Földrajzi Konferencia, Szeged 2001. AZ ÁSVÁNYOK KÉPZŐDÉSE ÉS ÁTALAKULÁSA A TALAJBAN ÉS A LÖSZBEN Pécsi Márton 1 - Nemecz Ernő 2 - Hartyáni Zsuzsa 3 - Horváth Tímea 4 Bevezetés A löszök jellemző tulajdonságai közül első helyen a sajátos szemnagyságbeli eloszlást tartják számon. Az azonban gyakran előfordul, hogy egyes löszszerű üledékek szemcseeloszlási görbéi nem lényegesen térnek el a szűkebb értelemben vett típusos löszökétől. Sok esetben nem mindig észlelhetők jelentős szemnagyság különbségek a löszök, az egyes löszszerű - képződmények a mezőgazdasági talajok között. A löszök litológiai jellemzésére mégis gyakran alkalmaznak szemnagyság szerinti rendszerezést, osztályozást és terminológiai megnevezéseket. (pl.: Mihályiné Lányi, I. 1953: Pécsi, M. 1993). Az eredet szerinti osztályozás fontos feltétele a löszös üledékek kialakulási körülményeinek ismerete, amelynek részleteiről már több mint egy évszázada tart a vita (Smalley I.J. 1975, 1980, Hahn Gy. 1977). A löszkeletkezés folyamatában többnyire négy főbb tényezőcsoportot tartanak számon: - a szemcsealak keletkezési módját és helyét (1), - az anyag szállításának (2), - a részecskék felhalmozódásának folyamatát (3), - a felhalmozódás helyén végbemenő mállás, diagenezis szerepét (4). Tudományos szempontból gyakori a lösz és a löszszerű üledékek keletkezésük szerinti osztályozása. E tekintetben egyidejűleg mindig több koncepció létezett. Az eolikus löszkeletkezési koncepció képviselői az ún. típusos lösz szemcseösszetételét a csemcsék orientáltság nélküli egymáshoz való viszonyát, az ásványi anyagok származását, sőt a lösz képződmény belső szerkezetét döntően légi úton való szállítással és leülepítéssel hozták kapcsolatba. A magyarázatok más csoportja szerint a lösz és főleg a változatai ásványi anyaga többszörös szállítás során került lerakódásra (részletezésüket lásd Pécsi, M 1993. 5. 1-5. 4. fejezetben). A löszkeletkezési magyarázatokkal kapcsolatban BERG, L. (1953), Pécsi, M. (1997) fontosnak tartotta hangsúlyozni, hogy a felhalmozódott szilt maga még nem lösz, vagyis nem a lösz halmozódik fel valamilyen úton-módon, hanem annak csak az ásványi anyaga. A lösszé válás optimális feltételeit a sivatagokat övező hideg sztyepek, ligeterdős sztyepek /helyenként meleg-száraz sztyepek/, a pleisztocén periglaciális időszakában pedig a hideg sztyepek, erdős sztyepek mezőségi talajzónáiban jelölik meg. Ezek a löszképződést indikáló megazónák. 1 Dr. Pécsi Márton MTA r. tag MTA Földtudományi Kutatóközpont, Földtudományi Kutatóintézet, H-1112 Budapest, Budaörsi út 43-45. 2 Dr. Nemecz Ernő MTA r. tag Veszprémi Egyetem Föld- és Környezet Tudományi Tanszék Veszprém, Pf. 138, H-8201 3 Dr. Hartyáni Zs. egyetemi docens Veszprémi Egyetem Föld- és Környezet Tudományi Tanszék Veszprém, Pf. 138, H-8201 4 Horváth Tímea Veszprémi Egyetem Föld- és Környezet Tudományi Tanszék Veszprém, Pf. 138, H-8201 1
Pécsi Márton et al: Ásványok képződése és átalakulása Az ilyen földrajzi környezeti adottságoktól többé-kevésbé eltérő körülmények mellett a kiindulási ásványi anyagból nem lösz, hanem csupán a löszhöz hasonló tarka vályog, agyag, vagy éppen valamilyen talaj képződött. A lösz keletkezésének magyarázatára korábban is voltak és vannak ma egyre inkább olyan irányzatok, amelyek szerint domináló tényező a földrajzi környezet, a lösz megazóna, amelynek talajaiban az organikus és anorganikus folyamatok meghatározóbb szerepet játszanak, mint az anyagszállítás és a lerakódás tényezőinek bármely más csoportja (Richthofen, F. von 1877 I.2.78. oldal, Berg, L.Sz. 1953, Kriger, N.I.1965, Pécsi, M. 1968, 1987). Amióta a löszt a múlt század elején felismerték, ill. ekülönítették más laza üledékektől és elnevezték /Leonhard, K.C. von 1823/24) azóta keletkezéséről nagyon sokféle magyarázat született és e téren még ma sincs egységes álláspont. Általában az elmondható, hogy a különböző genetikai magyarázatok éppen úgy, mint a lösz fogalmának értelmezése azért annyira heterogén, mert a lösz regionálisan sokféle helyzetben, változatban fordul elő. A közel száz löszkeletkezési magyarázat többsége a lösz alapanyagának szállítása, osztályozása és felhalmozódása különböző folyamataival foglalkozik. Kisebb része tárgyalja a lösszé válás bonyolult környezeti-geokémiai folyamatait (Pécsi M. (1997). Alapvető kérdés az óriási mennyiségű szilt méretű kvarc-földpát származása A lösz származását magyarázó elméletek egyik mindig visszatérő problémája, hogyan keletkeznek a lösz túlnyomó részét alkotó 10-50 mikron méretű szemcsék. A meleg lösz elmélet hívei egyszerűen a sivatagok homokjában levő kvarcporszemcsékkel számolnak, amelyeket a porviharok szállítanak és halmoznak fel a sivatagon kivüli zónában. Mások a hideg glaciális klímák fagyaprózódását teszik felelőssé a lösz szemnagyság kellő mennyiségű kialakulásáért. Ismét mások hangsúlyozzák, hogy a gleccserjég aprózta fel a kőzettörmeléket az említett szemcseméretre, amelyet a gleccser olvadékvizek a fluvioglaciális hordalékokban halmoztak fel. Végül nem kevesek szerint a folyók hordalékában is találni elegendő mennyiségű és mértékű kvarcszemcsét. A sziltfrakciót tehát részben a folyók a magas hegységi zónában felaprózott kőzettörmelékből szállítják tova, ill. a folyók árvize idején az ártérre rakódik le. Egyesek ezt a folyamatot összekapcsolják a fluvioglaciális hordalékok szállításával és felhalmozásával. A "talajképződési elmélet" képviselői a lösz sajátos szemcseösszetétele kialakulását részben fagy okozta fizikai, részben biokémiai aprózódással, helyben végbemenő talajképződési folyamattal hozták kapcsolatba. Szerintük a durvább szemcsék a fagyás és talajképződés során részben aprózódnak, részben pedig az agyagszemcsék a lösz szemnagyság tartományba koagulálnak, aggregálódnak. A löszirodalomban gyakori a leegyszerűsítés (szimplifikáció) a tekintetben, hogy az eolikus löszkeletkezési elméletet ma már aligha vonja valaki is kétségbe. Az ilyen megfogalmazások tulajdonképpen hibás terminológiai kifejezések, a löszkoncepció vulgarizációja következményének tekintendők. Berg, L.S. (1953) sokat viatatott elmélete szerint a lösz a mezőségi talajképződés terméke. A löszrétegben talajképződés nyomai a legtöbb esetben felismerhetők, csak helyenként, ill. rétegenként gyengébben, mint pl. fosszilis talajok (=paleosolok) esetében. 2
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001. Jelen tanulmányok szerint a BERG-féle elmélet a vastag, sok eltemetett talajzónával tagolt lösz-paleosol sorozat magyarázatára alkalmatlan koncepció. Az eltemetett talaj felszínére ugyanis valamilyen úton-módon újabb anyag-felhalmozódásnak kell következnie, amely fokozatosan ismét ellöszösödik, majd részben paleotalajjá (=eltemetett talajjá) alakul. BERG munkahipotézise mindmáig igen jelentős szemléletformáló hatást fejt ki a löszképződéssel foglalkozó újabb kelet magyarázatokra. Elméletének hívei és heves ellenzői egyaránt voltak és lesznek. Mindenesetre az újabb keletű löszkeletkezést magyarázó elméleteknek az ellöszösödés (diagenezis) folyamatával számolni kellett (Pyaskovskii, 1946). A poligenetikus löszkeletkezési elmélet alapján a löszök szemcsenagysága és alapanyaga többféle módon is keletkezhetett ill. halmozódhatott fel. E koncepció szerint időben és területenként ismétlődően eolikus, deráziós, fluviális, fluvioglaciális, eluviális, pedogenetikai folyamatok egymást váltogatva végezték az ásványi anyagfelhalmozódást. A lösszé válás folyamatában a zonális és részben a helyi-környezeti ökológiai tényezők, a pedogenetikaigeokémiai folyamatok szerepe volt a meghatározó tényező (Pécsi M. 1993. 148 p.). Bizonyítási kísérletünk módszerei a 10-50 mikronos szemcseméret-és ásványok formálódására a talajképződéssel összefüggésben 1. A Kárpát-medencében legelterjedtebbek az alföldi löszök, közöttük az ún. infúziós lösz, amelynek szemcsenagysága és szerkezete létrejöttét Pécsi, M. (1. ábra) sztyep talajképződéssel és nem az üledék felhalmozódásának módjával hozta kapcsolatba. "Study of several loess profiles" - brickyards - on the Great Hungarian Plain enabled us to arrive the conclusion that widespread infusion loess blanket on the plain may be classified in terms... as loess silt; as a result of medow or chernozem soil formation it has acquired a loess structure (fabric) by diagenezis to depth of 1,5-2 m (Pécsi, M. 1982. p. 145.). A réti sztyep talajok alatt 1,5-2 m mélységben jól megfigyelhető a finoman rétegzett homokos szilt, amely az állatjáratok és a sztyepes talajképződés mészfelhalmozódása által löszszerkezetet vett fel, lösszerű képződménnyé diagenetizálódott. 2. Legújabban Nemecz, E.-Hartyáni, Zs. (1995), Nemecz és társai (2000) sorozatos és részletes granulometriai és ásványos összetétel vizsgálatokat végzett löszös anyakőzeteken képződött talajokon és a típusos löszben eltemetett talajokban. Azt tapasztalták, hogy a löszön képződött talajokban és a plaeotalajokban is tipikusan kettős maximum mutatkozik (<5 mm és 20-45 mm; 2. ábra A, B, C). Ugyanakkor a kvarc is, mint a lösz fő ásványos alkotórésze (60-65 %-kal) szintén a 20-45 mikron szemcsealak tartományban fordul elő (3. és 4. ábra). E vizsgálati eredmények hasonló ismétlődése a jelenség okának felderítését sürgette. Többszöri közös konzultációk és helyszini tapasztalatcserék során PÉCSI, M. löszpaleotalaj (=őstalaj) kutatási megfigyeléseit hasznosítva arra a lehetséges következtetésre jutottunk, hogy a lösz főbb ásványos alkotórészeinek - kvarc, földpát, csillám - durva sziltszemcsékre való formálódása döntően a sztyep talajképződés során mehetett végre (4-5. ábrák). Feltehetően ez a körülmény volt hatással a sajátos lösz-szerkezet és a löszök-őstalajok granulometriájának és ásványos összetételének az alakulására egyaránt. 3
Pécsi Márton et al: Ásványok képződése és átalakulása 1. ábra. Törökszentmiklósi téglagyári feltárás talaj- és alluviális lösz szelvénye (Pécsi Foto). 1 = réti talaj 90-110 cm, számos állatjárat (=krotovina) az egész szelvényben. 2 = közepesen agyagos alluviális lösz, az állatjáratok és sok más biológiai, talajformáló hatás következtében rétegzetlen löszszerkezet alakult ki (2 m). 3 = finoman rétegzett meszes, homokos, homokliszt (=szilt) összetételű ártéri üledék (1.8 m). E téglagyár feltárásával csaknem teljesen azonos folyóvizi eredetű ártéri üledék az egész Tisza mentére és a Tiszántúl nagy térségeire jellemző. 4 = homokos szilt, finom homok (1.2 m). Fig.1. Photo interpretation of the Törökszentmiklós brickyard exposure (after Pécsi). 1 = meadow chernozem, 2 = infusion loess (= old flood plain loess), which developed by the steppe soil evolution processes, this kind of soils and infusion loess covered big regions of the Great Hungarian Plains mainly of Tisza-lowland, 3 = sandyclayey fine stratified fluvial deposit, without loess fabric, 4 = sandy silt, fine sand. 4
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001. 2. ábra. Talajok és löszképződmények közepes szemcseméret eloszlása Magyarországon (Nemecz E., Hartyáni Zs., 1995.) A = 16 magyarországi talaj közepes szemcseméret eloszlási görbéje, B = kvarc szemcseméret eloszlási görbe a Paksi PD 2 paleotalajban, C = a löszök(1), a paleotalajok(2) és a jelenkori talajok(3) közepes szemcseeloszlási görbéje. Fig 2. Particle-size distribution of loess-paleosol formations in Hungary (after Nemecz and Hartyáni 1995) A = Average grain size distribution curve of 16 Hungarian soils, B = quartz grain size distribution curve in PBD 2 paleosol at Paks: C = Average grain size distribution curves of loesses (1), paleosols (2) and recent soils (3). 5
Pécsi Márton et al: Ásványok képződése és átalakulása 3. ábra. A paksi téglagyári feltárás két jellegzetes mezőségi paleotalajának - "Paks Basaharc Dupla" PBD 2 és "Paks Mende Bázis" PMB 1 - szemcseeloszlása és főbb ásványai saját eloszlásának (se) három dimenziós ábrázolása. (Nemecz E. és társai 2000). Fig. 3. Three dimensional representation of the particle size distribution (m/m%) and individual distribution (ID) of the minerals in PBD 2 and PMB 1 forest-steppe paleosols at type locality of Paks (Nemecz et al. 2000). 6
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001. 4. ábra. "Basaharc Dupla" BD1 és BD2 jelű mezőségi talajok szemcse eloszlásának és ásványainak saját eloszlása (se) három dimenziós ábrázolásban. (NEMECZ, HARTYÁNI szerzők szerint). Fig.4. Three-dimensional representation of the particle size distribution (m/m%) and individual distribution (ID) of the minerals in BD1, BD2 forest-steppe palcosols at Basaharc in the valley of Danube Band (after Nemecz et al. 2000). 7
Pécsi Márton et al: Ásványok képződése és átalakulása 5. ábra. Paks lösz-paleotalaj sorozat feltárása (1995), kőzetrétegtani és kronológiai tagolása (Pécsi M. et al. 1995. Loess InForm N o 3. 65p.) 1 = a minták száma, 2 = litológiai, 3 = eróziós hézag, fehér nyilak, kisebb deráziós hézagok, fekete nyilak erősebb eróziós hiány, 4 = litológiai, pedológiai index, 5 = feltételezett kronológiai tagolás, B/M = Brunhes-Matuyama paleomágneses epoch határ. Fig.5. Chronology and lithology of loess paleosol sequence at Paks in Hungary (after Pécsi et al, 1995). 1 = number of samples: 2 = loess-paleosol series: 3 = erosional-derasional gaps: 4 = index of loess-paleosol used for the subdivision of the Hungarian loess series, primarily for the Paks brickyard profiles: 5 = presumable chronology: B/M - Brunhes/Matuyama boundary (ca 0.73 Ma). 8
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001. Vizsgálati módszerek A lösz-feltárások friss falán a rétegekből 10 cm-enként vettünk mintát. A mintából 170 g szárazanyag tartalmú részt kivéve deionizált viízzel 15 %-os szuszpenziót készítettünk (ami a <2 µm frakcióra ~ 5 % volt). Kíméletes ultrahangos peptizálás után huzalos szitákon, 45 µm alatt pedig lézersugárral készült szitákon ultrahanggal működtetett berendezésben az anyagot az 1. sz. táblázatban feltüntetett frakciókra választottuk szét. A frakciókat röntgendiffrakcióval, DTA, TG, TEM és SEM módszerrel vizsgáltuk a mennyiségi ásványos összetétel megállapítása céljából. Néhány esetben ellenőrzésképpen teljes kémiái analízist is készítettünk. A kimutathatóság alsó határa - ásványonként kissé változóan ~1 % körüli volt. Az eredményeket háromdimenziós ortogonális vetületben diagramokkal ábrázoltuk, amelyeken az x tengely 10 cm-enkénti mélységet, az y tengely méret szerinti frakciókat, a y tengely pedig xy pontokhoz tartozó %-os ásvány mennyiségeket tüntet fel (2., 3. ábra). Eredmények A granulometriai mérések A szemcseelosztást a fenti módon vizsgáló eredményekből megállapítható volt, hogy a magyarországi löszökön képződött jelenkori zonális talajok - csernozjomok - agyagtartalma (A=<5 mikron) ~ 28 %, a durva szilt (frakció D= 20-45 mikron) pedig ~ 34 tömeg % körül alakul. A durva és finom sziltfrakciók (B+C+D+E) együttesen mintegy 67 %.-ot képviselnek. (1. táblázat Mv 1 sor). Ezektől számottevően eltérő csemcseösszetételt mutatnak az ún. infúziós löszökön képződött rétitalajok. A Nagyalföldön alacsony fekvésű teraszokon, magas ártereken a talajvíz közel kerül a felszínhez és mezőségi (sztyepes) réti anyagok, vagy szikes réti talajok esetében az agyag (A frakció) meghaladja a talaj 55 tömeg %-át, míg a domináló szilt (D frakció) csupán 21 tömeg %-ot képvisel, a sziltfrakciók együttese (B+C+D+E = 41 %) közelíti meg az infúziós löszben az agyag részmennyiség 40 tömeg %-ot /1. tábl. Mv. 2.) A típusos és fiatal löszökben egyenletesen dominál a durva szilt (D = 20-45 mikron) frakció ~ 43 tömeg % körül, az agyag (A = <5 mikron) frakció ~ 24 tömeg %-ot képvisel, a sziltfrakció (B-E = 5-80 mikron) összesen ~ 75 tömeg %-kal vannak jelen (1. táblázat Mv 3 sor). A fiatal löszökben előforduló erdős sztyep paleotalajok is feltűnően hasonló szemcseeloszlásúak. A domináló (D) a durva szilt ~ 40 tömeg %-kal, míg az agyag (A), alig több ~ 42 tömeg %-kal részesül. A szilt részecskék együttesen (B-E) a minták ~ 53 tömeg %- t. (1.sz. táblázat Mv 4 sor) képviselik. Az idős löszök domináló frakcióinak átlagai feltűnően kevéssé térnek el a fiatal löszök hasonló értékétől. (1. táblázat Mv 5 sor). Az idős löszök paleotalajai a paksi téglagyári feltárásban az uralkodó frakciókra vonatkozva (D ~ 37,3 tömeg % és az A ~ 40,2 tömeg %) egyveretűek, a fiatal löszök paleotalajától is alig van eltérés (1. táblázat Mv4 és Mv 6 sor). Az idős löszök paleotalajaiban ismétlődően alacsonyabb agyagos (A frakciók) részarány a fiatal löszök paleotalajaival szemben szárazabb paleoökológiai körülményekre enged következtetni a gyakori mészkonkréciós szintek és a típusos gesztenyebarna paleotalajok is erre utalhatnak. 9
Pécsi Márton et al: Ásványok képződése és átalakulása Konklúzió? a löszök és a paleotalajok granulometriai összetétele számottevően a képződésüket motiváló paleoklíma és catena körülményekkel hozható összefüsségbe. A recens talajképződésben mutatkozó szemcsedurvulással szemben az őstalajok esetében a legfinomabb frakció (A) növekedését látjuk a B és C frakciók rovására; ez utalhat arra, hogy az eltemetett talajban további lebontási folyamatok zajlanak. S mivel zárt rendszerről van szó, a paleotalajból távozni nem tudnak és azt a teljes szelvényben egyenletesen töltik ki. De lehet, hogy az okot a talajképződés időtartama rövidségével, vagy más környezető tényező megváltoztatásával kell magyarázni. 1. táblázat. Talajok, löszök és lösz paelosolok szemcseméret eloszlása. Magyarországi reprezentatív minták alapján (a szerzők analitikus vizsgálati módszerei szerint). Table 1. Particle-size distribution of loess-paleosois formations selected from Hungarian occurrences (After E. Nemecz, M. Pécsi, Zs. Csikós-Hartyáni, T- Horváth). 10
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001. - A magyarországi löszök granulometriai vizsgálata során a világirodalmi adatokkal összhangban megállapítottuk az agyag és sziltfrakció uralkodó jellegét. - A szemcsék finomabb felbontása révén (A = <5, 5-10, 1020, 20-45, 45-80, 80-160, 160-315 µm) további lényeges megállapításokat is tehettünk. Az agyagfrakcióknál is jellegzetesebb szerepe van a 20-45 mikron közötti szemnagyságnak, nemcsak a löszben, hanem - az általunk vizsgált - számos más kőzeten képződött talajokban is. Feltűnően hasonló a szemcseeloszlás a lösz és a közöttük települő őstalajokban (1. táblázat Mv3, Mv5 ill. Mv4, Mv6). - A különböző korú és előfordulású löszök és talajok szemcseeloszlásában is kiemelkedő szerepet kap az <5 µm (~25 tömeg %) és 20-45 µm szemcsefrakció (~ 40 tömeg %). Ugyanazon löszszelvényben az őstalajokban a talajképződés során megnövekszik az agyagfrakció (35 %-ig), de nem a 20-45 mikron szemcseméret rovására, hanem a 45-160 µm frakció mennyiségének csökkenésével (6. ábra). Mindez utal, - sok más megfigyelés mellett, - a 20-45 µm frakció nagy ellenálló képességére a mállás során és ez által kiemelkedő szerepére a klasztikus üledékek és talajok körében. 6. ábra. Paks és Basaharc löszfeltárások egyes stratotípus rétegeinek szemcseméret eloszlási görbét (Nemecz és társai 2000). A = a paksi löszfeltárás (1995) néhány jellegzetes löszrétegének szemcseméret eloszlási görbéje. B = a Basaharc löszfeltárás és a Paksi téglagyár néhány sztratotípus paleotalajának összehasonlító szemcseméret eloszlási görbéje. Fig. 6. A = Distribution of particle size of loess of the type locality at Paks (after Nemecz et al. 2000). B = Distribution of particle size in paleosols at Basaharc (No 1,2) and at Paks (No 3-No 9) (after Nemecz et al. 2000). 11
Pécsi Márton et al: Ásványok képződése és átalakulása - Ebből kitűnik, hogy a löszök jellegzetes granulometriájában a durva szilt nem csupán a löszre, hanem általában a mállás során lebomló (dekomponálódó) ásványokra is jellemző mérettartomány és a fő kérdés az, hogy a löszképződés során milyen mechanizmus vezet e frakció további növekedéséhez a löszben. Ásványátalakulási folyamatok elemzése a löszben és a paleotalajokban - A nemzetközileg is ismert típusfeltárásokból - Paks és Basaharc - vettük elemzésre a paleotalajokat és a típusos löszöket; - a síksági hordalékkúpokon képződött homokos löszt a Nyíregyházához közeli újfehértői homokos lösz feltárás képviseli; - a Közép-Duna-medencebeli infúziós löszök reprezentálására az abonyi téglagyár feltárását választottuk. - Reprezentatív granulometriai elemzéseink az 1. sz. táblázatban szerepelnek. 1. Paksi típusos löszök és a köztes őstalajok ásványainak eloszlása. A paksi löszfeltárás a Nagyalföld mérsékelten száraz központi helyzetű sztyep régiójában fekszik, az évi csapadék 500 mm, a jelenlegi talaj típusos csernozjom. A típusos löszfeltárás látható szelvényében 12-14 paleotalaj ismerhető fel. (5. ábra). A feltárás felső felében sötétszínű sztyep talajok (csernozjom) jellegzetesek (MF 1, MF 2,, PBD 1 PBD 2 PBA, PMB 1 ) ezekkel szemben a feltárás alsó felében egyrészt meleg sztyep talajok (gesztenyebarna Phe 1, Phe 2, PD 1, PD 2 ). Poligenetikus erdős sztyep talaj MB 2, és kettőzött réti talajok (Mtp 1, Mtp 2 erős hidromorf hatás alatt) alakultak ki (5. ábra). A lösz sorozat felső részében lévő sötétbarna sztyep talajok szemcseeloszlása és ásványos összetételére a PBD 2, PBA, PMB 1 jelzésű diagramok (3. ábra) nyújtanak információt. A 4. ábra BD 1 és BD 2, jelzésű diagramjai a Basaharc lösz feltárásban előforduló a PBD 2 -höz hasonló talajt mutatja. A Basaharc típus feltárásban a Paksénál nedvesebb környezetben képződhetett. Ez tükröződik a BD 2 magasabb agyagtartalmában. E talajokra jellemző, hogy a D (20-45 mikron) szemcsetartomány (40,5 tömeg %) nagyon közel van az A (= 5 mikron) agyag tartalomhoz (42,6 %). Az ásványok saját eloszlása a mélység és a szemcsefrakciók szerint (3-4. ábra PBD 2, PMB1) határozottan a talajképződés hatását mutatják (kvarc, földpát, csillám a montmorillonit esetében egy csúcsos elemek). A kalcit, a dolomit és a klorit a szemcseeloszlás és a talajmélység szerint is két csúcsot formálnak. Az idős löszök uralkodó frakcióinak átlagai feltűnően kevéssé térnek el a fiatal löszök hasonló értékeitől (1. sz. táblázat Mv 3, Mv 5 sor). Pakson az idősebb löszökben előforduló paleotalajok (PD 1, PD 2 PD 22 ) agyag (A) tartalma kissé alacsonyabb, (36-40 %) mint a felső lösz sorozat alján a BA, és MB 2 -hoz tartozó paleotalajokban (43,9; 43,5 %), hasonló különbség mutatkozik a D frakcióban is (1. táblázat, Mv 4, Mv 6 sor D frakció). Feltehetően ez a különbség az idősebb paleotalajok kissé szárazabb és melegebb körülmények közötti képződésére utalhat. Az idős löszökben az (A) agyagfrakció átlaga 25-27 %, a (D) durva szilt (20-45 mikron) szignifikánsan magasabb 38-43 tömeg %-ot képvisel. Az ásványok saját eloszlását a mélység és a szemcsefrakció szerint az idős löszben paleotalajokétól dominánsan a szemcseeloszlásban és jellegzetesen csupán a kalcit és a dolomit mennyiségében és a mélység felé való enyhe kettőzött csúcsban jelentkezik (1. táblázat). Egyébként mind a fiatal, mind az idősebb löszökben az erősebb, ill. enyhébb talajképződés hatására szemcse- ásvány- és nyomelem átrendeződés, átalakítás jellegzetes nyomait lehetett felismerni (6. ábra). 12
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001. 2. A paksi (l 6 ) lösz ásványtani és nyomelem vizsgálata. A paksi lösz profilban az l 6 -os réteg tipikus lösz képződmény (7. ábra). Az amorf fázison kívül kilenc 1%-nál gyakoribb ásványt tartalmaz (7A.ábra). A szemcseeloszlásban kiemelkedik az <5 µm (~25 %) és 20-45 µm (~ 47 %) frakció mennyisége. A dekomponálódó ásványok az <5 µm -es frakcióban maximálisan 5 %-ban vannak jelen, míg a frakció arányát meghaladó mértékben csak a montmorillonit és kalcit, tehát a helyben képződő ásványok fordulnak elő. Tanulságos értelmezni azt az ábrát (7B. ábra), amely a mintában levő ásvány teljes mennyiségének a szemcsekrakciók közötti megoszlását mutatja be. Itt minden ásvány a 20-45 µm-es frakcióban a szomszédos frakciókhoz képest nagyobb mennyiségben van jelen. Tehát nemcsak a kvarc, henem azt meghaladóan a földpát és dolomit is ebben a frakcióban a leggyakoribb. A nyomelemek körében a Zr és Sr játszik kiemelkedő szerepet, amit ábrázolástechnikai okokból nem is tüntettünk fel az 7C. ábrán. Feltűnik a Pb és a nála valamivel több Zn mennyiségének párhuzamos alakulása az <5 µm és 80-160 µm tartományban, emelkedő jelleggel. Ha a nyomelemek eloszlásában szintén figyelembe vesszük a granulometriai viszonyokat (7D. ábra) szintén azt látjuk, hogy túlnyomó részük, a B.C. frakciók kivételével az <5 µm agyagfrakcióban, bizonnyal az ionoknak a filloszilikátokon történő erősebb adszorpciója miatt. 3. Alluviális síkok, infúziós lösze. - Az abonyi téglagyár szelvényében a recens talaj szikes réti csernozjom infúziós löszön, amelynek szemcseeloszlását és ásványtani összetételét a 8. ábra diagramjai szemléltetik. Az abonyi talaj szemcseeloszlása is, továbbá a domináns főelemek - kvarc, földpát, muszkovit, klorit, montmorillonit, stb. saját eloszlásuk a frakciók és a talajmélység szerint a talajképződés folyamata során alakulhattak így ki. Ugyancsak ilyen feltételezésre adnak alapot a nyomelemeknek frakciók és a talajmélység szerinti elrendeződései (NEMECZ at al. 2000). Nagyon jellegzetesen ismétlődik a montmorillonit %-os tömegcsökkenése a szemcsenövekedéssel, de az is, hogy ez az agyag a nagyobbik szemcseméretekbe is aggregálódik. A kvarc a szemnagysággal növekedve csaknem minden frakcióban uralkodik (kivéve < 5µm). A kalcit eloszlása sajátosan kettős csúcsot képez, a durva szilt szemcsékben (20-80 µm) van a minimuma, kivéve a talaj mész-felhalmozódási szintjét. Ez utóbbi belső változásokat is a talajban végbemenő ásványátrendeződésre lehet visszavezetni. Hangsúlyozzuk itt is, hogy az infúziós löszön képződött szikes rétiagyagos csernozjom időszakosan magas talajvízállás hatása alatt állt. Benne a montmorillonitos mállás igen jelentős és gyors folyamattal megy végbe. 4. Az abonyi infúziós löszön kialakult recens réti talaj ásványainak elrendeződése. Az ásványok minőségi eloszlása hasonló a paksi löszéhez, de a kaolinit hiányzik, és a szikes réti agyagban a montmorillonit az uralkodó agyagásvány. A frakciók közötti mennyiségi megoszlásban azonban lényeges különbség van. Az <5 µm frakció csak 24 % (1. táblázat 8. ábra). Ez megfelel annak az általános megfigyelésnek, hogy a löszön légbemenő talajképződés során jelentősen növekszik az agyagfrakció mennyisége. Összehasonlításul a talaj felső 0-10 cm-es rétegén kívül bemutatjuk az ásványok eloszlását a talaj legalsó (90-100 cm) rétegében is, amelyben a fő jellegzetesség, hogy a talajképződés csökkent intenzitása miatt a legmélyebb rétegben növekszik a löszökre jellemző 45-80 µm frakció mennyisége. Az <5 µm frakcióban a szemcseátlagnál is nagyobb arányban van képviselve a montmorillonit, 13
Pécsi Márton et al: Ásványok képződése és átalakulása csillám, klorit, kalcit és az amorf anyag, ami részben ezeknek az ásványoknak autigén eredetére utal. (8 B. ábra). A nyomelemek körében feltűnik az Pb és Zn ellentétes viselkedése a löszben tapasztalhoz képest. Itt felszíni talajról lévén szó az ólom a 45-160 µm-es tartományban abnormisan magas értéket mutat, majd a kisebb szemcsék frakcióiban visszaesik a löszben tapasztalt értékekre. A cink legnagyobb arányban az <5 µm frakcióban van, ellentétesen fut az ólommal, de mennyisége szintén több mint a löszökben. A Zr zöme 5-45 µm-es tartományra esik, bizonyosan a cirkon ásványhoz kötött formában. A Ni és Cr mennyiségének nagyobb része adszorpciósan kötve az <5 µm frakcióban van (8 C. ábra). A feltűnő különbség a nyomelemek eloszlása tekintetében a lösz és lösztalaj között abban áll, hogy míg a löszben a nyomelemek eloszlása szorosan kötődik a két leggyakoribb frakcióhoz, a talajban attól jelentősen eltér (8 D. ábra). 5. Csernozjom és homokos lösz Újfehértón a Nyírségben homokhordalékkúpon. Magyarországon három nagyobb homokvidék közül a Nyírségben jött létre a Tisza és mellékfolyói fiatal negyedkori hordalékkúpja, amelynek D-i részét pár m-es fiatal homokos löszköpeny borítja. Az ilyen formafelszínt és a homokfekün képződött homokos löszt, az azt befedő csernozjomot az Újfehértó melletti feltárás képviseli (9. ábra) A tárgyalás jelenlegi szűkebb keretei miatt itt csupán a fedő talaj 2,7 m vastag szelvényében végbement szemcsealakulás és ásványos összetétele egy részét szemléltetjük (10. ábra, 1., 2. táblázat). A 10. sorozatábrán homokos löszön képződött csernozjom talaj szemcseeloszlását és az ásványok saját eloszlását a minták frakciói szerint tömeg %-ban ábrázolják. A talajképződés hatására a durva szemcsék a talajfelszín felé finomodnak, az ásványok (kvarc, földpát, muszkovit) a fekütől a talajfelszín felé számottevően csökkennek, míg a muszkovit, a klorit, a montmorillonit a >5 µ alatti szemnagyság tömeg %-ban csak kissé csökken. A talajbeli főelemek eloszlása tömegének %-os változása jól szemlélteti a talajban végbement ásványelrendeződést és ásványátalakulást (2. táblázat). A szilícium pl. szorosan követi a szemcseeloszlást és a kvarc saját tömeg %-os változását növekedve a mélység felé. Kettős csúccsal jellemzett talajképződési folyamat mutatkozik meg a legtöbb (Al 2 O 3, TiO 2, CaO, K 2 O és részben a Fe 2 O 3 ) esetben, az MgO és a Na 2 O esetében a durva frakcióban kulminál a csúcs. A nyomelemek valamennyi frakció közötti tömeg (%) eloszlása (1. ábra) a mélység felé hasonlóan növekszik, mint a szemcseeloszlás. Figyelemre szolgál, hogy a homokos löszön, ill. homokon képződött csernozjom talajokon a nyomelemek feldúsulása finom frakció (A) mellett eltolódott a durvább szilt (E) és a finom és közepes homok (F = 80-160 mikron) felé szemben a löszön képződött sztyeptalajokkal, ahol a D frakcióban fordul elő több ásványi főkomponens, ill. nyomelem (2. táblázat). A nyomelem jó része követi a szemcsék és a főkomponensek eloszlását (11. ábra.) másrészt, a Zr kivételével mindegyik kioldva az ásványokból, ionos formában abszorbeálódik az <5 mikron szemcsetartományban. Az újfehértói talaj mész felhalmozódási szintje (Cca) a 2,6 m alatt képződött ki, mivel a homokos feküben a mészfelhalmozódás mélyebb. A mészcementálta - gyökérnyomos és állatjártas löszös szerkezetet mutató - talajszint itt 2,0-2,9 m mélységben található (9. ábra) 14
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001. 7. ábra. A Paksi téglagyár l 6 lösz rétegének mineralógiai elemzése (Nemecz és társai 2000). A = az ásványok m/m%-os eloszlása, B = az ásványok saját eloszlása(se) m/m%-a szerint, C = a nyomelemek eloszlása(ppm), D = a nyomelemek saját eloszlása(se) m/m%-a szerint (Nemecz és társai 2000). Fig. 7. Individual distribution (ID) of minerals and trace elements (in ppm) at Paks in loess l 6 (27,5-27,63 m) (after Nemecz et al. 2000). 15
Pécsi Márton et al: Ásványok képződése és átalakulása 16 8. ábra. Infúziós lösz, szikes csernozjom ásványtani elemzése. Abony téglagyár 1998. évi feltárása (Nemecz E., és társai 2000). A = az ásványok saját eloszlása(se) m/m%, B =az ásványok saját eloszlása(se) frakciók m/m%-a sze- rint, C = nyomelemek eloszlása(ppm), D = a nyomelemek eloszlása a frakciók súlyszázaléka szerint 90-100 cm között. Fig. 8. Mineralogical analyses of salt effected meadow chernozem developed on alluvial "infusion loess" Abony brickyard Hungary (afternemecz et al.2000). A = individual distribution of minerals in the soil, depth 0-10 cm, B = in loess 90-100 cm, C = distribution of trace elements (in ppm), D = individual distribution of trace elements: part = particle size.
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001. 9. ábra. Újfehértó homokos löszfeltárás vastag csernozjom talajjal (Pécsi foto). 1 = homokos csernozjom, 2 = homokos lösz, 3 = homokos lösz, mészfelhalmozódási szint, 4 = rétegzett folyami homok. Fig. 9. Sandy loess exposure covered by thick chernozem at Újfehértó near to the Nyíregyháza NW of the Great Hungarian Plain (Photo Pécsi). 1 = chernozem with sandy character, 2 = sandy loess intercalated by micro layers of sand of a few cm, 4 = fluvial sand, alluvial fan contains medium and coarse-grains of sand, good stratified. 17
Pécsi Márton et al: Ásványok képződése és átalakulása 10. ábra. Újfehértó homokos csernozjom szelvényben a szemcseeloszlás és az ásványosmélység szerint, az oxidok saját eloszlása is a szemcseméreti görbét követi a talajban végbemenő mállás hatására. (Nemecz E. és társai 2000). Fig. 10. Particle-size distribution and minerological composition of a sandy chernozem developed on sandy loess at Újfehértó near to Nyíregyháza (after Nemecz et al. 2000.) 18
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001. 2. táblázat. Az Újfehértó homoks csernozjoma 4-14 minta és homokos lösz egy rétegének szemcseméret és fő ásványainak elsozlása. (A szerzők vizsgálati módszerei szerint). Table 2. Particle-size and minerological distribution of the chernozem and the loess layer (25), which covered a sandy alluvial fan at Újfehértó near Nyíregyháza NW of Great Hungarian Plain (see the Fig. 9.). (After the method of investigation of the authors). 19
Pécsi Márton et al: Ásványok képződése és átalakulása 20 11. ábra: A szemcseméret m/m%-os és a nyomelemek saját eloszlása (ppm) szerint az újfehértói talajszelvényben is döntően a talajbeli mállást tükrözi(nemecz és társai 2000). Fig. 11. Particle-size and individual distribution of trace elements in soil profile at Újfehértó X fractions of particle sizes, Y relative quantity of trace element.
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001. Bizonyító következtetés Az itt csak vázlatosan tárgyalt kutatási módszerek bemutatásával is felismerhető az a szoros összefüggés, hogy a löszfeltárások-löszrétegeiben, a paleotalajaikban, a löszön képződött jelenkori talajokban, a pedogenezis során ásványképződés, ásvány és szemcseméret átformálódás megy végbe a talajszintek szerint. A löszök, paleotalajok fő ásványai, mint a kvarc, földpát, csillám, dolomit, klorit, uralkodóan a 10-50 mikron szemcse frakció csoportjában fordulnak elő, míg az agyagásványok főleg az <5 mikron alatti tartományban csoportosulnak. Igy az előbbi csoporttal jellegzetesen kettőzött szemcsenagyságcsúcsot képeznek. Ez az új lösz-talaj granulometriai és ásványtani vizsgálati eljárás azt a korábbi feltételezést látszik alátámasztani, sőt nagy valószínűséggel igazolni, hogy a szemcseméreteloszlás a löszben, paleotalajokban és legalább is a jelenkori sztyeptalajokban is döntően a löszképződés, ill. a talajformálódás folyamatával áll összefüggésben, mint bármely más külső erő által történő anyagfelhalmozódással. Conclusion Using this new method and concept it is possible to recognise, that the grainsize distribution - the granulometry of grains - loess-soils, paleosols too highly related by to the "mineral s genesis" of the recent soils or paleosols horizons. The minerals of loess - paleosols such as quartz, felpars, mica, dolomite, chlorite, occurred mainly in the 10-50 mm grain-size group. The results of these new granulometrical and mineralogical investigation show that probably the specific grain-size distribution in loess and in the paleosols rather related to the loessification or the soil formation processes, than by some exogenous accumulation actions. "Loess is not just the accumulation of dust" (PÉCSI, M. 1991). Irodalom BERG,L.Sz. 1916. The Origin of Loess. Communications of the Russian Geographical foundations, Vol. 11. 579-646. BERG,L.Sz. (1953): The Origin of loess choronology. - Beitr. Geophys. 35. pp. 130-150. HAHN, Gy. 1977. A magyarországi löszök litológiája, genetikája, geomorfológiai és kronológiai tagolása (Lithology, genesis, geomorphological and chronological subdivision of the loesses in Hungary). - Földrajzi Értesítő 26.1.pp. 1-28. KRIGER, N.I. 1965. Lyoss, jego svojstva i svyaz s geograficheskoj sredoj (Loess, its characteristics and relation to the geographical environment). Nauka, Moscow. 296 p. LEONHARD, K.C. von (1823/24): Charakteristik der Felsarten. - 3 Bde, Heidelberg (J.ENGELMANN), 772 p. MIHÁLYINÉ LÁNYI I. (1953): A magyarországi löszváltozatok és egyéb hulló porképződmények osztályozása. - In: Alföldi Kongresszus. 1952. Szept. 26-28. Budapest Akadémiai Kiadó. pp. 1-15. NEMECZ,E.-CSIKÓS-HARTYÁNI,Zs. (1995): Processes in soils and paleosoils. - A new method for the study of weathering, GeoJournal, 36. 2-3. pp. 139-142. NEMECZ, E., PÉCSI, M., HARTYÁNI, Zs. and HORVÁTH, T. 2000. The origon of the silt size quartz grains and minerals in loess.- Quaternary International Vol. 68-72. pp. 199-208.. 21
Pécsi Márton et al: Ásványok képződése és átalakulása PÉCSI, M. (1967): A löszfeltárások üledékeinek genetikai osztályozása a Kárpát-medencében. - Földrajzi Értesítő, 16. pp. 1-9. Sum: in Russian. (Geneticheskaja klassifikacija otlozhenij lessovykh obnazhenij v Karpatskom Bassejne. PÉCSI, M. (1968) Loess. In: Encyclopaedia of Geomorphology. New York, Reinhold Book Corporation. pp. 674-678. PÉCSI, M. (1982): The most typical loess profiles in Hungary. - In: PÉCSI, M. (1967): A löszfeltárások üledékeinek genetikai osztályozása a Kárpát-medencében. - Földrajzi Értesítő, 16. pp. 1-9. Sum: in Russian. (Geneticheskaja klassifikacija otlozhenij lessovykh obnazhenij v Karpatskom Bassejne. PÉCSI, M. (1968) Loess. In: Encyclopaedia of Geomorphology. New York, Reinhold Book Corporation. pp. 674-678. PÉCSI, M. 1982): The most typical loess profiles in Hungary. - In: PÉCSI, M. (ed.): Quatemary studies in Hungary. Budapest, Geographical Research Institute of Hungarian Acedemy of Sciences, pp. 145-170. (Theory-methodology-practice, 24.) PÉCSI, M. (1987): Intern. Loess Symposium in China, Xian, Shaanxi Provence, Oktober 5-16. 1985. - GeJournal. 14. 4. pp. 435-445. PÉCSI, M. (1991) Problems of loess chronology. - GeoJournal. 24. 2. pp. 143-150. PÉCSI, M. (1997): Lösz- és őstalajsorozatok és a negyedidőszaki ősföldrajzi változások kutatásainak elvi módszertani kérdései. - FÜLÖP J. emlékkönyv. Budapest, Akadémiai Kiadó. pp. 263-279. PYASKOVSKII, B.V. 1946 Loess as a Deep Soil Formation, Pochvovedenie, N 1. 686-696. RICHTHOFEN, F. von (1877-1985) China: Ergebnisse eigner Reisen und darauf gegründeter Studien (5 vols) Berlin, Dietrich Reimer. SMALLEY, I.J. (1980): Loess. A partial bibliography. Norwich, Geo Abstracts Ltd. 103. p. SMALLEY, I.J.-VITA-FINZI, C. (1968): The formation of ine particles in sandi deserts and the nature of desert loess. Journ. Sediment Petrol. 38. pp. 766-774. SMALLEY, I.J., 1975 (ed) Loess Lithology and genesis, Stroudsburg, Dowden, Hutchinson and Ross, 430 p. SZILÁRD, J. 1983. Dunántúli és Duna-Tisza-közi löszfeltárások új szempontú litológiai értékelése és tipizálása (Lithological evaluation and typization of loess profiles in Transdanubia and on the Danube-Tisza Interfluve from a new perspective). Földrajzi Értesítő 32. 1. pp. TUTKOWSKII,P.A. 1900.M. Paul Tutkowskii on the origin of loess. Scottish Geographical Magazine 16. 22