Földtani Közlöny 133/2, 263-270, (2003) Budapest
Stabilizotóp-geokémia és termometria: hogyan és mire? Stable isotope geochemistry
and thermometry: D E M É N Y Attila
How to use and for what?
1
Tárgyszavak: stabil izotóp, termometria, módszertan Keywords: stable isotope thermometry, methods Abstract Stable isotopic methods are being used more and more frequently in various fields of geological research in Hungary. This paper discusses the Hungarian terminology that should be used in publications in accordance with the international trends. One of the most important fields of stable isotope geochemistry involves palaeotemperature calculations. In this paper I also discuss the possible applications, with advantages and drawbacks that should be kept in mind during the observation of oxygen isotope thermometry. Összefoglalás A hazai analitikai háttér bővülésével és a nemzetközi kapcsolatépítés kiszélesedésével a stabilizotóp-geokémia egyre nagyobb mértékben hatja át a hazai geológiai és környezettudományi kutatást. Ezt jelzik a magyar kutatók hazai és nemzetközi folyóiratokban publikált, stabilizotóp összetételekkel foglalkozó, illetve azokra hivatkozó közleményei, valamint a felhasználó tudományterületek számának növekedése. A jelen rövid publikációban a stabilizotóp-geokémia speciális fogalomhasználatának főbb jellemzőit, valamint az izotópos termometria alkalmazási lehetőségeit kívánom bemutatni. Az alkalmazási lehetőségek tárgyalása mellett a paleohőmérsékletszámítások főbb buktatóival is foglalkozom, a korrekt alkalmazásra történő figyelemfelhívás céljából.
Bevezetés A m o d e r n m ű s z e r e s analitika f e j l ő d é s e új t í p u s ú a d a t o k k a l j á r u l h a t h o z z á a geokémiai kutatásokhoz. Ugyanakkor m i n d e n elemzési módszernek megvan a m a g a bizonytalansága, amit az adatok értékelésekor
figyelembe
kell v e n n i . A
k ü l ö n l e g e s t e c h n i k a g y a k r a n sajátságos t e r m i n o l ó g i á v a l és s z ó h a s z n á l a t t a l is p á r o s u l , a m i n e k f i g y e l m e n k í v ü l h a g y á s a g y e n g í t i a m e g á l l a p í t á s o k súlyát. E m e l l e t t b i z o n y o s g e o k é m i a i r e n d s z e r e k n e k sajátos j e l l e g z e t e s s é g e i k v a n n a k , a m e l y e k a z a d a t é r t e l m e z é s k o r speciális g o n d o l k o d á s m ó d o t
igényelnek. így
p é l d á u l a r a d i o a k t í v i z o t ó p o k e s e t é b e n a vizsgált r e n d s z e r i d ő b e l i fejlődése, a stabilis i z o t ó p o k e s e t é b e n a z a n y a g i m i n ő s é g és a k ü l ö n b ö z ő közötti
izotópmegoszlás
következőkben
a
nevezéktanról
és
alkalmazási
hőmérsékletfüggése
stabilizotóp-geokémiai
terület,
szóhasználatról, az
komponensek
meghatározó
tanulmányokban
valamint
oxigénizotópos
a
az
egyik
tényező.
A
használandó legelterjedtebb
hőmérsékletszámítás
paleo-
és
g e o t e r m o m e t r i a i a l k a l m a z á s á n a k alapjairól, korlátairól és b u k t a t ó i r ó l lesz szó.
'MTA Földtudományi Kutatóközpont, Geokémiai Kutatólaboratórium, H-1112 Budapest, Budaörsi út 45, e-mail: d e m e n y @ g e o c h e m . h u
264
A
Földtani Közlöny 133/2
stabilizotóp-geokémia paleoklimatológiai hazai alkalmazásáról
tanulmány jelent meg al.
1 9 9 5 ; V E T Ő et al.
(pl.
S Z Ö Ő R et al.
1 9 9 7 ; B A L O G et al.
S Ü M E G I et al. 2 0 0 2 ) , t a n u l m á n y t igényel.
számos
1 9 9 1 ; H E R T E L E N D I et al. 1 9 9 2 ; C S E R N Y I 1 9 9 9 ; P Á L F Y et al. 2 0 0 1 ; D E Á K et al.
ezek ismertetése azonban
külön
et
2002;
áttekintő jellegű
A stabilizotóp-geokémia tartalma Egy adott elem izotópjai l e h e t n e k radioaktívak, illetve stabilisak (pontosabban esetleges radioaktív bomlásukat a jelenlegi eszközeinkkel n e m tudjuk kimutatni). S z á m o s e l e m n e k v a n stabilis izotópja, ilyen értelemben tehát a stabilizotóp-geo k é m i a a periódusos rendszer jelentős h á n y a d á t felölelné. Ugyanakkor h a stabil izotóp-geokémiáról beszélünk, a hidrogén, szén, nitrogén, oxigén és kén izotóp arányaira ( D / H , C / C , N / N , 0 / 0 , ^ S / ^ S ) gondolunk. E n n e k oka több tényezőre vezethető vissza (lásd O ' N E I L 1986). 1 3
1 2
1 5
1 4
1 8
1 6
1) E z e n e l e m e k igen gyakoriak a természetben, m i n d e n geoszférában n a g y m e n n y i s é g b e n v a n n a k jelen. 2) Kémiai jellemzőiket tekintve h a s o n l ó a k egymáshoz: - g y a k r a n t ö b b oxidációs állapotban f o r d u l n a k elő, ami a t e r m é s z e t e s vegyületek széles skáláját eredményezi, - erős kovalens kötéseket létesítenek molekuláikban, ami az egyes e l e m e k különböző izotópjai közötti különbségeket hangsúlyozottá teszi. 3) Izotóparányaik meghatározása hasonló technikát, gázban történő tömegspektrométeres analízist kíván. 4) A ritka izotópok m e n n y i s é g e hasonló eloszlást mutat a felsorolt e l e m e k eseté b e n . E z alól kivételt k é p e z a hidrogén, amiben a deutérium m e n n y i s é g e (—100-200 p p m ) több nagyságrenddel kisebb, mint a többi elem ritka izotópjáé (—0,1-5%). A hasonló eloszlás mellett fontos a megfelelő m e n n y i s é g is, ami a k ö n n y ű elemezhetőséget biztosítja. A D / H arány meghatározása c s a k n e m egy nagyságrenddel pontatlanabb a többi elemnél.
Stabilizotóp-összetételi adatok A k ö n n y ű e l e m e k t e r m é s z e t b e n előforduló stabilizotópos ö s s z e t é t e l é n e k meghatározására a legelterjedtebb m ó d s z e r a tömegspektrometria, (újabban az infravörös spektroszkópiai technika intenzív fejlesztése tapasztalható). Alfred N I E R 1947-ben fejlesztette ki a j e l e n l e g általánosan használatos kettős b e m e n e t ű , gázionforrású tömegspektrométert. A vizsgálandó anyagból kémiai módszerek kel C O j , N , H , v a g y S 0 (esetleg S F ) gázt fejlesztünk, majd a gázmintát a t ö m e g s p e k t r o m é t e r b e vezetve m e g h a t á r o z z u k b e n n e az izotópok arányait. Mivel a vizsgálandó anyag izotópos összetétele a fellépő izotópszétválások, az ún. frakcionációk miatt a m é r é s folyamán is változik, ezért m i n d e n ismeretlen minta mérésekor referencia-anyagot (ismert összetételű anyag) is használunk. Ez a sztenderdizálás eljárása, amikor a m i n t á n elvégzett műveletet egy j ó l meghatá rozott összetételű sztenderden is elvégezzük, majd az ismeretlen minta elem2
2
2
6
DEMÉNY A.: Stabilizotóp-geokémia
265
és termometria: hogyan és mire?
zéséből kapott adatokat a sztenderd minta elemzési adataihoz viszonyítjuk. Ezt fejezi ki a stabilizotóp-geokémiában kizárólagosan használt 5 érték: S = (lWa/Rsztenderd-l)-1000> a
m
m
t
a
ahol Rjjúnta és R derd és a sztenderd izotóparányait jelenti. A k i s m é r t é k ű eltérések miatt a 5 viszonyszám igen kicsi l e n n e , ezért a k ö n n y e b b k e z e l h e t ő s é g é r d e k é b e n történik az 1000-rel való szorzás. E n n e k jelölésére szolgál az a d a t o k % - k é n t történő megadása, amely így n e m koncentrációértéket jelent. A sztenderd nemzetközileg meghatározott anyag. A hidrogén esetében az ún. S t a n d a r d M e a n O c e a n Water ( S M O W ) , a szén e s e t é b e n a Pee D e e Belemnite ( P D B ) , a nitrogén esetében a gyors légkörkeveredés miatt h o m o g é n összetételű levegő (AIR), az oxigén esetében a P D B és a S M O W , míg a k é n esetében a C a n y o n Diablo Troilite (CDT) a viszonyítási alap. E z e n a n y a g o k kiválasztása a stabil izotóp-geokémia hajnalán, az úttörő vizsgálatokat végző amerikai laboratóri u m o k b a n történt az 50-es és 60-as években. Az eredetileg kiválasztott anyagok a z o n b a n elfogytak, ezért újabb, az eredetivel m e g e g y e z ő összetételű, vagy azzal p o n t o s a n összemért sztenderdekről a bécsi székhelyű N e m z e t k ö z i Atomenergia Ü g y n ö k s é g gondoskodik. Ezért a j e l e n l e g elfogadott - sőt egyes folyóiratok szerkesztőbizottsága által megkövetelt - n o m e n k l a t u r a szerint az adatokat a VP D B , V-SMOW, és V - C D T sztenderdekhez viszonyítva kell m e g a d n i (a tiszta l e v e g ő r ő l m i n d e n kutató m a g a g o n d o s k o d i k ) . R é s z l e t e s e b b információkat C O P L E N (1988) és C O P L E N et al. (1983) m u n k á i b a n találhatnak az érdeklődők. s z t e n
0
Követendő nevezéktan és a leggyakoribb hibák A stabilizotóp-geokémia m ó d s z e r e i n e k egyre n a g y o b b m é r v ű alkalmazásával együtt jár, h o g y az elemzési adatokat a n e m kifejezetten stabilizotóp-geo kémiával foglalkozó szakemberek is felhasználják. U g y a n a k k o r számos más analitikán alapuló ágazathoz hasonlóan erre a tudományterületre is speciális n e v e z é k t a n és szóhasználat jellemző, ami az elemzési adatok jellegéből és a stabilizotóp-összetételeket befolyásoló folyamatok jellemzőiből következik. A j e l e n k ö z l e m é n y egyik célja a nevezéktan és szóhasználat világos megfogalma zása, és az egységes formában történő alkalmazásra vonatkozó figyelemfelhívás. A n e m z e t k ö z i gyakorlat alapján a következő terminológiai k ö v e t e l m é n y e k e t állíthatjuk fel. Az izotópösszetételeket a talán leggyakrabban idézett 5 0 értékkel fogom jelképezni. Az alábbi nevezéktani összefoglaló a hazai publikáci ó k b a n általánosan észlelt hibákra is rámutat. 1 8
1 8
- A kapott összetételeket 5 0 értékben adjuk m e g , az adatok mellett mindig szerepelnie kell az %o j e l n e k (pl. „a karbonát 5 0 értéke 15 %o"). - A 5 érték n e m tévesztendő össze az izotóparányokkal és m a g u k k a l az izotópokkal, így a „ 5 0 / 5 0 arány" v a g y „ 5 0 - i z o t ó p " kifejezéseknek nincs értelme. U g y a n í g y nincs „ S 0 arány", csak „izotóparány" vagy „ 0 / 0 arány". M i u t á n n e m abszolút arányokkal, h a n e m 6 értékekkel dolgozunk, az „arányok" s z ö v e g b e n történő használata a m ú g y s e m javasolt. 1 8
1 8
1 6
1 8
1 8
1 8
18
1 6
- H a s o n l ó problémát jelez a „ 5 0 - t a r t a l o m " szóhasználat. Természetesen csak egy adott izotópra vonatkozó tartalomról (pl. „ 0 - t a r t a l o m " ) beszélhetünk. 18
Földtani Közlöny 133/2
266
1 8
1 8
- „ 5 0 összetétel" helyett „oxigénizotóp-összetétel", v a g y „ 5 0 érték" a helyes kifejezés. - miután a m e g a d o t t izotópösszetételi értékek m i n d i g 5 értékként szerepelnek, a 5 jelölés n e m hagyható el. í g y tehát a „ C - é r t é k " v a g y „ 0 - é r t é k " helytelen. - a h a g y o m á n y alapján - m é g h a a kiejtés különbözik is - s e m m i esetre s e m í r u n k 5 0 - a t 5 0 helyett. 13
1 8
1 8
1 8
1 8
- „nehéz 5 0 érték" helyett „ n e h é z izotópban d ú s " a helyes szóhasználat. U g y a n í g y p o n g y o l a az „izotóposán dúsult" kifejezés, m i n d i g m e g kell adni, h o g y m e l y izotópban dúsult az adott k o m p o n e n s (pl. „ 0 - d ú s " ) . 1 8
- a h i d r o g é n az egyetlen elem, a m e l y n e k különböző izotópjai eltérő neveket k a p t a k (*H: prócium, H ( = D ) : deutérium, H : trícium. M i u t á n a z o n b a n e h á r o m izotóp egyazon elemnek, a h i d r o g é n n e k különböző módosulatait jelenti, a „deutériumizotóp-összetétel" h e l y t e l e n , a h e l y e s m e g f o g a l m a z á s m i n d i g a „hidrogémzotóp-összetétel". 2
3
A szóhasználati és nevezéktani problémával h a z á n k b a n n e m állunk egyedül. Az é r d e k l ő d ő k a s t a b i l i z o t ó p o k k a l foglalkozó I S O G E O C H E M i n t e r n e t e s f ó r u m o n (helye a publikáció elkészültekor: http://geology.uvm.edu/geowww/ isogeochem.html) is találhatnak erre v o n a t k o z ó eszmecseréket. A fentiek mellett n e m kevésbé fontos az analitikai m ó d s z e r t a n megfelelő leírása. A publikációban az analitikai háttér fejezetében és a z adatokat tartalmazó táblázatban rögzíteni kell, h o g y milyen sztenderdhez viszonyítva adjuk m e g az izotópösszetételeket. A felhasznált t ö m e g s p e k t r o m é t e r típusa, az alkalmazott m ó d s z e r hivatkozásokkal m e g a d o t t rövid, de szabatos leírása és a felhasznált sztenderdeken kapott e r e d m é n y e k ismertetése alapvető k ö v e t e l m é n y számos n e m z e t k ö z i szaklapban. További fontos s z e m p o n t a mérési pontosság figyelembe vétele az adatok kezelése során. Az e l e m z é s e k m i n ő s é g é t a sztenderdeken kapott a d a t o k o n kívül a reprodukálhatóság is jellemezi. A n e m z e t k ö z i l e g elfogadott m é r é s i reprodukálhatóság kb. 0 , 1 % o , amibe feltételenül bele kell érteni a feltárás hibáját is (azaz duplikátum mérésről v a n szó), tehát n e m csak a tömegspektrom é t e r e s elemzés pontosságát kell figyelembe venni. Az a d a t o k megbízhatóságát a fentiek együttesen adják m e g . A 0 , 1 % o - e s pontosság alapján az adatokat e g y tizedesre szükséges megadni. Az a d a t o k megbízhatósága miatt az izotópössze tételek tárgyalásakor 0 , 5 %o-nél kisebb változások n e m tekinthetők szignifi kánsnak.
Paleohőmérsékleti és geotermometriai számítások A stabilizotóp-geokémia hajnalán Harold U R E Y és munkatársai elméleti meg fontolások és a tengeri m é s z k ö v e k oxigénizotóp-összetételének empirikus vizs gálata alapján arra a következtetésre jutottak, h o g y a karbonátok 5 0 értékei a k é p z ő d é s k o r fennálló klimatikus őshőmérsékleti viszonyokat tükrözik ( U R E Y 1 8
1 9 4 7 ; M C C R E A 1 9 5 0 ; E P S T E I N et al. 1 9 5 3 ) . K é s ő b b kísérleti ú t o n O ' N E I L és m u n k a
társai ( 1 9 6 9 ) m e g h a t á r o z t á k a k ü l ö n b ö z ő k a r b o n á t á s v á n y o k és a v e l ü k egyen súlyban levő víz közötti izotópfrakcionáció hőmérsékletfüggését. A kémiai kivá lással k é p z ő d ő karbonát oxigénizotóp-összetételét alapvetően h á r o m tényező
DEMÉNY A.: Stabilizotóp-geokémia
és termometria:
hogyan és mire?
267
határozza m e g : a k a r b o n á t ásványos és k é m i a i összetétele, a karbonáttal izotópegyensúlyban levő víz izotópösszetétele, valamint a kiválási hőmérséklet. Ebből k ö v e t k e z ő e n az adott karbonát és a vele e g y e n s ú l y b a n levő víz izotóp összetételének ismeretében a képződési hőmérséklet meghatározhatóvá válik. Tengeri karbonátos üledékek esetén egy további hatás jelentkezik, nevezetesen a mészvázú szervezetek által kifejtett frakcionáció, a m e l y eltéréseket h o z létre az egyes fajok vázainak izotópösszetételei között. M i n d e z e k alapján alkalmazhatók a karbonátok 8 0 értékei az ún. paleohőmérséklet-számításokra. U g y a n a k k o r az oxigénizotópos paleohőmérséklet-számításoknak v a n egy n a g y buktatója: a karbonáttal e g y e n s ú l y b a n levő víz izotópösszetételét ismerni kell. Ez történhet a víz direkt elemzésével (pl. felszíni fluidumokból kiváló karbonát vizsgálata esetén, amikor a víz is mintázható), folyadékzárványokba zárt víz hidrogén izotóp-összetételének meghatározásával, ami megadja az eredeti fluidum 5 0 é r t é k é t is (pl. S H E P P A R D 1 9 8 6 - O S összefoglaló m u n k á j á t ) , v a g y a n a l ó g i á k alkalmazásával (mint pl. a tengervíz izotópösszetételi állandóságának feltétele zése). Igen k o m o l y probléma rejlik a tengervíz izotópösszetételének meghatáro z á s á b a n . S z á m o s s z e r z ő szerint a t e n g e r v í z oxigénizotóp-összetétele n e m változik j e l e n t ő s e n a földtörténet során, a m i n e k oka az óceáni bazaltokkal történő kölcsönhatás puffer hatása (pl. M U E H L E N B A C H S 1 9 8 6 ) . U g y a n a k k o r a negyedidőszak során bizonyított a j é g s a p k á k kialakulásának a tengervíz 5 0 értékét módosító hatása. A glaciális időszakokban a j é g s a p k á k n ö v e k e d é s e elvonja a k ö n n y ű izotópokat, ezáltal a tengervíz és a belőle kivált karbonát 5 0 értéke pozitív irányú eltolódást szenved (pl. E M I L I A N I 1 9 7 8 ) . A szakirodalomban fellelhető p a l e o h ő m é r s é k l e t - s z á m í t á s i e g y e n l e t e k (pl. E P S T E I N et al. 1 9 5 3 , S H A C K L E T O N & K E N N E T H 1 9 7 5 ) alkalmazásával tehát csínján kell b á n n u n k . A számítások elvégzése előtt feltétlenül tisztázni kell a következő kritériumokat: 1 8
1 8
1 8
1 8
- A karbonát k é p z ő d é s e egyensúlyi k ö r ü l m é n y e k között ment-e végbe? Dinamikus, párolgó és keveredő fluidumokat tartalmazó rendszerben, illetve b i o g é n folyamatokban e z kérdéses lehet. - Az oxigénizotóp-frakcionáció h ő m é r s é k l e t f ü g g é s e k e l l ő e n ismert-e? A legjobb olyan egyenletet alkalmazni, ami a kísérleti, elméleti és empirikus meg figyelések összhangján alapul. - N e m történt-e utólagos átalakulás (szelektív oldódás, beépülés, átkristályosodás stb.), a m i a karbonát eredeti izotópösszetételét megváltoztathatja? - Ismert-e kellő megbízhatósággal a karbonáttal egyensúlyban levő víz oxigén izotóp-összetétele? Az eddig felsorolt feltételek közül gyakran ez a l e g n e h e z e b b e n teljesíthető, h i s z e n direkt elemzési lehetőségre a földtörténeti múltból származó a n y a g o k esetében ritkán v a n lehetőség. A tengervíz egyes korokra j e l l e m z ő ö s s z e t é t e l é t j e l e n l e g is vitatják (pl. L É C U Y E R & A L L E M A N D 1 9 9 9 ; L O N G I N E L L I et al. 2002). Bizonyítható tengervíz-összetétel hiányában az adatok értelmezését a paleohőmérséklet-számítás mellőzésével kell elvégeznünk, ami a z o n b a n így is fontos genetikai következtetések levonására ad lehetőséget (pl. H A A S & D E M É N Y 2002 publikációját a Dunántúli-középhegység Dachstein M é s z k ő és Fődolomit összleteinek dolomitosodási folyamatairól). Talán m é g n e h e z e b b a felszín alatti fluidumok izotópösszetételének meghatározása. E z e n fluidumok t ö b b forrásból s z á r m a z h a t n a k (beszivárgott c s a p a d é k v í z , t e n g e r i e r e d e t ű
Földtani Közlöny 133/2
268
pórusvíz, m a g m á s víz, m e t a m o r f összletekből származó fluidum stb.), változatos izotópösszetételekkel (pl. H O E F S 1987 összefoglaló munkáját). E b b e n az esetben indirekt m ó d s z e r t kell alkalmaznunk, mint például a fluidumzárványok v i z é n e k 6D
e l e m z é s é t (pl.
D E M É N Y et al. 1997a; C S O M A & M O L N Á R 1999;
Á R K A I et al.
2000),
v a g y a vízösszetételt kiküszöbölve az egymással egyensúlyban levő (azaz azonos fluidumból egyszerre kivált) ásványok közötti izotópfrakcionáció hőmérsékletfüggését kell felhasználnunk (pl. D E M É N Y et al. 1997b). E z e n feltételek hiánya esetén a hőmérséklet-számítás hamis e r e d m é n y e k e t adhat. A víz izotópösszetételi változásának hatását e g y kis hőmérsékletű, felszín alatti r e n d s z e r b e n kivált kalcit elvi példájával szemléltethetjük. A példa kedvéért a kalcit 5 0 értékét válasszuk 20 % o - n e k (a V - S M O W - h o z viszonyítva), ami viszonylag gyakori értéknek tekinthető. A kiválást létrehozó víz származhat beszivárgott csapadékvízből. Ha ez a K á r p á t - m e d e n c é b e n jégkorszaki hideg klímán történt, akkor a víz 5 0 értéke kb. - 1 2 % o , h a jelenlegi klímán, akkor kb. - 9 % o . A k é p z ő d é s i h ő m é r s é k l e t számítására az O ' N E I L et al. (1969) által m e g h a t á r o z o t t és a F R E I D M A N & O ' N E I L (1977) által korrigált összefüggést alkalmazzuk: A O [ = 5 O ( k a l c i t ) - 8 O ( v í z ) ] = 2 , 7 8 - 1 0 ^ - 2 , 8 9 . Az első esetben 9 C , a m á s o d i k esetben 22 °C a kapott hőmérséklet. H a a kalcit mélyből feláramló hidrotermás oldatból válik ki, a víz ô 0 értéke a fentieknél jóval pozitívabb lehet. A m a g m á s víz átlagos oxigénizotóp-összetétele kb. 6 - 1 0 % o , a n a g y h ő m é r sékletű üledék-víz k ö l c s ö n h a t á s o n átesett, valamint a metamorfózis során felszabaduló H 0 5 0 értéke > 1 5 % is lehet ( S H E P P A R D 1986). 10 %„, illetve 2 0 %„ § 0 értéket feltételezve a kalcit kiválási hőmérséklete 273 °C-nak, illetve 708 ° C n a k a d ó d n a ! M i n t látható, a víz e r e d e t é n e k és így izotópösszetételének változása drasztikusan befolyásolja a kapott hőmérsékletadatokat. Jóllehet az oxigénizo tópos t e r m o m e t r i a igen hasznos adatokat szolgáltathat a képződési k ö r ü l m é n y e k m e g h a t á r o z á s á h o z , csak a megfelelő feltételek teljesülése mellett alkalmazható. U g y a n a k k o r a karbonátkiválást l é t r e h o z ó víz i z o t ó p ö s s z e t é t e l é n e k p o n t o s ismerete nélkül a ô 0 értékek rendszerbeli eltolódása felhasználható a kiválási h ő m é r s é k l e t relatív változásának vizsgálatára. Erre F E K E T E et al. (1999) cikkében láthatunk példát, akik a Csódi-hegy andezitjében képződött kalcit genetikáját és képződési k ö r ü l m é n y e i t határozták meg. 1 8
1 8
1 8
1 8
1 8
2
C
1 8
1 8
2
0
1 8
1 8
À fenti eszmefuttatásnak e g y másik aspektusát is m e g kell említsem. A víz izotópösszetételével szemben a képződési hőmérséklet gyakran nagyobb biztonsággal határozható m e g . Független m ó d s z e r e k egész sora a d h a t adatot a kiválás hőmérsékleti körülményeire (ásványstabilitási feltételek, kémiai egyen súlyok, f l u i d u m z á r v á n y - v i z s g á l a t o k stb.). A fenti e l v e k n e k m e g f e l e l ő e n a karbonát m é r t összetételéből és a képződési hőmérsékletből kiszámítható a víz 5 0 értéke. E n n e k viszont genetikai információtartalma lehet, hiszen a fluidu m o k eredetére következtethetünk. E z e n alkalmazási m ó d r a láthatunk példákat 1 8
D E M É N Y et al. (1997a), C S O M A
& MOLNÁR
(1999), v a l a m i n t Á R K A I et al. (2000)
publikációiban, a m e l y e k különböző eredetű kalciterek kiválását létrehozó olda t o k eredetére n y ú j t a n a k információt. A fentiek azt mutatják, h o g y a stabilizotópos vizsgálatok n a g y o n fontos g e n e tikai információt nyújthatnak, de az adatok n e m megfelelő körültekintéssel végzett értelmezése téves következtetésekhez vezethet.
DEMENT Л . : Stabilizotóp-geokémia
és termometria: hogyan és mire?
269
Köszönetnyilvánítás A k ö z l e m é n y lektorálását S Z Ö Ő R G y u l a professzor és dr. S Z A B Ó C s a b a v é g e z t e , h a s z n o s tanácsaikért k ö s z ö n e t t e l tartozom.
Irodalom - References ÁRKAI, P, DEMÉNY, A., FÓRIZS, I., NAGY, G., BALOGH, K . & MÁTHÉ, Z . 2000: Compositions, diagenetic and post-diagenetic alterations of a possible radioactive waste repository site: the Boda AJbitic Claystone Formation, southern Hungary. - Acta Geologica Hungarica 4 3 , 351-378. BALOG, A., READ, L. F. & HAAS, J. 1999: Climate-controlled early dolomite, late Triassic cyclic platform carbonates, Hungary. - /. Sediment. Res. 6 9 , 267-282. COPLEN, Т. В., KENDALL, C. & HOPPLE, J . 1983: Comparison of stable isotope reference samples. - Nature 3 0 2 , 236-238. COPLEN, Т. B . 1988: Normalization of oxygen and hydrogen isotope data. - Chem. Geol. (hot. Geosci. Sect.) 7 2 , 2 9 3 - 2 9 7 . CSERNYI, T., HERTELENDI, E. & TARJÁN, S. 1995: Results of isotope-geochemical studies in sedimentological and environmental geologic investigations of Lake Balaton. - Acta Geologica Hungarica 3 8 , 355-376. CSOMA A. & MOLNÁR F. 1999: A komlóskai karbonáttelér genetikája ásványtani, folyadékzárvány és stabilizotópos vizsgálatok alapján. - Földtani Közlöny 1 2 9 , 4 1 - 6 0 . DEÁK, F., FÖLDVÁRI, M. & MINDSZENTY, A. 2002: A new tool to detect exposure surfaces in shallow water carbonate depositional environments. - Acta Geologica Hungarica 4 5 , 301-317 . DEMÉNY, A., GATTER, I. & KÁZMÉR, M. 1997a: T h e genesis of Mesozoic red calcite dikes of the Transdanubian Range (Hungary): fluid inclusion thermometry and stable isotope compositions. - Geologica Carpathica 4 8 , 1 - 9 . DEMÉNY, A., SHARP, Z. D. & PFEIFER, H . - R . 1997b: Mg-metasomatism and formation conditions of Mgchlorite-muscovite-quartzphyllites (leucophyllites) of the Eastern Alps ( W Hungary) and their relations to Alpine whiteschists. - Contrib. Mineral. Petrol. 1 2 8 , 2 4 7 - 2 6 0 . EMILIANI, C. 1978: The cause of the ice ages. - Earth Planet. Sei. Lett. 3 7 , 349-354. EPSTEIN, S., BUCHSBAUM, H. A., LOWENSTAM, Н . A. & UREY, Н . C. 1953: Revised carbonate-water isotopic temperature scale. - Bull. Geol. Soc. Am. 6 4 , 1 3 1 5 - 1 3 2 6 . FEKETE J . , WEISZBURG T. & GATTER 1.1999: A Csódi-hegy kalcitja. - Topographia Míneralogica Hungáriáé 6, 161-177. FRIEDMAN, I. & O ' N E I L , J. R. 1977: Compilation of stable isotope fractionation factors of geochemical interest. - In: Data of Geochemistry 6th, Geol. Surv. Prof. Paper 4 4 0 - K K . HAAS, J . & DEMÉNY, A. 2002: Early dolomitization of Late Triassic platform carbonates in the Transdanubian Range (Hungary). - Sedimentary Geology 1 5 1 , 225-242. HERTELENDI, E., SÜMEGI, P. & SZÖÖR, Gy. 1992: Geochronologic and paleoclimatic characterization of Quaternary sediments in the Great Hungarian Plain. - Radiocarbon 3 4 , 833-839. HOEFS, J . 1987: Stable isotope geochemistry. - Springer-Verlag p. 241. LÉCUYER, C. & ALLEMAND, P 1999: Modelling of the oxygen isotope evolution of seawater: implications for the climate interpretation of the 5 0 of marine sediments. - Geochim. Cosmochim. Acta 6 3 , 351-361. LONGINELLI, A , IACUMIN, E & RAMIGNI, M . 2002: 5 0 of carbonate, quartz and phosphate from belemnite guards: implications for the isotopic record of old fossils and the isotopic composition of ancient seawater. - Earth Planet. Sei. Lett. 2 0 3 , 4 4 5 - 4 5 9 . M C C R E A , J. M. 1950: O n the isotopic chemistry of carbonates and a paleotemperature scale. - /. Chem. Phys. 1 8 , 849-857. MUEHLENBACHS, K . , 1986: Alteration of the oceanic crust and the 0 history of seawater. - In: VALLEY, J . W , TAYLOR, Н . P. JR. & O ' N E I L , J . R. (Eds): Stable isotopes in high temperature geological processes. - Reviews in Mineralogy, Mineralogical Society of America 1 6 , 425 111. 1 8
1 8
1
8
270
Földtani Közlöny 133/2
O ' N E I L , J. R. 1 9 8 6 : Theoretical and experimental aspects of isotopic fractionation. - In: VALLEY, J.W, TAYLOR, H. E JR. & O ' N E I L , J. R. (Eds): Stable isotopes in high temperature geological processes. Reviews in Mineralogy, Mineralogical Society of America 16,1—40. O ' N E I L , J. R., CLAYTON, R. N . & MAYEDA, Т. K . 1 9 6 9 : Oxygen isotope fractionation in divalent metal carbonates. -J. Chem. Phys. 51, 5 5 4 7 - 5 5 5 8 . PÁLFY, J., DEMÉNY, A., HAAS, J., HETÉNYI, M., ORCHARD, M . & VETŐ, 1 . 2 0 0 1 : Carbon isotope anomaly and other geochemical changes at the Triassic-Jurassic boundary from a marine section in Hungary. - Geology 2 9 , 1 0 4 7 - 1 0 5 0 . SHACKLETON, N . J. & KENNETH, J. P. 1 9 7 5 : Paleotemperature history of the Cenozoic and the initiation of the Antarctic glaciation: Oxygen and carbon isotope analysis in DSDP sites 2 7 7 , 2 7 9 and 2 8 1 . In: KENNETH, J. P & HOUTZ, R. E. (Eds): Initial reports of the Deep-Sea Drilling Project, 2 4 , Washington, D.C., U.S. Government Printing Office, 7 4 3 - 7 5 5 . SHEPPARD, S. M. F. 1 9 8 6 : Characterization and isotopic variations in natural waters. - In: VALLEY, J. W , TAYLOR, H. F. JR. & O ' N E I L , J. R. (Eds): Stable isotopes in high temperature geological processes. Reviews in Mineralogy, Mineralogical Society of America 1 6 , 1 6 5 - 1 8 3 . SÜMEGI P, KROLOPP E. & RUDNER E. 2 0 0 2 : Negyedidőszak végi őskörnyezeti változások a Kárpát medencében térben és időben. - Földtani Közlöny 132/különszám, 5 - 2 2 . SZÖŐR, G y , SÜMEGI, P & HERTELENDI, E. 1 9 9 1 : Malacological and isotope geochemical methods for tracing upper Quaternary climatic changes. - In: PÉCSI, M. & SCHWEITZER, F. (Eds.), Quaternary environment in Hungary. Studies in Geography in Hungary. Akadémiai Kiadó, Budapest, 6 1 - 7 3 . UREY, H. C. 1 9 4 7 : The thermodynamic properties of isotopic substances. - /. Chem. Soc. 1947, 5 6 2 - 5 8 1 . V E T Ő , I., DEMÉNY, A., HERTELENDI, E. & HETÉNYI, M. 1 9 9 7 : Primary productivity in the Toarcian Tethys - A novel approach based on T O C , reduced sulphur and manganese contents. - Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 132, 3 5 5 - 3 7 1 . Kézirat beérkezett: 2 0 0 2 . 1 0 . 3 0 .
