KARSZTFEJLŐDÉS VIII. Szmbathely, 2003. pp. 371-382. OLDATÁSI VIZSGÁLATOK A KÓMAGASI-KÖTENGER (TAPOLCAI-MEDENCE) HOMOKKŐ MINTÁIN VUKICS ADRIENN Szilágyi Erzsébet Keresztény Általáns Iskla 8200 Veszprém, Iskla u. 6. turaman@mailbx.hu Abstract: J n this s tudy we investigated develpment f pseudkarren jrms f K6magas black fie/d (Taplcaibasin, Hungary). W e studied rck-samples fslubility. W e culd establish, that weight-jss jthse jrcksamples rck are bigger which are nt happen water change. W e can exp/ain that frm these samples fal/ bigger pieces. Ijwe change the water then weight -lass is nt depend the size grain f the simples. The disslutin f the amrphus silica is mre intensity. Therejre quantity f amrphus silica is independent frm the size grain f the rck. l. Bevezetés Tanulmányunkban a Balatn-felvidéki kötengerek hmkköveinek ldódását vizsgáljuk labratóriumi körülmények mellett. A Káli-medence kőtengereivel LÓCZY (1913), CHOLNOKY (1929), BULLA (1954), GYŐRFFY (1957), VERESS (2003), rnig a Taplcaimedence kőtengerével, a Kőmagassal GYŐRFFY (1957) fglalkztt. LÓCZY (1913) és CHOLNOKY (1929) szerint a kőtömböket hrdzó magaslatk egykri turzásk, melyek a Káli-medencével együtt a plicénkri deflációval képzödtek pannóniai hmkból. BULLA (1954) és GYŐRFFY (1957) szerint, a vulkáni utóműködés srán feltörő hidrtermális ldatk kicsapódó kvája cementálta össze a hmkt hmkkővé, amely fagyhatásra később kőtömbökre különült. A hidrtermális kva (amrf kva) jelenlétét a közettani vizsgálatk is megerősítették (KALMIÍR 2000). VERESS (2003) a Káli-medence kötengerein a kőzet szemcsemérete szerint az alábbi kőzettípuskat különbözteti meg.,,a hmkkő me/lett különböző knglmerátumk különíthetők el, amelyek a következők. Finm szemcséjű knglmerátum, amely uralkdóan 2-10 mm szemcseátmérőjű kavicst tartalmaz. A közepes szemcséjű knglmerátum uralkdóan l O mm feletti kavicsból épül fel. A fentiek me/lett elkülöníthető még knglmerátums hmkkő, amelyben uralkdónak tekinthető a 2 mm alatti szemcseátmérőjű hmk és ezen túlmenően a finm-közepes szemcséjű knglmerátum, 371
amely uralkdóan 2-10 mm átmérőjű kavicst tartalmaz, de emellett vannak még benne 10 mm-nél nagybb átmérőjű kavicsk is." /\ l \ l l v \ l öl 50 l l c.fl E.. :100 ll\ >.l< - ö 50 ---: -----+----+- IV. 10 20 30 40 idö (nap) J. J. ábra: A Si 0 2 kristálys és am if váltzatainak ldódása az idő függvényében. Jelmagyarázat: l. kvarc; ll. krisztbalit; lll. pál; IV. amrfkvasav (SlFFERT 1962) Fig 1.1. Slutin f crystalline and amrphus Si0 1 in the functin f the time. Legend: l Quartz, ll Crtistbalite, lll Opal, IV Amrphus silica (SIFFERT J 962) sa~---,-----.-----.----~-~~ amrf kvasuv \dhal6sa90 Ul E 3 1------+------t--_..:... :p.~q~='7".:e-,..---l ci. ci a~----~2~----~4~----~s~----~a-----~, hömersek\et (C 0 } 1.2. ábra: Néhány kvasavfajta ldódásának összehasnlítása (WHITE.-BRANNOCK.-MURATA 1956 után). Fig J.2. The cmparisan f the sme silica kind (after WHJTE-BRANNOCK-MURATA J 956) 372
Hőmérséklet ( 0 C) 25 50 75 100 150 200 c. c. 40 (j -~ -(.J g ~ Lg C (ppm) = 4.829 v; 1 1 ~ 2 10 MF~ 4 3.50 2.00 J.3. ábra: Amrf kva és kristálys kvarc ldódása a hőmérséklet függvényében (WHITE et al. J 988). Jelmagyarázat: S kisérleti eredmények alapján (SIEVER; R. 1969. után) MFR: MOREYet al. (1962.; 1964 után); K: amrf kva kildódási görbéje (KRA USKOPF 1956 után). Figure 1.3. The slutin f the amrphus silica and crystallized quartz in thefunctin f the temperaiure (after WHITE et al.1988). Legend: S: Acerding t experimental resu/ts ( acerding t SIEVER 1969) MFR: after MOREY et al (1962, 1964), K: Functinal curve f the slutin f the amrphus silica ( acerding tkra USKOPF 1956) Q Q Ei 100 "' >..., 50 ~ 10~---+----~----L---~---- 0 C 10 20 30 t.o idö ( nap) 1.4. ábra: Amrfkvasav ldódása a hőmérséklet.függvényében. l..,actige/", ll. príttt amrf kvasav 20 "C-n, lll. amrfkvasav 250 "C-n vízben (nymás alatt) (SIFFERT 1962 után) Figure 1.4. The slutinability f amrphus silica in the [uncti n f the ph (SIFFERT J 962). Legend: l. The Si(OH),field f the mlecular si/ica-in, 2. The HJSiO,field f the silicate-in 373
A kötengerek kőtömbjein a következő pszeudkarrs frmák találhatók meg: vályúk, kürtők, madáritatók, karrasztalk, hmkkőplignk, lépcsők, gyűszűkarrk, színlők, zsebek, tafnik, barlangk (VERESS 2003). E frmák a kőtengereket felépítő kőzet ldódása következtében alakulnak ki. VERESS (2003) szerint a kőzet - miután az amrf kva ldódik - aprózódik, és a kisebb szemesék elszállítódnak. Ugyanis a kristálys kva az amrfkaváhz képest alig ldódik (SIFFERT 1962, 1.1-1.4. ábra). 2. Oldatási kísérlet A kőzet ldódásának jbb megismerése miatt az alábbi ldatási kísérleteket végeztük el. 2.1 A kísérlet leírása Hárm kísérletsrzatt flytattunk különböző ldatási környezetben. Az első esetben, az ldatási környezetet nem váltztattuk A kőzetminták ll hétig ugyanabban az ldatban álltak (I táblázat). A másdik esetben aznban igen, itt az ldatási idő 8 ill. l O hét vlt (II táblázat). l táblázat Table 1 Az állandó ldatban álló kőzetminták súlyának váltzása grammban és százalékban a kísérlet elején és végén. The weight-lss f sme rck-samples w h en water change was nt happen mintavétel száma mintavétel helye Salfóld, egy madár- 2002/ l 0/29/ l itató pereme Nagy-Kőmagas, 2002/l 0/2912 egy kőtömb ldala, egy hasadék mentén Kis-Kőmagas (K-i 2002/11/12/7 ldal, ua., mint a 6. minta) Kis-Kőmagas (K-i 2002/1 1/12/8 ldal, ua., mint az 5. minta) 2002/ll/27/A Kis-Kömal!;as 2002/11/27/C Kis-Kőmagas kőzet szemcse mérete h. h. f. h. h. f. eredeti súly ldás utáni fgyás %-ban [gr) súly [gr] 8,1675 8,1411 0,3232% 7,4641 7,4344 0,3979% 17,2112 17,1666 0,2591% 18,3976 18,3 823 0,0831% 13, 1312 13, 1003, 2353% 14,3108 14,2725 0,2676% ldatás ideje [hét] ll ll ll. ll ll ll h = hmkkő f= finm szemcséjű knglmerátum h= sandslne f= fine grain cnglmerate 374
ll. táblázat Table ll. A hetenkénti ldatcserés kísérletben résztvevő kőzetminták súlyának váltzása grammban és százalékban a kísérlet elején és végén The weight-lss f sme rck-samples when water change hppened weekly mintavétel száma mintavéte1 helye 2002/l 0/29/3 Salföld, egy madáritató pereme (ua. mint az l. minta) 2002110/29/4 Nagy-Kőmagas, egy kőtömb ldala (ua. mint a 2. minta) közet szem- eredeti súly az utlsó fgyás %-ban cse- [gr) ldatás utáni mérete súly[gr] h. 15, 2168 15, 1561, 3989% h. 17,3629 17,3241, 2096% ldatás ideje [hét) 10 10 2002/ l 0/29/5 Kis-Kömagas (K-i ldal, egy kibillent kőtömb - röl) 2002/l 0/29/6 Kis-Kömagas (K-i ldal, egy kibillent kőtömbröl) 200211 1/27/B Kis-Kőmagas 200211 1127/D Kis-Kőmagas h = hmkkő f =finm szemcséjű kng/rnerótum h= sandslne f= fine grain cng/mera/e h. 15,4941 15,4815 0,0748% f. 13,0463 12,9914 0, 4031 % h. 17, 1329 17,0234 6, 3912% r. 22,9087 22,8416 0,2929% 10 10 8 8 Az l. szám ú kísérletben a 2002/l 012915 és a 2002/ l 0/29/6 mintákn hetente cseréltük az ldatt, a 200211111217 és a 2002/ 11/12/8 minták pedig állandó ldatban álltak. A 2. számú kísérletben a 2002/11/27/B és a 2002/ 11/27/D mintákn hetente cseréltük az ldatt, a 2002/11/27/A a 2002/11/27/C minták álltak állandó ldatban. A 3. számú kísérletben a 2002/10/29/3 és a 2002/10/29/4 mintákn cseréltük hetente az ldatt, míg a 2002/10/29/1 és a 2002610/29/2 minták álltak ugyanabban az ldatban ll héten keresztül {1., II. táblázat). 2.2 Az ldatás srán alkalmaztt módszer Az ldatás körülményeit a következőképpen alakítttuk ki. Megtisztítttuk és kiszárítttuk a mintákat, majd az ismert tömegű minták mennyiségét 13- as ph-jú, 0,1 mlldm 3, 100cm 3 NaOH ldatba helyeztük. Miután a mintákat 375
az ldatból kivettük, csapvízzel lemstuk, majd 2xl napt álltak cserélt desztillált vízben. (Ha nem áztattuk vlna ki a mintákat, akkr a NaOH szárításkr megszilárdult szemcséi a kőzetszemcsék közé beépülve növelhették vlna annak súlyát.) Ezután a mintákat szárítógéppel kb. 60 C-n száritttuk súlyállandóságig, majd egy-két napt szabad levegőn hagytuk állni. V é gül lernértük a kőzetmintákat és a hetenkénti ldatcserénél újra ldatha helyeztük. Mindhárm esetben két-két darab mintával flytattuk a kísérletet. 3. Eredmények értékelése Az l. sz. kísérlet, különböző szemcseméretű mintákn történt. A hmkkő és finmszemcséjű knglmerátum mintákat Kis-Kőmagas területéről gyűjtöttük E minták esetében mind az állandó ldatban lévő és mind a hetenkénti ldatcserés mintáknál a finmszemcséjű knglmerátumnál tapasztaltuk a nagybb súlycsökkenést (2.1, 2.2. ábra, l, Il táblázat). A 2. számú kísérlethez ugyanazn kőmagasi kőtömb két különböző kőzetéből származtak a minták. A kőtömb felső knglmerátums rétege épségben megmaradt, alatta visznt a hmkkő réteg számttevően kildódtt. A fenti helyekről vett mintákn is elvégeztük az ldatást. Ebben az esetben a kétféle ldatás srán a kőzetminták súlya eltérően váltztt. Azn mintáknál, ahl hetente cseréltük az ldatt, jbban ldódtt a hmkkő, mint a finm szemcséjű knglmerátum. Ez arra utal, hgy ebben az esetben a hmkkőnek vlt nagybb az ldódó anyag tartalma (2.3, 2.4. ábra, II táblázat). A 3. számú kísérletnél különböző területek (Kőmagas és a Salföldikőtenger) azns szemeseméreru kőzeteit ldattuk. Salföldön mélyebb és gyakribb ldáss frmák alakultak ki, mint Kőmagasn. Ezért feltételeztük, hgy a Salföldi-kőtenger kőtömbjeinek ldható anyag tartalma nagybb, mint a kőmagasi kőtömböknek Azknál a mintáknál, ahl hetente cseréltük az ldatt, a súlycsökkenés a salföldi mintáknál a nagybb. A salföldi minta jbban ldódtt, mint a kőmagasi. Feltételezésünk beigazlódtt, a salföldi mintának nagybb tehát az ldható anyag tartalma (2.5, 2.6. ábra, Il táblázat). Ugyanakkr azn minták esetében, ahl az ldat hetenkénti cseréje nem történt meg, a kőmagasi mintának csökkent a súlya nagybb méctékben (I táblázat). Megfigyelhetjük, hgy a hetenkénti ldatcserénél mindhárm kísérlet esetében az első 3-4 hétben történt nagy súlycsökkenés. A 3-4. héttől a súlycsökkenés nem vlt számttevő. A kismértékű váltzás valószínűleg a 376
levegő eltérő páratartalmára vezethető vissza. Ez jelzi, hgy az első hetekben már megtörtént a könnyebben ldódó kva ldatha kerülése. Az állandó ldatban lévő mintáknál nem tudtuk a tömeget hetente mérni, de tt is megfigyelhettünk váltzáskat. Néhány hét után már egészen zavars vlt az ldat és észlelhetők vltak az üvegcsében a -kőzetről levált, leldódtt szemcsék, melyek a cementáló anyag felldódása miatt estek szét, és különültek el a mintáktól. Ez a flyamat is az első hetekben játszódtt le. A későbbiekben már nem vlt látható váltzás, azaz nem vált zavarsabbá az ldat. A rendszeres ldatcsere kiküszöbölte az ldószer telítődését és az egyensúlyi flyamat helyett a váltzást az ldódás irányába tlta el. Ezért az eredmények közül részletesen a rendszeres ldószer cserével végzett vizsgálatkat elemeztük (2.1-2.6. ábra). tömeg [gr] y = 15, 4885 B= 0,623 K=0,789 S =O. x0,0004 = 15,4885 X0,0004 15.00-r----,----...----.,----+ 10 20 30 t(hét) 2.1. ábra: 2002110/29/5 számú minta súlyának váltzása az ldatás srán az idó.fiiggvényében. Fi g 2.1. Weight-lss f number 200211012915 sampleinthe functin f the time dun ng the disslutin 377
tömeg [g!] 15.80- = 13 0328.,.0,0015 = 13,0328 y ' x 0015 x ' B =0,831 K= 0,912 S =O 15.00-+----r----,...---r-----r----.,.--+ 5 10 15 20 25 t(hét) 2.2. ábra: 2002110/2916 számú minta súlyának váltzása az ldatás srán az idő függvérryében. Fi g 2.2. Weight-lss f number 200211012916 sample int he [uncti n f the time du ring the disslutin = 171417. -0,0036 = 17,1417 y ' x 0036 X' B= 0,959 K=0,97~ S =O 16.5 16.00-t----,---,.----r----.--,.----r--+ 5 10 15 20 25 30 t(hét) 2.3. ábra: 2002111127/B számú minta súlyának váltzása az ldatás srán az idő függvényében. Fig 2.3. Weight-lss f number 200211 I/27/B sample int hefunctin f the time during the disslutin 378
=22 9196. -0,0017 = 22,9196 y ' x 0017 X' B= 0,924 K= 0,9611 S =O 22,00-1-----,---r----r--.,-----.---r--- 2 4 6 8 10 12 t(hét) 2.4. ábra: 2002111127/D számú minta súlyának váltzása az ldatás srán az időjuggvényében. Fig 2.4. Weight-lss f number 2002111127/D sample int hefunctin f the time during the disslutin tömeg [gr] = 15 2024. -0,0014 = 15,2024 y ' x 0014 X' B= 0,850 K= 0,922 S =O 14.60;4----...-------...------r----+ 10 20 30 t(hét) 2.5. ábra: 200211012913 számú minta súlyának váltzása az ldatás srán az idő.függvényében. Fig 2.5. Weight-lss f number 2002110/29/3 sample int hefunctin f the time during the disslutin 379
tömeg [g t] 17.80 17.60 = 17 3506. -0,0007 = 17,3506 Y ' x 00007 X' B= 0, 730323 K=0,85S S =O 17.40 17.20 17.00 16.80-t--...---,--...---,---.,---.,----+ 5 10 15 20 25 30 t(hét) 2.6. ábra: 2002110/29/4 számú minta súlyának váltzása az ldatás srán az idő függvényében. Fig 2.6. Weight-lss f number 200211012914 sampleinthe fu nelin f the time during the disslutin 4. Megbeszélés A kva (Si02) nátrium-hidrxidban az alábbi módn ldódik. Si02+2NaOH~Na2Si03+H20 (l) A keletkező nátrium-szilikát (Na2Si03) víz ldható, de a vizes ldatból az ldatba belépő szén-dixid hatására könnyen képződik kllid csapadék. A keletkező szénsav H20+C02+-+H2C03 (2) a nátrium-szilikát vizes ldatában reakcióba lép és kvasav keletkezik, amely csapadék frmájában kllid méretű részecskék képződésével kiválik. Na2Si03+H2C03~Na2C03+H2Si03 (3) Azaz azns időegység alatt azns kncentrációjú és térfgatú nátrium-hidrxid a k ristálys s ~erkezetű k vából kevesebbet ld fel, m int a z amrf szerkezetűböl. Így a leldódtt közet szemesék tömege is kevesebb lesz az azns szemcseméretű hmkkövekből, ha annak cementáló anyaga az előzökben bemutattt labratóriumi tapasztalatk alapján. Feltételezhetjük, hgy tt ahl kevesebb szemcse ldódtt le, tt kristálys kva vlt a 380
cementáló anyag, míg a nagybb tömegű leldódás esetében amrf szerkezetű a cementáló kva. Összetettebb a helyzet knglmerátumk esetében. A leldódó kőzetszemcsék mérete igen váltzó (közel sem hmgén) így a leldódó szemesék tömegét elsődlegesen és véletlenszerűen a leldódó -szemesék mérete határzza meg. A rendszeres ldatcsere (azns kncetrációjú és térfgatú ldatk újra felöntése) lehetövé teszi, hgy flyamats legyen a cementáló anyag ldódása, azaz mindig újabb és újabb felületek lépnek reakcióba a közel azns kncetrációjú ldatkkal Ebből adódik, hgy a leldás mennyisége az idő fiiggvényében nő. A súlycsökkenés mértéke az amrfkvatartalmtól fu gg. Ezzel szemben, ha nem cseréljük az ldatt, az ldószer lúgtartalma fkzatsan csökken (l), a légkörből beldódó szén-dixid (2) növeli az ldat szénsavtartalmát, amely a már ldódtt nátrium-szilikáttallép reakcióba (3), ~s kvasav (H 2 Si03) válik ki. A kllid méretű kvasav részecskék az ldat színét megváltztatják Az ldat fehéren palizál. A leldtt közetszemesék felületére a kcsnyás gélszerű kvasav rátapad, arról nehezen lesz eltávlítható, a leldtt kőzetszemcsék emiatt visszacementálódnak és így utólagsan megnövelik a minta tömegét. Az apró szemcseméretű hmkkövek részecskéinek felülete lényegesen nagybb, mint a nagyszemcse méretű knglmerátumké. Ebből adódik, hgy lényegesen nagybb menynyiségű kvasav tapad meg a kis szemcseméretű és hmgén összetételű hmkköveken, mint a hetergén szemcseméretű knglmerátumkn. Ez a különbség a leldtt anyagk tömegében is jelentkezik. 5. Következtetések - A leldáss módszer alkalmasnak tűnik közel azns szemcseméretű hmkkövek kva kötőanyagának minősítésére, amrf vagy kristálys vltának jelzésére. -A módszert zavaró tényező a szén-dixid, amely kiiktatása tvábbi kísérletet igényel. - A knglmerátumk kötőanyagának elővizsgálatára a módszer jelenlegi frmájában nem alkalmas. - A kísérlet alapján feltételezhető, hgy Salföld területéről vett minták kötőanyaga amrf kva. 381
IRODALOM BULLA B. (1954): Általáns természeti féldrajz II. köt. - Tankönyvkiadó, Budapest. CHOLNOKY J. (1929): Magyarrszág féldrajza- A Föld és élete, VI. köt. Frank:lin Társulat, Budapest. EMSZT K. (1911): Balatnmelléki kőzetek, vizek és gáz chemiai elemzése A Balatn Tud. Tanuim. Ered. I. köt. VIII. fej. 1-17. Budapest. GYÖRFFY D. ( 1957): Gemrflógiai tanulmányk a Káli-medencében Földr. Ért. VI., p. 265-299. KALMÁR J. (2000): V éknycsiszlatk ásványtam analízise - Kézirat, MÁFI. KRAUSKOPF, K. B. (1956): Disslutin and precipitatin f silica at lw temperatures- Gechim. Csmchim. Acta 10, p. 1-26. LÓCZY L. (1913): A Balatn környékének gelógiája és mrflógiája - A Balatn Tud. Tanuim. Ered. I. köt. L rész, l. szakasz. Budapest. MOREY, G. W.-FOURNIER, R. 0.-ROWE, J. J. (1962): The slubilityt Quartz in water in the temperature interval frm 20 t 300 C - Gechim. Csmchim. Acta, 26, p. 1029-1043. MOREY, G. W-FOURNIER, R. 0.-ROWE, J. H. (1964): The slubility f amrphus silica at 25 C- J. Gephys. Res. 69, p. 1995-2002. SIFFERT, B. (1962): Quelques reactins de la silice en slutin: I a fnnatin des argiles - Mémires du service de la carte gélgique d' Alsace et de Lrraine, 21, p. 50-75. VERESS M. (2001): A Káli-medence kőtengereinek pszeudkarrjai.- In: A vizek és az ember (szerk.: Kvács J.-Lóczy D.), Pécsi Tudmányegyetem Természettudmányi Kar Földrajzi Intézet, p. 259-281. Pécs VERESS M. (2003): Adalékk a hmkkő anyagú kötengerek (Kálimedence) pszeudkanjainak mrfgenetikájáhz- Zirci Természettud. Múzeum Közleményei (megj. alatt) WHITE, B. W. ( 1988): Gemrphlgy and Hydrlgy f karst terrains Oxfrd University Press, New Yrk WHITE, D. F.-BRANNOCK, W W-MURATA, K. S. (1956): Silica in ht spring waters- Gechim. Et Csmchim Acta, 10, p. 27-59. 382