00 600, Tihanyi Formáció 9 700,00 800, vas Tihanyi Formáció , , Somlói Formáció , , Somlói Formáció , , Tófeji Tagozat , , Tófeji Tagozat , , Tófeji Tagozat , , Nagylengyeli Tagozat

16 Mélység (m) Paks lösz-paleotalaj sorozat Paks Mélység (m) 1 0,7 lösz 3 2,4 lösz 8 5,4 lösz 13 8,9 paleotalaj (BD1) 17 10,9 paleotalaj (BD2) 23 17,1 lösz 27 19,5 paleotalaj (BA) 29 21,4 Lösz (BT) 35 25,3 paleotalaj (MB) 37 27,2 lösz 44 30,5 paleotalaj (Phe) 49 34,5 lösz 50 35,1 paleotalaj (Mtp) 52_2 35,8 paleotalaj (Mtp) 52_3 35,8 lösz 57 38,2 lösz 59 39,5 paleotalaj (PD2) Integrált területek YLS 30 BD=csernozjom BT= Bagi tefra, vezetőszint MB, Phe= barna erdőtalaj Mtp= pszeodogley barna erdőtalaj PD= terra rossa (beosztás: Varga et al. 2011; Újvári et al., 2012) Kémiai mállás ugyanolyan mértékű lehetett YLS és OLS alatt (Újvári et al., 2012) OLS

17 Eddigi eredmények Keverékek vizsgálata Kalcit-kaolinit keverék (KGa-1b, CaCO3-Beremend ) ATR-FTIR, 4 cm -1, 128 Mintaszám* kalcit % agyagminta % tömeg (g) agyag% 0b - KGa-1b ,0099 0,0899 0, ,08 2 0,0204 0,0805 0, ,78 3 0,0404 0,0600 0, ,76 4 0,0601 0,0401 0, ,02 0a kalcit *porított minták

18 A quick guide for the interpretation of clay IR spectra Absorbance SWy-2 H 2 O OH - H 2 O wavenumber (cm -1 ) ATR-FTIR infrared spectrum of the Wyoming- montmorillonite (SWy-2 ) The challenge is that bands related to interlayer and adsorbed water are almost perfectly overlap at ~ cm -1, thus spectral deconvolution is practically unreliable. The bond strength of interlayer water, however, is known to be stronger than that of adsorbed water, thus it is likely that cooking (i.e., drying) in an oven at given temperature and for a given duration would potentially free the spectrum from the unwanted interference of adsorbed water. The determination of this particular temperature and duration for each clay would make it possible to compare infrared spectra quantitatively.