SZIKES TALAJOK ÁSVÁNYAI A szikesekben az ásványi összetételnek különös jelentősége van mind a talajok genetikája, mind pedig sajátságai, tulajdonságai szempontjából
– – – – – –
Kiemelendő ásványai: plagioklász földpátok, kovasav, SiO2-ásványok, agyagásványok, zeolitok, karbonátásványok, sóásványok
– –
– –
A/ Genetikája: a/ nátriumforrás pl. kőzetüveg, plagioklászok stb. b/ adszorbeált nátriumfelhalmozódás - agyagásványok szerepe (szolonyeces szikesedés) c/ nátriumfelhalmozódás sókként - sóásványok (szoloncsákos szikesedéses) d/ kovasav felhalmozódás ásványtani vonatkozásai (szologyosodás)
– – – –
B/ Sajátságok, tulajdonságok: a/ vízgazdálkodási tulajdonságok (agyagásványok) b/ művelhetőség (agyagásványok) c/ tápanyagkészlet (mállás) d/ tápanyagfixáció (agyagásványok, CaCO3, FeOOH,)
Földpát ásványok:
Földpátok mállása:
– Plagioklászok mállékonysága a többi ásványhoz viszonyítva, – Plagioklász sor egyes tagjainak mállékonysága egymáshoz viszonyítva, A mállékonyságot különböző szempontok szerint lehet megítélni:
Különböző sorrendek összehasonlítása:
Szabadenergiák nagysága alapján:
Mobilis kémiai elemtartalma szerint
Képződési körülményeiket viszonyítva
Átlagos, becsült élettartalma alapján
Plagioklászok oldódása összetételüktől és a kémhatástól függően
Plagioklász oldhatósága a kémhatás függvényében
Plagioklászok mállása – A desztillált vízzel szemben a szerves savakban (ecetsav, aszparginsav, szalicilsav és citromsav) a kalciumban gazdag plagioklászok oldódnak jobban (Huang és Kiang 1972) - tehát a talajokban a bytownit és anortit fokozott mállása várható – általában a humuszsav és a fulvosav jobban old mint a nem humusz, szerves savak Tan, (1980)
Plagioklászok Na2O tartalma 14
12
11,8
10
Na2O %
8,7 8
5,7
6
4 4
1,6
2
0 0
albit
oligoklász
andezin
labradorit
bytownit
anortit
Kőzetekből kioldható Na-tartalom (0,1 M HCl) 1. ábra. Kőzetekből 0,1 M sósavval kioldott Na-tartalom (2. sorozat) 250
200
mg/l
150
100
50
0 0
2
4
6
8
10 nap
12
14
16
18
Gránit
Riolit-B.
Riolit-Gy.
Csillámpala
Andezit
Bazalt
Futóhomok-DT
Futóhomok-Ny.
Mészkő
Agyag
20
Kőzetekből kioldható Na-tartalom (0,1 M tejsav) 2. ábra. Kőzetekből 0,1 M tejsavval kioldott Na-tartalom (2. sorozat) 250
200
mg/l
150
100
50
0 0
2
4
6
8
10 nap
12
14
16
18
20
Gránit
Riolit-B.
Riolit-Gy.
Csillám-pala
Andezit
Bazalt
Futóhomok-DT.
Futóhomok-Ny.
Agyag
Mészkő
Kőzetekből kioldható Na-tartalom (0,1 M citromsav)
3. ábra. Kőzetekből 0,1 M citromsavval kioldott Na-tartalom (2. sorozat) 200
180
160
140
mg/l
120
100
80
60
40
20
0 0
2
Gránit Andezit Agyag
4
6
8
Riolit-B. Bazalt Mészkő
10 nap
12
14
Riolit-Gy. Futóhomok-DT
16
18
20
Csillámpala Futóhomok-Ny.
Kőzetekből kioldható Na-tartalom (0,1 M ammonium-karbonát)
4. ábra. Kőzetekből 0,1 M ammónium-karbonáttal kioldott Na-tartalom (2. sorozat) 2,5
2
mg/l
1,5
1
0,5
0 0
2
Gránit Andezit Agyag
4
6
8
Riolit-B. Bazalt Mészkő
10 nap
12
14
Riolit-Gy. Futóhomok-DT.
16
18
20
Csillámpala Futóhomok-Ny.
A kovasav felhalmozódása szologyos réti szolonyecekben (Dévaványa, valamint Hortobágy) Kémiai el. Szint SiO2 % A1 71,3 A2 71,4 B1 63,3 B2 61,3 A 77,2 B1 72,1 B2 68,7
SiO2 % 47,9 47,3 47,3 46,8 67,4 51,1 49,0
5% KOH kivonat SiO2 % 2,36 2,58 1,82 5,52 11,9 1,48
Al2O3 % 0,13 0,18 0,54 0,02 0,03 0,09
0.5 NaOH
Tel.k.
SiO2/ SiO2 SiO2 SiO2 Al2O3 % % mg/l
14,1 12,2 2,9 214 51,0 14,3
3,86 4,29 5,09 4,25 9,47 3,86 3,15
7,92 6,98 6,70 4,73 17,9 8,91 5,43
30,0 21,9 11,7 11,7 27,0 17,5 13,9
Domináns agyagásvány szikes talajokban (gyakorisági %) agyagásvány
külföldi
hazai
szmektit
13
9
illit
87
80
klorit
1
kaolinit
8
Agyagásványok szikes talajokban Szoloncsák talajokban: - többé-kevésbé egyenletes eloszlású - szuperdiszperz állapotban lehet, Szolonyec talajokban: - a többi talajhoz képest több a szmektit, - a szintek között a B-szintben több a szmektit, Szologyos talajokban: - a szologyos szintben dúsúl a kvarc és a földpát
AGYAGÁSVÁNYOK SZIKESEKBEN, % SZ n
I
K
Ver
H
K
H
K
H
K
H
K
H
21
45
22
43
18
16
5
19
5
5
11
14
72
25
60
42
41 A
Kl
10
38
38
20
A
41 9
10
12
B B- 38 BC
51
10
5
12
5
44
26
14 20
40
K
Agyagásványok hazai szikes talajokban Eloszlásuk szolonyec talajokban: - képződését tételezik fel a szikes talajvízekből és talajoldatokból (Gerei 1978) - illuviációját tételezik fel (Stefanovits és Dombovári 1986) - szmektites-kloritos talajok szerepet játszanak a magnézium talajok és magnézium szikes genetikájában (Darab és Reményiné 1978, Stefanovits 1992)
Eloszlások értelmezése • a C-szintben, nem a talajszintekben előfordul – szintézis • két ásvány ellentétes mélység szerinti eloszlása –átalakulás • maximum a B- illetve B-BC-szintben – illuviáció • a többi szinthez képest az A-szintben hiányzik az ásvány - degradáció
agyagásvány képződés poligenetikus jellege a szikes talajokban • • • • •
hazai szikes talajokban: 1 szelvényben 4 folyamat 2 szelvényben 3 folyamat 11 szelvényben 2 folyamat 5 szelvényben 1 folyamat
Zeolitok a talajokban-1 – ‘Sigmond Elek humusz zeolit komplex, – Kaliforniai San Joaquin völgy gránitos alluviumán kialakult lúgos talajok rendhagyó adszorpciós tulajdonságai, analcimot mutattak ki (Babcock, 1960; Schultz et al 1965), – talajokból eddig analcimot, erionitot, kabazitot, klinoptilolitot, mordenitet és phillipsitet írtak le. Leggyakrabban klinoptilolitot.
Zeolitok a talajokban -2 A talajokat tekintve előfordulhatnak: -vulkáni kőzeteken kialakult lúgos, szikes talajokban, -nem vulkáni kőzeteken kialakult lúgos, szikes talajokon, - vulkáni, illetve üledékes (eolikus vagy fluviátilis) kőzeteken kialakult nem szikes talajokon,
Domináns agyagásvány szikes talajokban (gyakorisági %) agyagásvány
külföldi
hazai
szmektit
13
9
illit
87
80
klorit
1
kaolinit
8
AGYAGÁSVÁNYOK SZIKESEKBEN, % Sm n
Ill
Ka
Ver
H
K
H
K
H
K
H
K
H
21
45
22
43
18
16
5
19
5
5
11
14
72
25
60
42
41 A
Kl
10
38
38
20
A
41 9
10
12
B B- 38 BC
51
10
5
12
5
44
26
14 20
40
K
Zeolitok a hazai talajokban – Vizsgálatok hazai szikes talajokban zeolitok kimutatására (Reményiné), – Klinoptilolitet és mordenitet mutattak ki Tokaj hg-i talajokból, felszín felé csökkenő mennyiséggel (Nemecz és mts.-ai 1988, Olaszi és mts.-ai 1987), – Tokaji, savanyú nem podzolos és erősen savanyú agyagbemosódásos barna erdő talajokból a felszín felé folyamatosan csökkenő mennyiségű klinoptilolitot és mordenitot mutatott ki. Arányuk a mordenit felé tolodik el (Stefanovits 2004)
– – –
–
(Ca-,Mg)karbonátásványok 1 általában kalcit, magnéziumkalcit (mészgöbecsekben is), hortobágyi réti szolonyec talajban protodolomit (átlag 0,40 MgCO3). dolomit kérdés: -csak diagenezis utján; üledékekben protodolomit; tavi üledékképződés magnéziumkalcit „metaszomatozisa”;dolomit képződés szikes tavakban, - a meszes talajokban hazánk nagy részén fordul elő dolomit (pl. legnyugatibb sávban nem, ÉK-nem) (Stefanovits és mts.-ai 1989)
– – – –
(Ca-,Mg)karbonátásványok 2. - Kiskunsági szikes talajtársulásokban (Szendrei, 1970): a/ durva frakciokban kalcit mellett dolomit is, b/ a felső szintekben a kalcit tartalom jobban csökkent a réti szolonyec talajokban mint a szoloncsákokban (kilúgzódás), c/ a másodlagosnak tekinthető karbonát maximuma az elsődlegesek felett van a szoloncsák talajokban (felfelé irányúló oldat mozgás)
HAZAI TALAJFELSZÍNI SÓKIVIRÁGZÁSOK ELTERJEDÉSE ÉS ÁSVÁNYTANI JELLEMZÉSE Szendrei Géza (MTM), Tóth Tibor (MTA TAKI), Szakáll Sándor (HOM-ME), Kovács-Pálffy Péter (MÁFI)
HAZAI TALAJFELSZÍNI SÓKIVIRÁGZÁSOK ELTERJEDÉSE ÉS ÁSVÁNYTANI JELLEMZÉSE Szendrei Géza (MTM), Tóth Tibor (MTA TAKI), Szakáll Sándor (HOM-ME), Kovács-Pálffy Péter (MÁFI)
– A hazai szikkutatás méltán világhírű, hiszen olyan nevek fémjelezték, mint Treitz Péter, ‘Sigmond Elek, Arany Sándor, Prettenhoffer Imre, Szabolcs István, Darab Katalin, vagy a jelenben Várallyay György. – A hazai szikes talajok kutatása mindig világszinvonalon folyt, igen kevés a nem vizsgált „fehér folt”, amelyek között van a sófelhalmozódás ásványtani vonatkozásainak vizsgálata.
A hazai sókivirágzások térben és időben – A hazai sókivirágzások elterjedése: – A megvizsgálandó területek kiválásztásának módja:
- szikes talajok 1:10 000, 1:25 000 és 1:100 000 méretarányú talajtérképeken, - előző szakirodalmi adatok, - helyismerettel rendelkezők (pl. természetvédelmi őr, pásztor) információi.
– 1996 és 2004 között 176 helyszínt jártunk be, amelyeket a következőképpen jellemeztük: - időpont, - pontos hely megjelölése az 1:100 000 agrotopográfiai térképeken az EOV-rendszerben a kordinátákkal, - 2000-után GPS-el adtuk meg a helyét, - leírtuk a környezetét, - jellemeztük a növényzetét, - megmértük a talaj felső rétegének vezetőképességét 0- 40 cm között.
A sókivirágzásos helyszíneken a szokásos adatokon kivül: – – – – –
leírtuk a sókivirágzást és környezetét, por és bolygatatlan mintát vettünk a kivirágzásból, megmértük a hőmérsékletet, talajmintát vettünk a felszíni szintből, 15 esetben talajszelvényt vettünk fel, amelyeknél az egész szelvényt mintáztuk meg, – talajvízmintát vettünk.
A sóásványok meghatározása röntgendiffrakcióval és elektronsugaras mikroelemzéssel kombinált pásztázó elektronmikroszkóppal történt: – A röntgendiffrakciós felvételeket Kovács-Pálffy Péter készítette és értékelte, – Az elektronsugaras mikroelemzéssel kombinált pásztázó elektronmikroszkóp felvételeket Kovács Árpád és Szakáll Sándor készítette és értékelte:
Sókivirágzás pásztázó elektronmikroszkópos felvétele: gipsz, Sarród
Sókivirágzás pásztázó elektronmikroszkópos felvétele: trona, Fülöpszállás
Sókivirágzás pásztázó elektronmikroszkópos felvétele: termonátrit, Újfehértó
Sókivirágzás pásztázó elektronmikroszkópos felvétele: nahkolit, Petőfiszállás
Sókivirágzás pásztázó elektronmikroszkópos felvétele: thénardit, Sarród
Sókivirágzás pásztázó elektronmikroszkópos felvétele: halit, Egerlövő
– A sókivirágzások közül előfordultak mind nátrium klorid- (halit), mind nátriumszulfát- (thénardit), mind nátriumkarbonátásványok (nahkolit, nátron, termonárit és trona). Kettős só ásványok igen ritkák voltak: blödit (Sarród) és a burkeit (Apaj). Csak egy helyen fordultak elő magnéziumszulfátásványok: epsomit és hexahidrit (Tata), – a burkeit (Apaj), a nahkolit (Petőfiszállás), a nátron (Újfehértó) és a termonátrit (Petőfiszállás, Konyár és Újfehértó) ásványokat most írták le először hazánkból, – több ásvány igen kis mennyiségben fordult elő (blödit, burkeit, nahkolit, nátron) további vizsgálatuk ezért szükséges.
A sóásványok gyakorisága a kivirágzásokban (4%-os gyakoriság felett) 90 82 80
70
60 54 50 43
% 40
30
25 18
20
10 4
4
4
4
4
4
blödit
burkeit
0 gipsz
epsomit
hexahidrit
nahkolit
nátron
termonátrit
trona
thénardit
halit
Sóásványok előfordulásának gyakorisága világszerte (5%-os gyakoriság felett) 25 21,9
20 16,2
%
15
9,7 10 7,2
8,1
7,6
5
0 epsomit
hexahidrit
thénardit
mirabilit
konyait
halit
A sóásvány-társulások gyakorisága a kivirágzásokban (5%-os gyakoriság felett) 25
23,7
20
15
10,5
10,5 10
7,9 5,3
5,2
5,2
5,2
5
0 thénardit
burkeit
termo-nátrittrona
tronathenardit
gipsz-tronathenardit
gipsz-termotronanatritthénardit-halit thenardit
gipszthenardit
A sóásvány-társulások gyakorisága a világszerte (1,5%-os gyakoriság felett) 35
30,1
30,3
30
%
25 20 15 10 5
1,8
1,8
blödit-konyait
burkeit-tychit
0 epsomithexahidritkonyait
konyait-mirabilitthénardit
Felszíni sókivirágzások előfordulása 19982004 között
Sókivirágzás a hortobágyi Nyírőlaposon (Dr. Tóth Tibor felvétele)
Sókivirágzásos felszín Konyáron; 2003. július 16. (Dr. Tóth Tibor felvétele)
Sókivirágzásos felszín Balmazújvároson; 2003. július 17. (Dr. Tóth Tibor felvétele)
Sókivirágzásos felszín a Hortobágyon, 2003. augusztus 8. (Dr. Tóth Tibor felvétele)
Sóásványok elterjedésében lévő földrajzi különbségek - I – • – • • • – •
Uralkodóan karbonátos sóásvány-társulások: Tiszántúlon részben (nátron, termonátrit, trona) Uralkodóan szulfátos sóásvány-társulások: Dunántúlon (blödit, epsomit, gipsz, hexahidrit thénardit), Tiszántúlon részben (gipsz, thénardit) Tiszától É-ra (gipsz, thénardit) Uralkodóan kloridos sóávány-társulások: Tiszántúlon részben (halit)
Sóásványok elterjedésében lévő földrajzi különbségek - II – Karbonátos-szulfátos sóásvány-társulások: • Dunavölgyben, Duna-Tisza közén részben (trona, termonátrit, thénardit) • Tiszántúlon részben (trona, termonátrit, thénardit) – Karbonátos-szulfátos-kloridos sóásványtársulások: • Tiszántúlon részben (trona, thénardit, halit; termonátrit, thénardit, halit)
Hazai sókivirágzások változása az időben – Évszakos - néhány éves változások: több pontról van ismételt mintavétel. Két helyről (Hortobágy, Zabszék) pedig rendszeresen vettünk mintát a szezondinamika kimutatására: azonban egyértelmű változásokat nem találtunk. – Évtizedes - évszázados változások: a kutatások alatti előfordulások összehasonlítása az azt megelőző adatokkal.
Sókivirágzások előfordulásai 1998 előtt
Sókivirágzások előfordulása 1998-2004 között
– A múltban (1817-1998) jóval gyakoribbak voltak a sókivirágzások, amikor 65 helységben közel 107 ponton fordultak elő, mint a jelenben (1998-2004), amikor 29 községben 39 ponton találtunk felszíni sókivirágzást, – kiterjedésük a jelenben jóval kisebb.
Sóásványok előfordulásának összefüggései a környezetükkel: – Környezeti tényezőkkel, így éghajlati tényezők, növényzet és talajvíz (mélység és összetétel),
– Talajtani tényezőkkel, így talajtípus, talaj-felszíni vezetőképesség, folyadékfázis összetétele,
Környezeti tényezők: – Éghajlati tényezők: az 1998 és 2001 közötti adatokra megkértük az Országos Meterológiai Szolgálat legközelebbi mérőállomásának a mintavétel idejéhez legközelebbi mérési időpontjának adatait: az átlaghőmérséklet 26,5oC volt (szélső értékek 17,0-30,9oC), a relatív átlag páratartalom 51,5% (34-78%). A helyszínen a napsütötte felszínnél mért hőmérséklet általában 1,77,8oC-al volt magasabb. A legutolsó csapadék óta eltelt idő 1 és 18 nap között volt. A mintavétel előtti napon esett csapadék elenyésző volt.
Az ásványok képződésére jellemző hőmérséklet és páratartalom adatok (szakirodalom alapján): – A nátron kiválását 25oC alatt tételezik fel, – a stabilitási diagram szerint a termonátrit képződése 35oC felett várható (Monnin és Schott, 1984) és a nátron dehidratációs termékének tekintik (Stoops, 1987), – a mirabilit kristályosodása 20-32oC alatt várható, számos tényezőtől függően (Donner és Lynn, 1986; Keller et al, 1986),
– A blöditet általában a konyait dehidratációs termékének tekintik. Észak -Dakotában (USA) 6,3-37,9oC közötti hőmérséklet tartományban figyelték meg (Keller et al. 1986), – a hexahidritet az epsomit dehidratációs termékének tekintik, az átalakulási hőmérséklet a relatív páratartalomtól függően 22 és 26oC között van (Workman és Rader, 1961; Tien és Waugh, 1969 cit. Keller et al. 1986).
A sókivirágzások előfordulásának összefüggése a növényzettel: A sókivirágzásos felszíneken csak néhány növényasszociáció fordult elő, így a Puccinellietum limosae és a Camphorosmetum annue
Puccinellietum limosae (Dr. Tóth Tibor felvétele)
Camphorosmetum annue (Dr. Tóth Tibor felvétele)
Összefüggése a talajvízzel: – A talajvíz mélységgel: azokon a pontokon ahol talajszelvényt tártunk fel, az átlagos talajvíz mélység 161cm volt, a szélső értékek 80-250 cm között. – A talajvíz összetételét a CO3-HCO3–SO4-Cl háromszögdiagramban adtuk meg, amely szerint a talajvíz anionösszetételének uralkodó jellege egybeesett a képződő sóásvány anionjával.
Sóásványok anionösszetétele és a talajvíz összefüggése Cl
SO4
CO3-HCO3
Jelmagyarázat: karbonátos, szulfátos, kloridos, karbonátos-szulfátos sóásványok
Összefüggése a talajtípussal és a talajtulajdonságokkal: – Talajtípussal: a talajszelvényből történő mintavételeknél ez az arány a következő volt: szoloncsák - 46,7%, szoloncsák-szolonyec - 6,7%, kérges réti szolonyec - 40,0%, nem szikes talaj 6,7%.
– Talajtulajdonságokkal: – A sókivirágzások olyan talajfelszínen fordultak elő, amelynek vezetőképessége a 0-40 cm-es rétegben legalább 4,8 dS/m volt. – A felszíni talajszint folyadékfázisának összetételét a telítési kivonat elemzésével jellemeztük és a CO3HCO3–SO4–Cl háromszögdiagramban adtuk meg:
Sóásványok anion összetételének és a felső talajszint folyadékfázis összetételének összefüggése Cl
SO4
CO3-HCO3
Jelmagyarázat: karbonátos, szulfátos, kloridos,• karbonátos-szulfátos sóásványok
Köszönetnyilvánítás Hálás köszönettel tartozunk: – Kovács Árpádnak (ME Fémtani Tanszék) a pásztázó elektronmikroszkópos felvételek elkészítéséért, – Sajó Istvánnak (MTA Kémiai Kutató Központ) több röntgendiffraktogramm elkészítéséért és értékeléséért, – Az Országos Tudományos Kutatási Alapnak a T23564 és a T37364 számú témák finanszírozásáért.
SZIKES TALAJOK MIKROMORFOLÓGIÁJA Mikromorfológiai sajátságok az alábbi talajtani jellemzőkhöz: - hidromorf hatás, - adszorbeált nátrium felhalmozódás, - nátriumsók felhalmozódása, - humusz-agyag komplexum megbomlása, kilúgzódás
Hidromorf hatás: – –
– – –
Vas- és mangánkoncentrálódások: vas-mangánbevonatos vázszemcsék (dunavölgyi karbonátos szoloncsák talajok-lúgos kémhatás, korlátozott vas-mangán mobilitás), vas-mangánkonkréciók (váltakozó nedvesedés-száradás), mangánkiválás (gyenge, pár napos vízhatás), vas-mangánborsó, éles határvonalú, vas-mangánborsó, diffúz határvonalú
Mikromorfológiai sajátságok és a redox folyamatok összefüggései
Vas-mangánionok Eh-pH diagramja
Vas-mangán vázszemcsebevonat (szoloncsákos réti szolonyec talaj, C-szint, Apaj 12)
Mangánkiválás (szologyos réti szolonyec, BC-szint, Dévaványa)
Vas-mangánkonkréció (réti szolonyec, B1-szint, Besenyszög 29)
Vas-mangánborsó (réti szolonyec, B1-szint, Besenyszög 29)
Vas-mangánborsó (szolonyeces réti talaj, Asz-szint, Besenyszög 27)
Adszorbeált nátrium felhalmozódás: – humuszmobilizálódás (Na-humátok vízoldhatóak), – agyagszemcsék mobilizálódása (diszpergálódás, áthalmozódás, felhalmozódás)
Humuszszegély (réti szolonyec, B1-szint, Apaj 12)
Agyagbevonat, beiszapolódás (réti szolonyec, B1-szint, Apaj 12)
Humuszszegély, agyagkitöltés (réti szolonyec, B1-szint, Apaj 12)
Nátriumsók felhalmozódása (lásd előbb, SEM-képek)
Agyag-humusz komlex megbomlása: – agyag- és humusz mobilizálódás jelei (lásd előbb), – kimosódás, kilúgozódás jelei (vázszemcse gazdag szegélyek és kitöltések)
Vázszemcsekitöltés (szologyos réti szolonyec, A-szint, Hortobágy II)
Gipszkoncentrálódás (szolonyeces réti talaj, Besenyszög 27, B2-szint)
