Könyezeti Földtan Előadás jegyzet, M. Tóth Tivadar, 2009 Környezetföldtan: különböző geológiai tudományok felhasználásának összessége A:környezet ↔ B:ember Geokörnyezet saját fejlődése, -ideje: Változása nem emberi léptékben történik. Kérdései: Magától hova tart? Emberi tevékenység mennyire befolyásolta? Pl Mátrai rézbányászat Mivel foglalkozik? - Víz, üledékes kőzetek szennyezése hulladéklerakással. - Ipari tevékenység által okozott szennyezés. - Szállítással kapcsolatos körny-i problémák. (CH csövek) - Ember által okozott geol-i kockázatok kezelése. (kockázat elemzés: mekkora, vállalható-e, minimalizálható-e) - Bányászat - Rekultiváció (Bükkábrány: nem elég ha szép, működnie is kell) - Adatbázisok (hogyan lehet felhasználni a legtöbb adatot?) Ásványok szerepe a kémiai környezetben •
Kémiai összetétel, stabilitás -
Mállások keresztül meghatározza a természetes hátteret (felszínközeli instabilitás) •
talajkémia
•
érctelepek mállása (fémionok oldatba jutása, Arzén rétegvizekbe jutása, ólom) -földtani gát és műszaki gát
• •
bázikus/ultrabázikus testek mállása
Kristályszerkezet -
Adszorpciós képesség •
Agyagásványok és Zeolitok (filloszil. És tektoszil.) - megköthetik a mozgó, migráló szennyeződéseket •
Kaolinit: TO szerkezet – kicsi adszorpciós kapacitás
•
Pirofillit: TOT szerk – nincs lyuk ebben sem
•
Szmektitek: TOT+c/i – rétegközi térben kationokat, anionokat, szerves molekulákat képesek megkötni, adszorbeálni (pl. Montmorillonit, Muszkovite, Illit: csak K+-ot köt meg) – Vermikullit hasonló szmektithez. Bentonit ezekből áll
•
flokkulál(kiterjed): agyagásvány kiszappanosodása. Szétesik a műszaki gát.
•
Klorit: TOT+O – intersticiáris térben nincs hely Oktaéder miatt
•
•
Ásványok a kulcs környezeti rendszerekben -
Felszíni közeli kőzetek, talajok – mállás (nyílt rendszerben)
-
Tengeri üledékgyűjtők
-
Atmoszféra
-
Mesterséges ásványok
Mállás -
Eh-pH: diagramm: a) pH 8 alatt Zn oldatba kerül a ZnOH-ból. PH gát megemelése pl meddőhányókkal(hepehupák,mészkőzúzadék), CaCO mállásával 9-es lúgos pH gát keletkezik. b) CrO pH reduktív irányba tolása c) TiO2: nem oldódik, jó indexásvány d) UO: széles az oldhatósága, extrémsavas pH-n mobilis, pici oxidatív körny-ben is mozog. Gát: CaCO3 U3O8, redox irányban Mocsári környezet tolja el, uraninitként csapódik ki a C miatt. C elfűtése, salak, beton, ház :D
-
Szilikátok (allitos,sziallitos) •
Primer ásványok
•
Másodlagos ásványok •
•
agyagásványok: kaolinit, illit, vermikullit, szmektit, klorit
Meghatározza a mállási zóna és a talaj -
Szerkezetét
-
Vízháztartását: porozitás és permeabilitás
-
Kémiai összetételét •
Elem mobilitás
•
Autigén ásványosodás •
Toxikus fémek megkötése ◦ pl. oldhatatlan fém-foszfátok (rizofixáció)
•
Adszorbció
•
Állandó negatív felületi töltés (agyagásványok)
•
•
ionmegkötés függ a töltés sűrűségétől, hidrátburok méretétől
•
verseny az ionmegkötő helyekért
pH-függ töltés az éleken (agyagásványok) •
alacsony pH – protonált – anion megkötés
◦ pl. foszfát háztartás •
magas pH – deprontált – anion megkötés ◦ pl. nehézfémek, alkáli fémek
• • •
-
Befolyásolják a Föld hőháztartását
-
Kondenzációs magok (felhőképződés)
-
Természetes ásványi eredetű por (kőz fizikai mállása) •
kontinentális, óceáni ásvány (NaCl, MgPO, CaPO) provinciák
•
3-5 millió tonna/év - 1-2 millió tonna/év
•
kvarc, kalcit, agyagásvány, földpátok, halit, szolfát, sók
Ipari kibocsátás / szennyezés •
•
•
•
Specifikus adszorpció (nem kicserélhető)
Ásványok az atmoszférában (aeroszolok)
-
•
PZC
Égetés •
elemi C
•
Reziduális ásványi alkotók (agyagásvány, kvarc, szulfidok, krabonátok, kloridok)
cementgyártás, papíripar, vegyipar •
Mesterséges kristályos anyagok CaOH2
•
Fém oxidok – rutil,korund
•
kova
Ásvány reakciók az atmoszférában -
Adszorbeált SO2 – SO4
-
leggyakoribb a NH4SO4
-
kalcit-gipsz-SO4 megkötödik a légkörben
-
gáz – szemcse átalakulás, kb 4-5 mullió tonan/év
Kiülepedés -
száraz ülepedés: Stokes törvény
-
nedves ülepedés – kondenzációs magok
Hasznosítható környezeti ásványok -
„Tároló ásványok” •
káros anyagok beépítése az ásványrácsba „in situ”(helyben) vagy „off situ”
•
természetes ásványok elegykristályai
•
kalcit-pH nő- oldhatatlan fém-karbonátok (Zn,Cu,stb)
•
Ettringit – Ca6Al2(SO4)3OH12*26(H2O) – nem lehet belőle kiszedni, meddőhányók a jövőben potenciális másodlagos bányászati nyersanyagok
• -
Ca → Pb, Zn, Cd..., Al → Cr
Ásványi szennyező, mint ipari nyersanyag •
poremisszió csökkentése
•
másodlagos nyersanyag – pl építőipar (svájci cellulózgyár szűrőjén megkötött hamu elemzéséből építőanyag)
Kőzetek szerepe a környezetben •
Összetétel (kémiai, ásványos) -
Stabilitás, elemstabilitás, háttér koncentráció (nem szennyezés, Terhelés!), földtani gát ▪ Eredeti környezet ▪ Változások a kialakulás óta (mállottság mértéke) / Mit csinált eddig?/ •
Oxidáció, hidratáció, hidrolízis, karbonizáció, oldódás
▪ Aktuális összetétel /Milyen állapotban van?/ ▪ Várható változások (természetes, indukált-hova fog menni?) •
Szerkezet -
Szövet, szerkezet (meghatározza a kőzet fizikai viselkedését) ▪ Hőtani tulajd. (radioaktív hulladék), Porozitás (effektív ~), Permeabilitás (sebesség), Homogen./megism.(BodaiAleuritForm) – információ kiterjeszthetősége, emlékezés, 2 fúrás között megmondani hogy mi van félúton?
-
Folytonossági hiányok (ISRM ajánlás: „Környezetföldtani célból mindazokat a kőzetfejlődésre, kőzetösszetételre vonatkozó paramétereket vizsgálni kell, amik a kőzet mechanikai viselkedését érintik”) ▪ Típusa [rétegzettség, tektonikus, atektonikus (bazalt,iszap,fagyásrepedések), plasztikus(só,agyag), töréses] ▪ Gyakorisága [pl.(1ségnyi térfogat/terület/hossz) /db]
•
Kummulált gyakorisága töréseknek exponenciális → más műszerekkel más DB számú törések (méret-db), hatványfüggvény eloszlást követ. Információ kiterjeszthető más mérettartományra. ▪ Orientációja (dőlés, csapás) •
legtöbb tektonikus területen 2 törésrendszer → kutak kommunikációja
▪ Deformáció mértéke
▪ Kitöltöttség mértéke/típusa (karbonát,kvarc,agyag...) - oldódás, cementáció ▪ Másodlagos porozitás: nem szemcsemérethez kötődik(reped.,diszkont.), eff. Poroz. permeabilitás, perkolációs viszonyok: kommunikáló törés/összes törés ▪ Töréshálózat összefüggősége (geotermális – hulladék) – kommunikáció milyensége ▪ Felszín alatti vízmozgás – töréshálózat 2. óra •
Mindez a társadalom által felhasznált „kőzetekre” is (főleg építőipari) -
cement, tégla, burkoló anyag, beton, aszfalt, útépítő anyagok, építőkövek, tetőfedők
•
A geodinamikai helyzet és a szeizmicitás szerepe a környezetföldtanban
•
Múltbeli szeizmikus aktivitás: kőzet szerkezet, tektonizáltsági fok
•
Jövőbeli szeizmikus aktivitás
•
-
Befolyásolják hidrodinamikai tulajdonságokat („fast path”)
-
Befolyásolják a kőzetmechanikai tulajdonságokat -gyengeségi zónák, törés nem gyógyul
Jogszabályi háttér -
NAÜ ajánlás, CXVI törvény (atomtörvény): „A biztonságnak minden más szemponttal szemben elsőbbsége van”
-
62/1997 IKM rendelet: „...telephely nem jelölhető ki olyan törésszakaszon, ahon az utsó 100e évben elmozdulás volt”
-
62/1997 IKM rendelet: „...a potenciális telephely kijelölését követően mérőházat kell telepíteni és folyamatosan üzemeltetni”
•
132/1993 kormányrendelet: veszélyes hulladékok, vonalas létesítmények, rendezési elv.
Aktív vető, vetőzóna, szeizmoaktív vető, szeizmikus zóna -
Aktív vető: „geológiai Közelmúltban elmozdulás történt”
-
Aktív vető: szerk. kapcsolatban áll aktív vetővel
-
Szeizmoaktív vető: viszonylag gyorsan nagy feszültség halmozódik fel és tisztán töréses a deformáció
•
Nem szeizmoaktív: képlékeny nyírás, csúszás (agyag, só)
Szeizmotektonikai modellek -
Minden földrengés estében vizsgálandó ▪ Forrászónájának helye, Lefutása, különböző magnitúdójú rengések gyakorisága, Visszatérési ideje, Fészekmechanizmusa, szeizmoaktív törés és aktív töréses öv 1nlő
•
Horizontális Shmax értékek szerint megújuló kompressziós aktivitások várhatók.
•
Pannon-medence jelenlegi geodinamikája
-
tektonikus inverzió (Dinári-hg., Vrancea-zóna, Cseh-massz.)
-
kivékonyodott kérgű medence nagy hullámhosszú gyűrődése
-
egyre intenzívebb szeizmicitás....
-
…
3.óra Felszín alatti vizek környezetföldtani szerepe •
Felszín alatti vizek állapota szempontjából meghatározó − vízkörforgalom és az azt befolyásoló természetes folyamatok (víz, kőzet) − felszín alatti vizek áramlási viszonyai, megjelenési formái − kőzetváz szerepe a vízminőség alakulásában − vízkörforgalmat, felsz.alatti vizek mennyiségét, minőségét befolyásoló emberi aktivitás
•
Jogszabályi háttér: … • • • •
•
vizet és földtani közeget ne szennyezzük, ha már szennyezzük, csökkentsük határérték alá, szabályok megelőzésre legjobb elérhető technika
Vízkörforgalom – vízháztartás − csapadék, Felsz.lefolyás, Besziv.talajba,vizekbe, Felsz.alatti vizek megcsapolódása, Felsz.alatti vízmegkötés (ásványokba beépülés), vízraktározás, vízmozgás, párolgás, evaporáció, transpiráció, víz kondenzációja/kicsapódása légkörben
•
Felszín alatti vizek áramlása − Gravitáció, áramlás a nagyobb energiájú hely felől a kisebb E-jú hely felé − Repedezett kőzet kommunikációja
•
Felszín alatti víz szennyezésének lehetséges okai: − Földfelszínen végzett emberi tevékenységek (kockázatos területhasználatok) ▪ Mezőgazdaság •
rossz talajművelési mód – beszivárgás mértéke módosul
•
öntözés (+műtrágya, permet)
•
erdőgazdálkodás – beszivárgás mértéke módosul (fakivágás)
▪ Urbanizáció •
Felszín lefedettsége – beszivárgás mértéke módosul, áthelyeződik (beépített területek alatt vízhiány, felszín alatti vízkivétel → szennyezett talajvízből pótlódik)
▪ Ipar •
Bányászat – vízszint csökkentés, víztartó rétegek kitermelése, stb.
•
Vezetékes szállítás stb
− Felszín alatti víztermelés ▪ Utánpótlódás mértékét meghaladó kitermelés (túltermelés) •
megváltozó E viszonyok
•
felszín alatti vizek mennyisége, minősége
•
hévizek, gyógyvizek
− Szennyezőforrások
(Hulladék → Műszaki gát → Földtani gát)
▪ Hulladéklerakók (kommunális, ipari, veszélyes) ▪ Felszín alatti tartályok: monitoring, Akkumulátor szerep ▪ Csatornázottság mértéke (antropogén N és P szennyezés) ▪ Állattenyésztés ▪ Szerves-, műtrágyázás, növényvédő szerek •
Felszín alatti vizek érzékenysége, sérülékenysége − Felszín alatti vizek meghatározott védettséggel rendelkeznek a víztartókat ért terheléssekkel szemben − Ez függ a víztartó tulajdonságaitól, és a víz útja során akkumulálódó hatásoktól
Bányászat •
Bányászat kell (If you cannot grow it, mine it!) − Fenntartható fejlődés elve − Nyersanyag telepek végesek, kitermelés véges ideig tart − Bányászat esetében környezeti felelősség elve
•
Különböző nyersanyag lelőhely típusok (genetika), különböző bányászati technikák
Bányászat hatásai: •
Tájkárosítás („tájsebek”)
•
Felszínsüllyedés: felhagyott mélyművelésű területen, LO-ban tervezik is
•
Vízrendszer módosulása: helytelen rekultiváció
•
Toxikus anyagok kiszabadulása: hidrogeokémiai változás miatt mobilizálódnak
•
Savas bányavíz 6ásai: nagy fémoldó kapacitás, mobilizáció, hova megy?
•
Porszennyezés: kiporzás ellen lefedjük
•
Meddőhányók, fúróiszap tárolók
•
Élőhelyek, természeti értékek károsodása (NP-n lehet-e bányászni?)
•
„In situ” bányászat hatásai (baktériumos bányászat: kémiai cuccokkal - pl.: White horse)
Külszíni bányászat hatásai: •
Ma főleg építőipari nyersanyagok (kavics, homok, agyag, építőkő) ◦ Tájseb – rekultivációs kötelezettség (bánya bezárás után maradnia kell $-nek erre) ◦ Vízháztartás megváltozása ◦ Suvadás, roskadás → védőpillér (meredek partfal – új élőhely) ◦ Talajdegradáció, talajerózió – humusz-, talajmentés (jogszabályi kötelezettség)
•
Meddőhányók, fúróiszap tárolók ◦ Vas, színesfémek (Rudabánya, Recsk, Gyöngyösoroszi) ▪ Szulfid ásványok oxidációja, hidratációja ▪ Kénsav – savas pH ▪ Mobilis fémkomplexek ▪ Beáramlási területek ▪ Van-e természetes földtani gát? •
Repedezettség, Agyagásványok, Redox, pH
◦ Vörös iszap tárolók (Dunántúli-khg.) ▪ Na-Al szilikátok, Fe-oxid, FeOH, Tallium, Va, Ga, Cu Radioaktív környezeti problémák Nemzetközi AtomE ügynökség: Bécs → alapelv •
Nukleáris hulladék Konvenció -
the principles of radioaktive waste management ▪ alapelvek
-
safety priciples and technical criterie for the underground Disposal of High Level Radioaktive wastes ▪ jövő generációk terheinek minimalizálása ▪ biztonság függetlensége az intézményes ellenőrzésétől ▪ jövőbeli radiológiai kockázat minimalizálása ▪ országhatáron túlmutató hatások ▪ felső-dózis egyenérték korlát megállapítása •
folyamatos radionukleid migráció esetén 1mSv/év
▪ Felső kockázati korlát •
pillanatszerű radionukleid migrácó esetén 10-5 eset/év
▪ ALARA elv (As Low As Reasonably Achievable)
▪ Általános rendszerszintű megközelítés (különböző információk közös értelmezése) ▪ Radioaktív izotóptartalom meghatározása ▪ Megfelelő hulladékforma (technológia, pl. üvegbeolvasztás,) ▪ Kezdeti izolációs időszak jellemzőinek kialakítása ( 0 kiindulási állapot vizsgálata, 5évig) ▪ Megfelelő geológiai környezet alkalmazása (Földtani gát) ▪ Természeti erőforrások figyelembevétele ▪ Monitoring alkalmazása -
Siting of Geological ▪ Hosszú távú izolációs képesség bizonyításának kötelezettsége ▪ Kis-, középes-, nagyaktivitású hulladék → eltérő lerakó (volumen, minőség) ▪ Negatív szűrés szükségessége ▪ hosszú távú vizsgálatok földalatti laboratóriumi körülmények között ▪ Geológiai, kőzettani, geokémiai szempontrendszer elvei (Kötelező vizsgálat)
•
•
Kőzettest elhelyezkedése, méretei
•
Geológiai, hidrogeológiai jellemzők
•
Radioaktív izotópok migrációs jellemzői
•
Tektonika, szeizmicitás
•
Természeti események
•
Emberi behatolás
62/1997 IKM Rendelet: Földtani és bányászati követelmények a nukleáris létesítmények és a radioaktív hulladék elhelyezkedésére szolgáló létesítmények telepítéséhez, tervezéséhez -
Földtani gát jobb mint a műszaki gát :)
-
Földtani folyamatok figyelembe vétele
-
Stabilitás földtörténeti léptékben (vulkánok, földrengés)
-
Földtani gátnak beáramlási területnek kell lennie (áramlás)
-
Rétegvíz, ásványok nem bántja a földtani gátat (áramlás)
-
Tektonika, geomorfológia, klíma, vulkanizmus (áramlás)
-
Hőtermelés ne befolyásolja a környezetét
-
Üregek (természetes,mesterséges) kizárása → karbonátok kiszűrve
-
telephely földtani környezet jól megismerhető, modellezhető (kis bizonytalansággal)
-
Pozitív bizonyítás
-
Földtani gát adottságai → + nem veszélyeztetik a műszaki gátat
-
uccsó 100e évben nem volt felszíni elmozdulás
-
várható földrengések, törések
-
Természeti erőforrások védelme (oda nem)
-
oda telepíteni, ahol: ▪ elég nagy és homogén legyen (megismerhetőségig) ▪ műszaki gát nélkül is biztonságos ▪ 10e év múlva vagy lecsökkent sugárzással ér el felszínt, ivóbázist
-
Kizárók: Üregek, felhagyott bányák, agyagok, szenek; kőzet térbeli kiterjedése, homogenitása, olvadáspontja, oldhatósága (pl.só), hővezető képesség, kis in situ T, evaporit tömzsök; szorpciós és ioncserélő kapacitás, kolloidok, mikrobiológiai aktivitás; gázok, aktív vagy 4edidőszaki vulkanizmus, vetők, redők, földrengés, repedezettség; szivárgási tényező, lefelé mutató hidraulikus gradiens, létesítmény miatti változások; potenciális felszín alatti ivóvízbázis és utánpótlási területe, ásvány-,gyógy-,termálvíz
•
Állítás + Bizonytalanság
•
Kritérium rendszer elemei (kizárás) -
litológiai szempontú szűrés: Üledékes kőzetek
-
vastagsága nem éri el a 150m-t
-
önzáró képződmény (deformáció utáni törés magától záródik) felszíntől 300-800 m-re, nem önzáró képződmény: 500-1000 m-re legyen
-
Kizárható, ha: ▪ országhatártól <5km ▪ ivóvízbázison, gyógyvíz, termálvíz, lakott terület alatt, NP alatt, mélyművelésű bányák, nincs 5 km2 területe, horizontálisan < 1km
•
Kvalitatív értékelés: különösen kedvező (-5) → különösen kedvezőtlen (-1)
•
lehetőleg rögzítendő az adott minősítés feltétele
•
Bizonytalanság értékelése: nagyon megbízható (-5) → nagyon megbízható (-1)
•
Teljesen önzáró képződmény …(5: >300m) → nem önzárónál vastagabbnak kell lennie
