Másodlagos karbonát talajokban és paleotalajokban, mint paleokörnyezeti jelzõ

Talajokban a helyben, vagyis a talajosodás során képzõdõ (ún. másodlagos, pedogén) karbonátok formáit, ezek kialakulásának és felhalmozódásának módjait tanulmányozzuk.

A klasszikus talajtani felfogás szerint a talajokban a másodlagos karbonát mennyisége, akkumulációjának rátája és mélysége elsõsorban klimatikus viszonyokra vezethetõ vissza (pl. a csapadék évi átlagos mennyisége és a karbonátcsomók kialakulási szintje talajokban korrelációt mutat). Bár a talaj anyakõzetének típusa, a talajhõmérséklet és a talaj nedvességviszonyai is befolyásoló tényezõk a karbonát kiválásában, az éghajlattal való szoros kapcsolata miatt kézenfekvõnek tûnik a talajkarbonátok felhasználása paleoéghajlati rekonstrukcióra.

Manapság egyre erõsebb az a vélemény, hogy az éghajlattól függetlenül a biogén tényezõk szerepe valószínûleg sokkal fontosabb a talajkarbonát kiválásában, mint korábban gondolták - baktériumok, gombák, növények és állatok közvetett vagy közvetlen karbonátkiválasztó hatása igen jelentõs lehet a szervetlen eredetû kicsapódás mellett. Emiatt lényeges a talajkarbonát eredetét, valamint a befogadó talajhoz viszonyított relatív korát lehetõség szerint meghatározni, mielõtt paleokörnyezeti jelzõként használnánk fel.

A talajkarbonátok tanulmányozása információt ad a pedogenezis folyamatáról és körülményeirõl, fosszilis talajok esetén az egykori környezet (éghajlat, vegetáció) rekonstruálható. A vizsgálataink a Magyarországon különösen elterjedt negyedidõszaki képzõdményeken (pl. lösz, vörösagyag, travertino) kialakult talajok karbonátfázisaira koncentrálódnak.

Fõbb vizsgálati módszerek

- terepi talajtani megfigyelések, mezoszkópos megfigyelések binokuláris mikroszkóppal
- szöveti-mikromorfológiai vizsgálat polarizációs és katódlumineszcens mikroszkóppal,
- röntgenpordiffrakciós fázisanalízis,
- stabil szén- és oxigénizotóp-összetétel meghatározás,
- morfológiai vizsgálat pásztázó elektronmikroszkóppal,
- mikroszondás kémiai elemzések.

Talajkarbonátok izotóp-geokémiája

A talajkarbonátok vizsgálatában kiemelt jelentõségû a stabilizotóp-összetétel meghatározása. A talajkarbonátokban lévõ szén részben a talajban jelenlévõ elsõdleges karbonátok (kõzettörmelékek, por) feloldódásából, részben a talajatmoszférában lévõ CO2 gázból származik. Az utóbbi forrása a növényi gyökérlégzés, a szerves anyag mikrobiális oxidációja (együttesen: talajlégzés) és a talajba kerülõ légköri CO2 lehet. A talajlégzés során kibocsátott CO2 szénizotóp-összetétele a talajt borító helyi növényzet fotoszintézisének típusától függ. A növények által végzett fotoszintézis során különbözõ módon frakcionálódnak a szénizotópok, így az ún. C3 és C4 fotoszintetikus útvonalat folytató növények által kilélegzett CO2 szénizotóp-összetétele is eltérõ (C3-típusú növények: a fák nagyrésze, hideg éghajlati füvek - d13Cátlag szerves anyag = -27‰, C4-típusú növények: meleg éghajlati füvek, kukorica, cukornád - d13Cátlag szerves anyag = -13‰). Amennyiben elsõdleges karbonát vagy légköri CO2 hozzájárulása elha-nyagolható, a talajkarbonát szénizotóp-összetételét a talajlégzés, azaz a C3 és C4 növényzet aránya határozza meg. A talajkarbonát összetétele 100% C3-típusú növényzet esetén: d13Ckarbonát = -13 - -10‰, 100% C4-típusú növényzet esetén: d13Ckarbonát = +1 - +4‰ (vegyes növényzet esetén köztes d13Ckarbonát várható).

A karbonát oxigénizotóp-összetételét számos faktor befolyásolja, mint a csapadékvíz d18O értéke, mennyisége, szezonális eloszlása, a párolgás és a hõmérséklet.

A talajkarbonátok stabilizotóp-összetételi adatai használhatósága

- A karbonátok keletkezésének, mint jelenségnek a megértéséhez. Az adatok mutathatja a karbonátban lévõ szén lehetséges eredetét, emellett tükrözhetik az egyes pedogén karboná-tok eltérõ fizikokémiai kiválási körülményeit.

- Ökológiai, valamint klimatikus változás kimutatásához a vizsgálati területen. Az egymás felett kialakult (paleo)talajszintek pedogén karbonátjainak változó szénizotóp-összetétele rögzítheti a vegetáció jellegének (esetleg sûrûségének) idõbeli megváltozását. Ezt gyakran a d18Okarbonát értékek által mutatott klimatikus viszonyok (hõmérséklet, csapadékmennyiség) megváltozása, vagy geomorfológiai változás is kíséri. A talajkarbonátok stabilizotóp-adatai (kombinálva a talaj szerves anyagának stabilizotópos elemzésével) a paleokörnyezet rekonstruálására alkalmasak, ezáltal a régészet számára is alapadatokat szolgáltatnak.

- A talajok globális szénciklusban betöltött szerepének vizsgálatára. A pedogén karbonátok szerepet játszanak a globális szénciklusban, mivel kiválásukkal a szén egy része kivonódik a ciklusból és több-kevesebb ideig bennük tárolódik. A stabilizotópos mérés más, terepi és mikroszkópos módszereknél pontosabb képes megadni a talajkarbonát átlagos mennyiségét, így lehetõvé teszi a talajok (szervetlen) széntároló képességének nyomon követését a különbözõ földtani korokban.

- Az egykori légkör szén-dioxidtartalmának meghatározásához. A miocén vagy idõsebb korú paleotalajok karbonátjaiba a C3 növényekbõl származó CO2 mellett csak légköri szén-dioxid tudott beépülni, mivel a C4 növények csak a miocén óta vannak jelen a növényzet-ben. Emiatt a miocénnél idõsebb talajkarbonátok rögzítették az egykori légkör CO2 koncentrációját, amelynek fontos szerepe volt/van a földfelszín hõmérsékletének szabályo-zásában.

Eredményeink
Ld. publikációs listát (Bajnóczi B.).

A vizsgálatokat az OTKA támogatja (D 048631).