Rejtőzködő karbonátok azaz górcső alatt a löszök másodlagos karbonátjai Horváth Erzsébet habilitált egyetemi docens erzsebet.horvath@geology.elte.hu Barta Gabriella PhD hallgató gabriellabarta86@googlemail.com Fodor Emőke tudományos segédmunkatárs emoke.fodor@gmail.com Összefoglalás A löszök és eltemetett talajok sorozata kiváló lehetőséget kínál arra, hogy megismerjük a pleisztocén éghajlatés környezetváltozásait, a változások menetét és azok időtartamát, el tudjuk különíteni a kőzetben a kialakulása során és az utána bekövetkezett változásokat. Ehhez a korszerű kormeghatározásokon kívül arra is szükség van, hogy fel tudjuk ismerni a formákat, megértsük képződésüket, felfedezzük a közöttük lévő összefüggéseket, azaz megtanuljunk olvasni a löszök nyelvén íródott természet nagy könyvében. Ezen varázslatos felfedező út egyik állomása a másodlagos karbonátok megismerése és tanulmányozása. Ebben a cikkben csak nagyon rövid áttekintést adhatunk a legfontosabb formákról, de talán elegendő lesz az olvasó kíváncsiságának felkeltéséhez. 1. Bevezetés Amikor a karbonát tartalmú kőzetekre gondolunk, ritkán jut eszünkbe a lösz, pedig a típusos lösz kialakulása elképzelhetetlen a mésztartalomnak az üledékben történő átrendeződése, azaz a másodlagos karbonátok képződése nélkül. A típusos löszök átlagos karbonát tartalma 10-30%, ami az elsődleges és másodlagos karbonátokból adódik össze. Elsődlegesnek nevezzük a lösz poranyagában, a többi löszalkotó ásvánnyal együtt ülepedő CaCO 3 és CaMg(CO 3 ) 2 kőzet- és ásványszemcséket, amelyek oldódása és a többi üledékszemcse mállása során felszabaduló Ca ++ és részben Mg ++ ionokat a talajosodás során az üledékben mozgó oldatok elszállítják, majd ezekből a telítettségi szint elérésekor kicsapódnak. A löszt alkotó ásvány- és kőzetszemcsék felületét bevonó kiválások biztosítják a pornak a levegőből való kiülepedése során létrejött laza szerkezetének a megmaradását, ezáltal tulajdonképpen az üledéknek a kőzetté történő átalakulását.
A kilúgzás során nagyobb mennyiségű karbonát áthalmozására is lehetőség van, így például több csapadék, hosszabban tartó nedves időszak, talajvízhatás vagy talajképződés hatására nagyobb méretű kiválások is képződhetnek, ilyenek a jól ismert löszbabák vagy repedéskitöltések, és erősebb vízhatás esetén akár mészkőpadhoz hasonlatos vízszintes kiválások. Bár ezeknek a jól látható formáknak is nagy szerepe van a löszképződés menetének és körülményeinek megértésében, de pontosabb őskörnyezeti rekonstrukciót azokkal a javarészt kisebb méretű, csak nagyítóval vagy mikroszkóppal látható másodlagos karbonátoknak van, amelyeknek a képződése egyidejű a rétegsor adott részének képződésével (PÉCSI 1993, BECZE-DEÁK et al. 1997, KEMP 1999). 2. Másodlagos karbonátok a górcső alatt A most bemutatandó képződmények nem csupán a mikroszkópban láthatók, a löszfeltárások rétegsorában azonban csak tömeges előfordulásuk esetén feltűnőek, szabálytalan lefutású, néhány cm-es vonalak, vagy cm-es kerekded foltok formájában, de szerkezetük felismerése és egyértelmű azonosításuk csak megfelelő nagyítással lehetséges. Ide tartoznak a felületi (carbonate coatings) és a felület alatti bevonatok (hypocoatings), a meszesedett gyökérsejtek (calcified root cells), a tűs rostos kalcitok (needle fiber calcites) és a földigiliszta bioszferoidok (earthworm biospheroids). A korábbi szakirodalmakban jellemző, de még manapság is előfordul, hogy az egyes formákat a leírások során nem különítik el egymástól és összefoglalóan pszeudomicéliumként említik őket, vagy ha mégis megkülönböztetik őket egymástól, akkor az itt használttól eltérő elnevezésekkel illetik őket, ami miatt a különböző eredmények összehasonlítása sokszor komoly nehézségekbe ütközik (BARTA 2011). 2.1. Felület alatti bevonatok (hypocoatings) A napjainkban leginkább elfogadott magyarázat szerint ezek a formák meszes alapanyagú, nem kilúgzott löszökben, a növényi gyökerek vízfelvételének hatására a gyökércsatorna irányába áramló és ott betöményedő hidrokarbonátos oldatokból válnak ki, a képződő kristályok igen kis méretűek, általában 4 µm-nél kisebbek, a gyökércsatornától távolodva méretük növekedhet (1/a, b ábra). Mivel képződésük a növények élettevékenységéhez kapcsolódik, a poranyag felhalmozódásával és ezzel párhuzamosan a lösszé válás folyamatával egyidejűnek lehet tekinteni, így jelenlétükből a karbonátok jelenlétére, és az üledéknek az adott növények (javarészt fűfélék) vegetációs időszakában megfelelő vízellátottságáról tanúskodnak (BECZE-DEÁK et al. 1997).
A felület alatti bevonatokat terepen könnyű összekeverni a repedések, az állati és növényi (gyökér-) járatok falára kicsapódott felületi bevonatokkal, amelyek a rendszerben áramló hidrokarbonátos oldatokból utólagosan, akár több százezer évvel később is kiválhatnak, így nem alkalmasak az őskörnyezet jellemzésére (BULLOCK et al. 1985, BECZE-DEÁK et al. 1997, KEMP 1999) 1/a,b ábra: Felület alatti bevonatok (Polarizációs mikroszkópi képek) 1/a: Az egykori gyökérjárattól(egynemű, fekete, kerekded folt a kép közepén) távolodva fokozatosan csökken a pórusokat kitöltő karbonát (szürkés sárga kiöltés) mennyisége; 1/b: a felületalatti bevonat a gyökércsatorna felőli oldalán nagyobb és világosabb (szürkés fehér) kristályokból álló felületi bevonattal 2.2. Meszesedett gyökérsejtek (calcified root cells) Kialakulásuk oka ma még nem pontosan ismert, de annyi bizonyos, hogy a gyökérsejtekben található oldatokból történő gyors kicsapódás során jönnek létre a 40-100 µm-es, szögletes, megnyúlt formák, amelyek az egykori gyökér felépítésnek megfelelően rendeződnek (2/a,b,c ábra).az oldatoknak a sejtekben való megmaradását a növényi keringés hirtelen leállása, így a gyors kiszáradás, kiégés okozza (JAILLARD ET AL. 1991, BECZE-DEÁK et al. 1997). 2/a,b,c ábra: Meszesedett gyökérsejtek 2/a: Egykori gyökérjáratban (egynemű, fekete, hosszúkás forma a kép közepén) megőrződött meszesedett gyökér keresztmetszete elmésztelenedett alapanyagban (Polarizációs mikroszkópi kép); 2/b: Egy kiválasztott meszesedett gyökér keresztmetszeti és 2/c: hosszmetszeti képe pásztázó elektronmikroszkópban (SEM)
2.3. Tűs-rostos kalcitok (needle fiber calcites) Képződésükhöz szerves anyag és azt lebontó gombák jelenléte szükséges, a kalcit kiválása ugyanis a gombafonalak mentén zajlik. Löszökben való előfordulásuk azt jelzi, hogy a por felhalmozódása során a felszínen volt növényzet és legalább évszakosan megfelelő mennyiségű csapadék, ami biztosította a gombák életfeltételeit (BECZE-DEÁK et.al. 1997, CAILLEAU et al. 2009). 3/a,b ábra: Jó állapotú tűs-rostos kalcitok (SEM felvételek) 3/a: Tűs-rostos kalcitok mállott meszesedett gyökérsejteken és 3/b és felület alatti bevonaton egy egykori gyökércsatorna belsejében 2.4. Bioszferoidok (earthworm biospheroids) Ezeket az érdekes, az előzőeknél nagyobb méretű (0,4-2 mm átmérőjű) képződményeket a földigiliszták választják ki mészmirigyeik segítségével, azokban a talajokban, amelyekben a magas karbonáttartalom miatt fennállna a Ca-mérgezés veszélye, illetve, hogy így egyenlítsék ki szervezetük ph-értékét a környezetük magas CO 2 -tartalmával szemben (BECZE-DEÁK et.al. 1997, CANTI&PIEARCE 2003, BARTA 2011). 4/a, b ábra: Bioszferoidok 4/a: Nagyméretű kalcitkristályok halmazából álló, kissé koptatott (áthalmozott) bioszferoid elmésztelenedett alapanyagban (Polarizációs mikroszkópi kép) 4/b: Enyhén megnyúlt, kerekded bioszferoid képe pásztázó elektronmikroszkópban, amelyen jól látszanak a nagyméretű kalcitkristályok (SEM)
Összefoglalás A másodlagos karbonátok bizonyos típusai jól jellemzik azt a környezetet, amelyben képződtek, de jelentőségük nem csak ebben áll! Hiányuk, vagy roncsolt, mállott megjelenésük ugyanis a képződésük utáni változásokról tanúskodnak. A tűkristályos kalcitok kivételével mindegyik forma jobban ellenáll a környezeti hatásoknak, a mállásnak, az áthalmozódás (lepusztulás, vagy állati átkeverés) során fellépő fizikai hatásoknak, mint az alapanyagbeli másodlagos karbonátok. A későbbi, például a talajképződés során bekövetkező erőteljesebb kilúgzási folyamatok a felület alatti bevonatokat és a földigiliszta bioszferoidokat tömörebb voltuk miatt kevésbé rongálják, mint a szemcséket vékonyan bekérgező karbonátburkot, így gyakran csak ezek őrzik a másodlagos karbonátok egykori jelenlétének nyomát a löszben vagy az eltemetett talajokban (1/a, b, 4/a ábra). Ha az utóbbi képződmény fizikailag sérült (4/a ábra), az egyértelműen jelzi az áthalmozódást, főként, ha az adott szintből minden más másodlagos karbonátforma hiányzik. A meszesedett gyökérsejtek ritkán szabályos megjelenésűek, többnyire töredékesek, az üledék későbbi átttelpülése és/vagy a talajlakó állatok átkeverő tevékenységének köszönhetően. A bemutatott képződmények jobb megismerése és a környezetváltozások felismerésének érdekében részletes kutatásokat folytatunk (stabilizotópos mérések, SEM/FIB mérések, eloszlás vizsgálatok). Irodalomjegyzék BARTA, G. 2011. Secondary carbonates in loess-paleosoil sequences: a general review. Central European Journal of Geosciences 3 (2), pp. 129-146. BECZE-DEÁK, J., LANGOHR, R., VERRECCHIA, E.P. 1997. Small scale secondary CaCO 3 accumulations in selected sections of the European loess belt. Morphological forms and potential for paleoenvironmental reconstruction. Geoderma 76. pp. 221-252. BULLOCK, P., FEDOROFF, N., JONGERIUS, A., STOOPS, G., TURSINA, T. 1985. Handbook for soil thin section description. Waine Research Publications, Wolderhampton. 152 p. CAILLEAU, G., VERRECCHIA, E.P., BRAISSANT, O., EMMANUEL, L. 2009. The biogenic origin of needle fibre calcite. Sedimentology 56. pp. 1858-1875. CANTI, M.G., PIEARCE, T.G. 2003. Morphology and dynamics of calcium carbonate granules produced by different earthworm species. Pedobiologia 47, pp. 511-521. HORVÁTH, E., BRADÁK, B., NOVOTHNY, Á., FRECHEN, M. 2007. A löszök paleotalajainak rétegtani és környezetrekonstrukciós jelentősége. Földrajzi Közlemények CXXXI. (LV.) 4.. pp. 389-406. JAILLARD, B., GUYON, A., MAURIN, A.F. 1991. Structure and composition of calcified roots and their identification in calcareous soils. Geoderma 50, pp. 197-210. KEMP, R.A. 1999. Micromorphology of loess-paleosol sequences: a record of paleoenvironmental change. Catena 35. pp. 179-196. PÉCSI, M. 1993. Negyedkor és löszkutatás. Akadémiai Kiadó, Budapest. 420 p. Kutatásainkat az OTKA K 68219, a DAAD, a Bolyai János Kutatói Ösztöndíj (Horváth Erzsébet részére) és a TÁMOP 4.2.1./B-09/KMR-2010-0003 támogatta.