DOKTORI (PHD) ÉRTEKEZÉS TÉZISEI BAKONYI ÉS GERECSEI KARNI (KÉSİ-TRIÁSZ) MEDENCE İSKÖRNYEZETI REKONSTRUKCIÓJA ÁSVÁNYTANI ÉS GEOKÉMIAI VIZSGÁLATOK ALAPJÁN Készítette: Rostási Ágnes okleveles környezetkutató Témavezetı: Dr. Raucsik Béla PhD egyetemi docens PANNON EGYETEM KÉMIAI ÉS KÖRNYEZETTUDOMÁNYOK DOKTORI ISKOLA Veszprém 2011
BEVEZETÉS, CÉLKITŐZÉS A késı-triász uralkodóan száraz éghajlati viszonyai a kora-karni végén drasztikusan megváltoztak. A Ny-Tethys sekélytengeri környezetében a karbonátplatformok növekedését jelentıs mennyiségő durva sziliciklasztos törmelék beáramlása szakította meg, a kontinentális Germán-medencében fluviális üledékek rakódtak le ( Carnian Pluvial Event, CPE). A Dunántúli-középhegységi egység ısföldrajzilag az Északi-Mészkıalpok és a Déli-Alpok között helyezkedett el a Tethys nyugati elvégzıdésénél, így rétegei megırizhették az éghajlatváltozás nyomait. A pelágikus karbonátok lerakódását (Füredi Mészkı Formáció) márgás üledékképzıdés követte (Veszprémi Márga és Sándorhegyi Formáció). A karni ısföldrajzi modell pontosításához elengedhetetlen a kulcsfontosságú szelvények újbóli vizsgálata, agyagásvány-együttesének részletes elemzése, valamint geokémiai jellemzése. A kutatómunka célja a CPE dokumentumaként vélelmezhetı medencefácieső Veszprémi Márga Formáció részletes ásványtani- és geokémiai vizsgálata volt. A reprezentatív kutatófúrások kızetanyagának ásványtani összetételének meghatározása röntgen-pordiffrakciós (XRD) vizsgálatokkal, fı- és nyomelem tartalma röntgenfluoreszcens spektrometria (XRF) és induktív csatolású plazma tömegspektrometria (ICP MS) módszerek alkalmazásával valósult meg. A vizsgálati eredmények értelmezése képet adhat a kevert sziliciklasztos-karbonátos kızetek törmelékanyagának lehordási területérıl. A geokémiai jellemzık megismerése lehetıvé teszi a meglévı fáciesmodell pontosítását, nyomon követhetıvé válhat a lehordási terület (terrigén frakció) minıségi és/vagy mennyiségi változásának érzékelése, a kızettéválás folyamatainak (pl. autigén ásványképzıdés) feltárása és közvetve a kémiai mállás intenzitását befolyásoló éghajlati folyamatok jellemzése. A redoxérzékeny, változó vegyértékő elemek eloszlásának vizsgálata értékes információt szolgáltathat az egykori medence aljzatának oxigénellátottsági viszonyairól. A szakirodalomban általánosan használt elemarányok kiszámításával meghatározhatóvá válnak a terület produktivitási viszonyai, valamint a lehordási terület nagytektonikai karaktere. Az értekezés melléklete a Veszprémi Márga Formáció eddigi biosztratigráfiai eredményeit foglalja össze, amely kiegészítheti egy késıbbi kutatás keretén belül a biosztratigráfiai korrelációt. A képzıdmény vizsgálatával lehetıvé válhat a hasonló korú és kifejlıdéső rétegsorok részletes összehasonlító elemzése, amely hozzájárulhat a pontosabb késı-triász ısföldrajzi kép megrajzolásához és a CPE-vel kapcsolatos vitás kérdések tisztázásához. 2
ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK 1. A Füredi Mészkı Formációt (FMF) reprezentáló Balatonfüred Bfü 1 fúrás és a csopaki öreg-hegyi felhagyott kıfejtı rétegeinek agyagásvány társulásában a korábbi dokumentációval ellentétben kaolinitet azonosítottam. A formáció felsı részét alkotó mészkı-márga rétegzıdés kialakulását elsısorban az eusztatikus tengerszint csökkenésével és a magasabbrendő tengerszintváltozási ciklusokkal hozom összefüggésbe, melynek eredményeként kisebb menynyiségő, platformról származó mésziszap halmozódott át az üledékgyőjtı medencébe. Valószínősítem, hogy a márga rétegek az alacsony relatív tengerszintő idıszakok, míg a köztes mészkırétegek a magas relatív tengerszintő idıszakok üledékei lehetnek. 2. Elsıként határoztam meg és értelmeztem a Balatonfüred Bfü 1, Mencshely Met 1, Veszprém V 1, Bakonyszőcs Bszü 1 és Zsámbék Zs 14 fúrások karni rétegeibıl származó kızetanyag nagyfelbontású teljes kızet és agyagásvány elemzését, valamint a teljes kızet minták kémiai összetételét; kimutattam a Bfü 1, V 1 és Bszü 1 szelvények agyagásvány együtteseiben a klorit jelenlétét. Összefüggést valószínősítek a kızettípusok és az agyagásványok összetétele között. A karbonátos kifejlıdéső szakaszokon gyakori a feltehetıen szmektitként lerakódott, majd átalakult IS kevert szerkezető ásvány dúsulása, amely részben a különbözı forrásterületekrıl beszállított, szezonális éghajlat mellett kialakult mállási termékekbıl, részben távoli vulkáni területek intermedier-bázikus vulkáni kızeteinek mállott és áthalmozott anyagából képzıdhettek a betemetıdéses illitesedés során. A dominánsan márgát tartalmazó rétegekben megnövekedett illit és klorit tartalom a felsı kontinentális kéreg mérsékelten mállott kızeteinek nagy eróziós rátáját valószínősíti. 3. Az IS kevert szerkezető fázis duzzadóképes hányadának meghatározásával igazoltam, hogy a vizsgált pelágikus medencefácieső kızetanyag kismértékő diagenetikus felfőtést szenvedett. 4. A márga dominanciájú tagozatok (Mencshelyi Márga, Csicsói Márga) törmelékes anyagbeszállítást számszerően jellemzı geokémiai eredmények alapján a viszonylag nagy relief-energiájú lehordási területen humid éghajlati viszonyokra és a megnövekedett csapadék mennyiség hatására kialakuló intenzív fizikai erózióra következtetek. A medenceüledékek agyagfrakciójának kaolinit tartalma szintén éghajlatváltozásra utal: a korábbi száraz viszonyokat évszakos jellegő, monszun-szerően ismétlıdı csapadékos és száraz periódusok váltották fel, amely a karni törmelékes esemény (CPE) helyi megnyilvánulásaként értelmezhetı. 3
5. A Met 1 fúrásban harántolt Mencshelyi Márga Tagozatban az ΣRFF-tartalom növekedése, a szignifikáns nyomelem (Zr, Hf, Y, U) dúsulás és a többi mintához képest tapasztalható Ta és Nd gazdagodás, továbbá az ásványos összetételben azonosított albit alapján vulkáni anyag hozzájárulás nyomait valószínősítem. 6. Elıször modelleztem geokémiai eszközökkel az ıskörnyezet bioproduktivitását és az aljzatvíz oxigénellátottsági viszonyait, amely alapján eltérı karakterő medencék létét feltételezem a Balaton-felvidék és a Zsámbéki-medence karni rétegsoraiban. A balaton-felvidéki medencerész geokémiai jellegzetességei azt valószínősítik, hogy a Mencshelyi Márga képzıdésekor epizodikusan megnövekedett humiditás sőrőségi vízrétegzést okozhatott, amely feláramlási zóna kialakulásával kombinálva emelkedett bioproduktivitást és csökkent oxigénellátottságú környezetet hozhatott létre. Ugyanakkor a zsámbéki medencerészben emelkedett bioproduktivitás nem bizonyítható és feltehetıleg egy természetes barrier hatására a csökkent vertikális vízcirkuláció miatt sőrőségi vízrétegzıdés és csökkent oxigénellátottságú aljzatviszonyok fejlıdhettek ki. 7. A Nosztori Mészkı Tagozat geokémiai eredményei alapján valószínősítem, hogy képzıdéséhez az egykori környezeti feltételek változása vezetett. A humiditás csökkenése és az ezzel egyidıben megemelkedett tengerszint a finomszemcsés törmelékes anyag beszállításánk csökkenéséhez és a korábbi feláramlási zóna megszőnéséhez vezethetett, melynek hatására csökkent a bioproduktivitás és a környezı selfekrıl származó nagy szalinitású víztömegek biztosították a sőrőségi vízrétegzıdést és az aljzat csökkent oxigénellátottsági viszonyait. 8. Különbséget feltételezek a Zs 14 fúrásban harántolt és a Balaton-felvidéken kialakult Sándorhegyi Formáció között. A geokémiai jellegzetességek alapján valószínősítem, hogy összhangban a lecsökkent humiditással és vízmélységgel, a barrierrel elválasztott, csökkent vízcirkulációjú medence áramlási rendszere és ezért oxigénellátottsága valamelyest javulhatott a zsámbéki területen. 9. Elıször határoztam meg a Zs 14 fúrásban feltárt Mencshelyi Márga Tagozat esetében, hogy a K-dúsulás a törmelékes eredető illit mennyiségének növekedésébıl eredhet. A Sándorhegyi Formációt reprezentáló minták K-tartalma nagyrészt az egykori lehordási területen szárazabb éghajlati viszonyok mellett képzıdött illit áthalmozásából származhat. 4
REFERÁLT TUDOMÁNYOS FOLYÓIRATBAN MEGJELENT CIKKEK: Rostási, Á., Raucsik, B., Varga, A. 2010: Palaeoenvironmental controls on clay mineralogy of Carnian sections from the Transdanubian Central Range. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 300, 101 112. IF: 2,646 (2009) Varga A., Raucsik B., Hámorné Vidó M., Rostási Á. 2007: Az Óbányai Aleurolit Formáció fekete palájának izotópgeokémiai és szénhidrogéngenetikai jellemzése. Földtani Közlöny 137/4, 449 472. IF: Gelencsér, A.; Kováts, N.; Turóczi, B.; Rostási, Á.; Hoffer, A.; Imre, K.; Nyirı-Kósa, I.; Csákberényi- Malasics, D.; Tóth, Á.; Czitrovsky, A.; Nagy, A.; Nagy, S.; Ács, A.; Kovács, A.; Ferincz, Á.; Hartyáni, Z.; Pósfai, M. 2011: The red mud accident in Ajka (Hungary): characterization and potential health effects of fugitive dust. Enviromental Science & Technology 45 (4), 1616 1622. IF: 4,630 (2009) Rostási, Á., Raucsik, B. 2011: Inorganic geochemistry of Carnian sediments of the Transdanubian Range, Hungary: palaeoenvironmental implications. (készítés alatt) EGYÉB TUDOMÁNYOS KÖZLEMÉNYEK ÉS ELİADÁSOK: Á. Rostási, B. Raucsik 2010: Paleoenvironmental controls on clay mineralogy of Carnian sections from the Transdanubian Central Range, Hungary. 20th General Meeting of the International Mineralogical Association IMA2010, 5 th Mid-European Clay Conference MECC2010, Budapest, 2010. augusztus 21 27., Acta Mineralogica-Petrographica, Abstract Series 6, 866. Rostási, Á., Raucsik, B. 2009: Clay mineralogy of Carnian (Upper Triassic) pelagic successions from the Transdanubian Range (Hungary): Palaeoenvironmental consequences MinPet2009 & 4 th MSCC joint conference, Budapest, 2009. szeptember 7 11., Mitteilungen der Österreichischen Mineralogischen Gesellschaft 155, 137. Rostási, Á., Raucsik, B. 2008: Karni medenceüledékek agyagásványai a Dunántúliközéphegységben. Magyarhoni Földtani Társulat Agyagásványtani Szakosztály elıadóülés 2008. június 9. Raucsik, B., Varga, A., Rostási, Á. 2008: Climato-environmental controls on clay mineralogy of the Lower Toarcian black shale succession of the Mecsek Mountains, Hungary: a possibel evidence for extreme continental weathering during the early Toarcian oceanic anoxic event Mineralogia Special Papers 33. 4 th Mid-European Clay Conference, MECC 08, Zakopane, Poland, September 22 27, Abstracts, 138. 5