M ÁLL FÖLDTANI INTÉZET ÉVI JELENTÉSE AZ 1987 ÉVRŐL (1989) A FIATAL, LAZA ÜLEDÉKEK ÉS A BENNÜK TÁROZÓDÓ TALAJVÍZ KÉMIAI TULAJDONSÁGAINAK KÖLCSÖNHATÁSA K u t i L á s z l ó M Áll Földtani Intenzet Budapest, Népstadion ut 14 H 1143 ETO 551 79 556 31 551 3 051(439 15) 551 435 8 556 31 551 3 051(439 15) Tárgyszavak talajvíz, uledek, kémiai összetétel, karbonát, íontartalom, agrogeologiai módszerek, Duna Tisza közi hátság A szerző az Alfold-terkepezes adatainak uj szempontú értékelését végzi el, amikor is a felszinkozeli képződmények, azok karbonáttartalma és az üledékekben tarolt talajvíz geokémiai adatainak (osszsotartalom es főelemek) összefüggéseit vizsgálja Megallapitasait a Duna-volgytol a Korosig szerkesztett szelvény bemutatásával támasztja ala Rámutat, hogy a felszmkozeh képződmények, a talajvízszint alatti es fölötti képződmények karbonat-tartalma és az üledékekben tarolt talajvíz kémiai jellege kozott összefüggés van es ez az adott tajra jellemző Felhívja a figyelmet a vizsgalat agrogeologiai jelentősegére, melynek segitsegevel megoldható a felszmkozeh képződmények es a talaj geokémiai károsodásának elorejelzese, íll a veszély megelőzése Az Alföld 1 100 000 méretarányú földtani térképezésének adathalmaza az atlaszok térképváltozatainak megszerkesztésén túl is további lehetőséget nyújt a felszínkozeli laza üledékek sajátosságainak tanulmányozásaira Többek kozott így kezdtük el a felszínkozeli laza üledékek és a bennük tározódó talajvíz elemháztartása közötti összefüggések kutatását is Vizsgálatunkhoz a következő feltételezésből indultunk ki 1 A talajvíz kémiai jellege területenként más és más, ám jellemző a tározó kőzetekre 2 A talajvízszint alatti és fölötti képződmények átlagos karbonát-tartalma területenként különböző és az adott területre jellemző 3 A fenti tényező és a földtani felépítés kozott az adott területre jellemző összefüggés áll fenn Feltételezésünk igazolását az Alföld egyik legjobban ismert részén, a Duna-volgytől a Hármas-Koros völgyéig terjedő sávban kíséreltük meg A térképező fúrások eredeti adatait újraértékelve több új, egyenként 76 db 10 m-es mélységű fúrásból álló Ny K-i irányú szelvényt szerkesztettünk, melyek közül itt egyet mutatunk be (1 ábra) Á kiválasztott szelvény Kerekegyháza Kecskemét Lászlófalva Tiszakécske vonalában húzódik, három különböző kialakulást és felépítésű tájon keresztül A földtani szelvények alatt grafikusan ábrázoltuk a talajvízszint alatti és fölötti üledékek átlagos karbonát-tartalmát, a fúrásokból vett víz összes oldottanyag-tartalmát, továbbá a három fő kation (nátrium, kalcium, magnézium) és a három fő anion (klond, hidrogénkarbonát, szulfát) mennyiségét
Atlaszok I Izsák II Kecskemet III Csongrad l abra A földtani szelvények helye es iránya Fig l Location and direction of the geological cross sections A Duna-volgy A Duna-volgyet uralkodóan a Duna pleisztocén végén és a halocénban lerakott üledékei a kavicstól az agyagig nagy változatosságban építik fel (2 ábra) A legdurvább folyóvízi képződmény, a kavics a 10 m-es fúrásmélységen belül gyakran nagy területen a felszíntől 2-3 m-re jelentkezik Erre különböző vastagságú, fölfelé finomodó folyóvízi homok települt, mely több helyen a felszínre bukkan A homok fedője 0,5-1,5 m vastag agyag vagy kőzetliszt, mely több helyen elszikesedett Néhol a finomabb folyóvízi képződményrekre, íll helyenként közvetlenül a folyóvízi homokra vékony
Duna völgy Duna-Tttza közt hátság 2 E S 3 3E S 3 I S 4r. i Ü Ü 5 E S 3 sy//a 12 1 2 - - III 1 ---------Na++K+ 2 Ca+* 3 ------------------------Mg~ V
«4 2 ábra Földtani es anyagvizsgálati szelvények a Duna-volgy es a Duna - Tisza közi hátság határán I A Duna-völgy es a Duna -T isza közi hátság hatara / Futohomok 2 lösz, 2 kavics, 4 folyóvízi homok, 5 folyóvízi kőzetliszt 6 folyóvízi agyag, 7 tavi kőzetliszt, 8 tavi agyag, 9 tőzeg 0 mesziszap, / / szikes képződmény (agyag, kőzetliszt, homok) 12 a talajvíz szintje - I I A képződmények karbonattartalma / A talajvizszint fölötti átlagos karbonattartalom, 2 a talajvizszint alatti átlagos karbonattartalom - I I I Az összes oldottanyag mennyisege (mg/1) I V A talajvíz kationjainak mennyisege (mg/l) 7 Na + + K +,2 Ca++,2 Mg++ - V A talajvíz anionjainak mennyisege (mg/1) 7 C l', 2 HC03",2 S04" Fig 2 Geological and laboratory analyis cross sections on the border of the Danube valley and the D anube-tisza Interfluve I The borderline of the Danube valley and the Danube-Tisza Interfluve, 7 windblown sand, 2 loess, 3 gravel, 4 fluvial sand, 5 fluvial silt, 6 fluvial clay, 7 lacustnne silt, 8 lacustnne clay, 9 peat, 10 lime mud, 77 alkali formations (clay, silt, sand) 12 groundwater table, I I calcium carbonate content 7 average above groundwater 2 average under groundwater I I I total of dissolved mineral substances, I V cation content of groundwater (mg/1), 7 N a+ + K +, 2 C a++, 3 Mg++ V anion content of groundwater (mg/1), 7 C l', 2 HC03', 3 S04" _ futóhomokréteg települt a holocénban A talajvíz zónája fölötti rétegek karbonát-tartalma 15-40 %kozotti, míg az állandó vízzel borított képződményeké ennél jelentősen kisebb, 4 15 % (2 ábra) A nyári szárazság idején a párolgó talajvízből ugyanis kicsa- Na 3 abra A talajvíz kation-eloszlasa a Duna-volgyben Fig 3 Cation distribution in groundwater in the Danube valley
pódnak karbonátok és a felszín közelében feldúsulnak A jó vízzáró felszín viszont nem engedi a csapadék mélybe szivárgását, így a kicsapódott karbonátsók nem tudnak újra a mélybe mosódni A talajvíz átlagos mélysége 1-3 m közötti, osszsótartalma pedig általában 1000 3000 mg/1, kivéve néhány, a Duna, íll a Kígyós-csatorna közelében vett mintát, ahol a sótartalom valamivel 1000 mg/1 alatti, itt ugyanis érvényesül a vízfolyások hígító hatása A talajvizek uralkodóan nátrium hidrogénkarbonátosak (3 és 4 ábra) Jellemző a 100 800 mg/1 közötti nátrium- és a mindig 100 mg/1 alatti magnézium- és kalciumtartalom A legtöbb mintában a magnézium 20-50 mg/l-rel több a kalciumnál (2 ábra) Az anionok közül a hidrogénkarbonát az uralkodó (500 1500 mg/1), majd a klond (40 500 mg/1) következik (2 ábra) A nagy összes oldottanyag-tartalom és az uralkodóan nátrium hidrogénkarbonátos jelleg foltehetóleg annak a következménye, hogy a hátság felől áramló talajvíz a Duna visszaduzzasztó hatása következtében itt, mint egy csapdában, megreked Elfolyni nem, vagy csak kis mértékben tud, a nyári párolgás és a vízutánpótlódással járó folyamatos sóutánpótlódás következtében besűrűsodik Kationjai közül a nátrium, mint a legtovább oldatban maradó ion válik uralkodóvá 4 abra A talajvíz amon-eloszlasa a Duna-volgyben Ftg 4 Anion distribution in groundwater in the Danube valley
A Duna Tisza közi hátság A Duna Tisza közi hátság uralkodó képződményei az ÉNy DK-i csapásirányú buckákat, dl vonulatokat alkotó, általában 2 3 m-es vastagságú rétegekben egymásra települt pleisztocén eolikus üledékek, a futóhomok és a lösz (2,5 és 8 ábra) Jellemző, hogy hol az egyik, hol a másik jelentősen - 10 m-t meghaladóan - kivastagszik (2, 5 ábra) A felszínen, a buckák kozott laposokban a talaj- és csapadékvizekből kialakult kisebb-nagyobb tavak holocénban kialakult üledékei (kőzetliszt, agyag vagy mésziszap) találhatók A mélyben a korábbi térszín maihoz hasonló voltának bizonyítékaként gyakran tártunk fel tavi agyagot, kőzetlisztet vagy tőzeget (2, 5 ábra) Jellemző, hogy az esetleges helyi tényezők zavaró hatásától eltekintve a talajvíz alatti képződmények karbonát-tartalma a nagyobb, a K-i lejtő egy mintavételi pontja kivételével 5 28%, a talajvízszint fölöttieké pedig kevesebb, 0-2 0 % Az általános képtől a buckák közti laposokban mélyült fúrások anyaga tér el, ahol a talajvízszint a felszínhez közel - gyakran 1,0 m fölött - található Itt a talajvíz fölötti karbonáttartalom esetenként a 40 %-ot is elén Hasonló a helyzet ott is, ahol a löszben a talajvíz ingadozási zónájának határán mészkonkréciós, mészakkumulációs szint alakult ki (5 ábra) A talajvíz mélysége általában 2 6 m közötti A homokos területeken közelebb van a felszínhez, mint a löszön A talajvíz összes oldottanyag-tartalma általában 500 1000 mg/1 közötti, de ahol a lösz 8-1 0 m-nél vastagabb, ott értéke gyakran a felső határ fölé emelkedik Hasonlóképpen nagy az osszsótartalom ott is, ahol a víz a felszínről szennyeződik (pl Kecskemét belterületén, vagy a sűrűn települt tanyák mellett) ( 2,5,8 ábra) A talajvíz uralkodóan kalcium-hidrogénkarbonátos, kismértékben magnéziumhidrogénkarbonátos jellegű (6, 7 ábra) Meglehetősen gyakoriak a vegyes jellegű vizek, amikor több ion közel azonos arányban szerepel A kalcium-ion mennyisége 100 mg/1 körüli, csak néhol több 100-150 mg/l-nél, de a 300 mg/l-t sehol sem éri el A magnézium-ion mennyisége 10-20 mg/1 kozott ingadozik A buckák közötti laposok alatt és a lakott területek talajvizeiben a nátrium-ion mennyisége jelentősen megnő, meghaladja a 200 mg/l-t, sőt egy helyütt még a 800 mg/l-t is elén A laposokban a Duna-volgyihez hasonló körülmények, míg a lakott területeken a felszíni biológiai szennyezés okozza a nátnum mennyiségének megnövekedését Az anionok közül a D una-t isza közi hátságon is hidrogénkarbonát van a legnagyobb mennyiségben (500-800 mg/1) A Duna-völggyel ellentétben azonban a második helyre a szulfát kerül, sőt, néhol uralkodóvá válik A klond mennyisége csak a felszínről szennyezett vizekben nő meg Tiszazug A felszínkozeli képződményeket itt a Tisza és a Koros pleisztocén végi és holocén üledékei (homok, kőzetliszt, agyag) alkotják A folyók a pleisztocénben lerakott üledékeikbe bevágódva hasonló szemcseosszetételű képződményeket raktak le (8 ábra) 5 ábra Földtani és anyagvizsgalati szelvények a D una-t isza közi hátságon A jelmagyarazatot lásd a 2 ábránál Fig 5 Geological and laboratory analysis cross sections in the D anube-t isza Interfluve (See legend as m Fig 2)
i ii V 1 ------- C f 2 HC03" 3 ---------------- S 0 4'
Na 6 abra A talajviz kation-eloszlasa a D u n a- Tisza kozen Fig 6 Cation distribution in groundwater in the Danube Tisza Interfluve Az itteni folyóvízi üledékek közül a legdurvább a homok, mely finomabb a dunainál és gyakran kőzetlisztes A Koros partja kivételével - ahol agyag van - a felszínen kőzetlisztet találunk, mely a Koros meander övétől K-re elszikesedett A karbonát mennyiségét és a vízkémiai adatokat ábrázoló grafikonokat áttekintve mindegyiken szembeötlő az a négyes osztatúság, amely a földtani szelvényre is jellemző A két folyó jelenlegi meanderove itt is elkülöníthető a korábban lerakott üledékek fölépítette területekétől (8 ábra) A Tisza-volgyben a talajvíz alatti és fölötti képződmények átlagos karbonat-tartalma a K-i rész kivételével közel azonos, 1 % körüli, s általában az utóbbi értéke nagyobb néhány tizeddel K-en a talajvízzel borított képződményeké 5 % fölé emelkedik A Tisza Koros közötti területen a karbonáttartalom értéke megnő Az állandóan talajvízzel borított képződmények karbonat-tartalma a kisebb (0 5%), míg az ingadozási zóna fölöttieké 10-17% közötti Ezt feltehetőleg a Duna-volgyéhez hasonló okok okozzák A Koros völgyében a karbonát mennyisége ismét csökken A legtöbb helyen a talajvíz alatti rétegek átlagos értéke a nagyobb, 2,5 3%, míg az e fölöttieké valamivel kisebb, 2% A Hármas-Korostól K-re a karbonát mennyisége ugyan szintén csekély, de a talajvíz fölötti rétegek értéke már 3 5% fölé emelkedik és mindig több, mint a talajvízzel bontottaké
Cl 7 ábra A talajvíz anion-eloszlasa a Duna -Tisza közén Fig 7 Anion distribution in groundwater in the Danube -T isza Interfluve A talajvíz mélysége 2 3 m korall, összes oldottanyag-tartalma 600 9000 mg/1 közötti (8 ábra) A Tisza-volgyben 600-3000 mg/1, a Tisza Koros közötti területen 1500-9000 mg/1 A Koros völgyében általában csökken az osszsó mennyisége, 500-1100 mg/1, de egy helyen meghaladja a 4000mg/l-t A Koros-völgy tői K-re az összes oldottanyag-tartalom ismét lassan emelkedik A talajvíz kémiai jellege a Tisza-volgyben uralkodóan kalcium-szulfátos, a Tisza Koros közötti területen vegyes jellegű, de a kationok kozott a nátrium mindenütt 85 %-nál nagyobb arányába van jelen, tehát ez az uralkodó A Koros-völgy ben a Hármas-Korostől Ny-ra a talajvíz általában nátrium-, esetleg magnézium - hidrogénkarbonátos, K-re pedig kalcium hidrogénkarbonátos A Koros-volgytől K-re a talajvíz nátrium hidrogénkarbonátos típusú (9, 10 ábra) A Tisza-volgy talajvizében a kalcium 200 mg/1 fölötti mennyiségben van jelen, a nátrium mennyisége 100-200 mg/1 közötti, míg a magnézium-koncentráció általában 100 mg/1 alatt marad Az anionoknál a hidrogénkarbonát egyeduralkodó szerepe megszűnik, mennyiségét a szulfáttartalom gyakran meghaladja (8 ábra) A klond-koncentráció sehol nem én el a 100 mg/l-t A vizek szulfátos jellege a Tisza és holtágai vizének a talajvízre gyakorolt hatásával magyarázható A Tisza Koros közötti területen az uralkodó kation a nátnum, 1000 3000 mg/1 közötti értékben A magnézium mennyisége mindig több a kalciuménál, de a 100 mg/l-t csak kivételesen haladja meg A kalcium mennyisége 50 mg/1 alatt marad A hidrogén-
1 ----- Cl" 2 H C 0 3" 3 -------------------- S O 4
8 ábra Földtani es anyagvizsgálati szelvények a Duna Tisza közi hátság es a Tiszazug hataran A jelmagyarazatot lásd a 2 ábránál Fig 8 Geological and laboratory analysis cross sections on the border between the Danube Tisza Interfluve and Tiszazug area (See legend as in Fig 2) karbonát-tartalom 1000 mg/1 fölötti, de ezt az értéket a szulfát is elén, sőt néha túl is haladja K felé nő a klond-ion mennyisége, s egy mintában, a terület K-i határán 200 mg/1 fölötti értékkel uralkodóvá válik Az erősen nátriumos jelleg a Duna-volgyihez hasonló okból alakulhatott ki A Koros meanderovének Ny-i részén a nátrium (50-500 mg/1), a K-in a kalcium (150 300 mg/1) az ulralkodó kation A magnézium csekély mennyiségben van jelen, kivéve egy kisebb területet, ahol ugyanolyan koncentrációban van, mint a nátrium (400 mg/1), és a kalcium érteke sem sokkal kevesebb A hidrogénkarbonat mennyisége 400-600 mg/1 közötti A szulfáttartalom 100-300 mg/1, a klond szinte mindenütt kevesebb 50 mg/l-nél Na Fig 9 Cation distribution in groundwater in the Tiszazug area
Cl 10 abra A talajvíz anion-eloszlasa a Tiszazugban Fig 10 Anion distnbution in groundwater in the Tiszazug area A Koroson túli szikesek alatt az uralkodó kation nátrium lesz, 500 mg/1 fölötti mennyiségben, míg a kalcium és magnézium éppen hogy eléri az 50 mg/l-t A vizek hidrogénkarbonátos jellegűek, 500-1000 mg/1 közötti H C 03 tartalommal A szulfát mennyisége az előző területéhez kepest növekszik, 200 500 mg/1 A klorid nem en el a 100 mg/l-t, sőt fokozatosan 50 mg/1 alá csökken A vizsgálat jelentősége A felszínkozeh laza üledékes képződmények, az üledékek karbonáttartalma, és a talajvíz kémiájának összehasonlító vizsgálatának jelentőségét az alábbiakban foglalhatjuk össze 1 Fiatal, laza üledékes területeken, ahol az őslénytani, szedimentológiai adatok hiánya, vagy elégtelen volta nem teszi lehetővé a képződmények lehatárolását, geokémiai módszerek segítségével azok részben megközelíthetők, regionálisan kijelölhetők a képződményhatárok 2 Vizsgálati eredményeink szoros összefüggést mutatnak az agrogeológiai célú mikroelem kutatási eredményeinkkel, mintegy kölcsönösen igazolva egymást Hangsúlyozni kell azt a drasztikus geokémiai különbséget, mely az állandó vízborítottság határfelülete alatti és a talajvíz ingadozási zónája fölötti képződmények közt van
3 Olyan agrogeológiai, agrogeokemiai módszerek kidolgozására ad lehetőséget, mellyel megoldható a felszínkozeh képződményeket és a talajt károsító geokémiai folyamatok veszélyének előrejelzése, íll a veszély megelőzése IRODALOM - REFERENCES K uti L 1979 Az agrogeologiai problémák es a talajvíz kapcsolata az izsaki térképlap területen - Foldt Int EviJel 1977-rol 121-130 K uti L 1981 Az Alföld földtani atlasza, Kecskemét Foldt Int Kiadv K uti L 1983 Az Alföld földtani atlasza Izsák - Dunaújváros - Foldt Int kiadv (m press) Pécsi M (szerk ) 1967 A dunai Alföld - Budapest Pécsi M (szerk ) 1969 A tiszai Alföld - Budapest Priklonszkij U A Laptyev F F 1958 Felszín alatti vizek fizikai tulajdonságai es kémiai összetétele Budapest Rónai A 1956 A magyar medencek talajvize - Foldt Int Évk 46(1) Rónai A 1958 Magyarorszag talajvizeinek vegyi jellege - Hidr Közi 1 4 2-5 4, Rónai A 1974 Az Alföld földtani atlasza Csongrad - Foldt Int kiadv YOUNG UNCONSOLIDATED SEDIMENTS AND THEIR CHEMICAL INTERACTION WITH THE GROUNDWATER STORED IN THEM by L K uti Hungarian Geological Institute, Budapest, Nepstadion ut 14 H - 1143 ETO 551 79 556 31 551 3 051(439) 551 439 8 556 31 551 3 051(439 15) K ey w o rd s groundwater, sediments, chemical composition, carbonates, ion contents, agrogeological methods, D anube-tisza Interfluve (Hungary) Using data of the 1 100,000, scale geological mapping of the Great Hungarian Plain (further Alfold) comparison of the calcium content of young unconsolidated nearsurface sediments of different genetic type and the chemical composition of the groundwater stored in them were carried out The working hypotheses were the following 1 The chemistry of the groundwater is characteristic for the host rocks, and it differs from area to area 2 The average calcium content of the soil above and under the oscillation zone of the groundwater table differs from area to area, being characteristic for a given area 3 These two factors and the geology are interconnected in a way characteristic for a given area
To test the above assumptions several cross sections of west-east direction were constructed across the South Alfold, from the Danube Valley to the river Koros Each section comprised 76 boreholes The near-surface formations, the average calcium carbonate contents above and below the oscillation zone of the groundwater table, the total of dissolved mineral substances and the quantity of Na +, C a++, M g++, Cl, HCO3 and SOJ 10ns Three areas can be distinguished with regard to composition and origin The Danube valley is made up mainly by sand and gravel, its surface being covered by 1,0 1,5 m clay or silt The Danube-Tisza Interfluve is built up mainly by eolic sediments such as loess and wmd-blown sand The sand of the Tiszazug area are finer than the Danube valley but they are covered by 3 6 mm of silt The calcium carbonate content, of the sediments above and under the oscillation zone of the groundwater table the quantity of dissolved 10ns in the groundwater as well as their respective ratios, are different and characteristic for the area except for local disturbances and surficial contaminations Consequently the geochemical methods provide us with a possibility delineate formations in areas where paleontological or sedimentological data are either lacking or unsufficient The results are in accordance with previous agrogeological evidence confirming the upper surface of the sediments permanently fieled with groundwater In addition, they allow the elaboration of agrogeological methods to predict geochemical processes detenor at the soil and the near-surface formations