Talajok ásványainak vizsgálataTalajtan laborgyakorlat

Hartyáni Zsuzsanna

Pannon Egyetem Föld- és Környezettudományi Tanszék

A talaj, mint dinamikus, nyílt rendszer• A talaj RENDKÍVÜL ÖSSZETETT

dinamikus, nyílt rendszer

• amelyben a zárt rendszerre jellemző energiacserén túlmenően anyagcsere is végbemegy.Dinamikus rendszer, mivel az „állandó” állapotban tartáshoz, vagy fejlődéshez energia-bevitelre van szükség.

VIZSGÁLATOK CÉLJA: Talajban lejátszódó folyamatok, ásványi átalakulások kutatása,

statikus állapot rögzítése helyett geológiai időlépték szerinti következtetés

A talajok képződésének egyik kulcsfogalma

A MÁLLÁS

A mállás fogalma: Correns (1939) A Föld felszínére került kőzetek in situ átalakulása

Reiche (1950) A litoszférában egyensúlyban lévő anyag válasza azatmoszférában vagy annak közelében, a hidroszférábanés bioszférában uralkodó feltételekre

Loughnan (1969) A Föld felszínén levő közetek fizikai aprózódása(dezintegráció) és kémiai átalakulása (dekompozíció)

Ollier (1969) Fentieken kívül az új ásványok képződését is a mállásifolyamat részének tekinti

A talaj, mint a kőzetek mállási folyamatainak terméke

• Mállás: a diagenezistől élesen elkülönítendő folyamatról van szó, mivel a hidroférával, atmoszférával, bioszférával való kölcsönhatás alapvető fontosságú

A mállás nem egyenlő a leépüléssel, degradálódással, az új ásványok keletkezésével járó talajképződés és átalakulás is e folyamat része, melynek során az ásványok felülete is módosul

MÁLLÁS = APRÓZÓDÁS (FIZIKAI, KÉMIAI LEÉPÜLÉS)• + ÚJ ÁSVÁNY KÉPZŐDÉSE

Fizikai málláshoz (aprózódáshoz) nyomásra belső feszültségre van szükségKémiai mállásnál erre nincs szükség.Nem különíthető el egymástól a két folyamat, a kémiai mállás a domináns. A mállás következménye: a kőzet/ásvány méretének csökkenése aprózódás/kopás, vagy felületi oldódás útján

Primer kőzetek mállással szembeni ellenállása

olivinCa-plagiklász

hipersztén

augit Ca-Na plagioklász

herublende Na-Ca-plagioklásza magmából való

biotit, csillám Na-plagioklász kristályosodássorrendje

K-földpát

csillám (muszkovit)

kvarc

növekvő stabilitása mállással szemben

Goldich, S.S. alapján, J. Geology, 46:38, V (1938)

A magmás kőzetek ásványainak relatív mállékonysága és kémiai összetétele (Mitchel, (1955)

Stabilitás Ásvány Fő alkotóelemek Nyomelemek, mikroelemek

Könnyen mállók Olivin Mg, Ca, Si Ni, Co, Mn, Li, Zn, Cu, Mo

Amfibol Mg, Fe, Ca, Al, Si Ni, Co, Mn, Li, Zn, Cu, Sc, V, La

Augit Ca, Mg, Al, Si Ni, Co, Mn, Li, Zn, Cu, Sc, V, La, Pb

Biotit K, Mg, Fe, Al, Si Rb, Ba, Ni, Co, Sc, Li, Mn, V, Zn,

Cu, La

Apatit Ca, P, F Ritka földfémek, Pb, Sr

Anortit Ca, Al, Si Sr, Cu, La, Mn

Andezit Ca, Na, Al, Si Sr, Cu, La, Mn

Mérsékelten stabil Oligoklász Na, Ca, Al, Si Cu, Ca

Albit Na, Al, Si Cu, Ga

Gránátok Ca, Mg, Fe, Al, Si Mn, Cr, Ga

Ortoklász K, Al, Si Rb, Ba, Sr, Cu, Ga

Muszkovit K, Al, Si Fe, Rb, Ba, Sr, Ga, V

Titanit Ca, Ti, Si Ritka földfémek, V, Sr

Ilmenit Fe, Ti Co, Ni, Cr, V

Magnetit Fe Zn, Co, Ni, Cu, V

Turmalin Ca, Mg, Fe, B, Al,

Si

Li, F, Ga,

Zirkon Zr, Si W

Nagyon stabil Kvarc Si

A vizsgált minták anyakőzet szerinti csoportosítása

• Eruptív kőzeten képződött talajok • Üledékes kőzeten képződött talajok• Löszön képződött talajok• Paleotalajok• Löszök• Üledékek

Vizsgált talajtípusokTalajtípus/Elterjedtség Vizsgálta altípus Lelőhely

Váztalajok (8,3 %) Homoktalaj NyíregyházaKőzethatásútalajok

(2.8%) RendzinaHumuszkarbonát

VeszprémTihany

Barna erdőtalaj (34.6%) Bazaltbentoniton

LöszönDolomiton

Ramann-féleAgyagbemosódásos

EgyházaskeszőMátraházaBátaapátiBakonybélDabrony

KővágóörsCsernozjomtalajok

(22,4%) Löszön képz. rétiRéti csernozjomRéti csernozjomMészlepedékesMészlepedékes

ÚjfehértóAbony

BánhalmaBalatonfőkajár

TiszalökSzikes (6%) Szoloncsák ApajRéti talajok (13.1%)Láp talajok (1,6 %)Öntéstalaj (11.2%) Humuszos

Karbonátos humuszosNagyalásonyTiszavasvári

MintavételezésTIM: Talajvédelmi Információs és Monitoring ProgramVeszprém megyében évente 77 ponton történik talajmintavétel. A szelvények azonosítója I, S, E betűjelzés után kétjegyű arab szám, majd a 19-es megyekód.

I pontok: Információs pontok, amelyek mezőgazdasági művelésű területeken kerültek kijelölésre.S pontok: Speciális pontok, amelyek valamilyen terhelésnek kitett területeken helyezkednek el. (S 57 19)E pontok: Erdészeti területeken, az erdészeti hatóság által kijelölt pontok.1. I 34 19 számú TIM szelvény Agyagbemosódásos barna erdőtalaj, Kővágóőrs 2. S 57 19 számú TIM szelvény: Humuszkarbonát talaj, Tihany3. E 64 19 számú TIM szelvény: Rendzina talaj, Veszprém E 64 19

Dinamikus talajvizsgálat

• Az ásványos és kémiai összetétel meghatározása a mélység és a szemcseméret függvényében

• 1 szelvény: 10 cm-enkénti mélység szerinti mintázás

(70-150 cm) átlagosan 10 talajminta, 7-8 frakció= átlagosan 90 minta

8-10 ásvány, 640 ásványtani elemzés27 elem, 2430 elem analízis

• 15 szelvény 46 050 ásvány/geokémiai mért adat

Talajminták kezelése

H a gyo m á ny osn e dv es sz i tá lás

> 8 00 - 4 5 um

< 45 umU ltra h an go s sz i tá lás

M arad ék< 5 um

F ra kc ió k s zé tv á la sztá san e dv es sz i tá lá ssa l

> 2 m m lev á la sztá sa

S zá r ításszob ah õm érs ék le ten

1 0 cm -e n ké n tita la jm in ta

E, F, G, H, I, J frakciók

B, C, D frakciók

A frakció

Betűjel Méret(m)

Betűjel Méret(m)

A 5 F 80-160B 5-10 G 160-315C 10-20 H 315-800D 20-45 I >800E 45-80

Szemcsefrakciók

5 m alatti frakció kezelése(geokémiai vizsgálatokhoz)

S zerve s a n ya g e ltá vo lítá sa(o xidá ció )

O x ih id rá tok e ltá vo lítá sad it io n i to s ke z e lés

Á svá nyok (F e , M n o x id o k)

Á svá nyok+ am or f ox ih id rá tok

ta la jm in ta , > 5 m m frakc ióÁ svá nyok

+ sz e rv e s a ny ag + a m o rf ox ih id rá tok

Módszer: Meier és Menegatti, Clay Minerals, (1997) 32, 557-563MineralsKiem és Kögel-Knabner, Organic Geochemistry (2002), 33, 1699-1713

Vizsgáló módszerek

• Röntgendiffraktometria (XRD)• Röntgenspektrometria (XRFS)• Elektronmikroszkópia (SEM, TEM, EDAX)• Derivatográfia (TG, DTG, DTA)• TOC (összes szerves szén- humusztartalom)• ICP, AAS (oldat analízis)

Szemcseeloszlás jellegzetessége a keletkezési folyamatok szerint

A szemcse eloszlás Folyamat Az eloszlás jellegzetessége

Normális leépülés a nagyobb frakcióban az ásvány relatív mennyisége nagyobb

Inverz Képződés a kisebb frakcióban az ásvány relatív mennyisége nagyobb

„anomális” zavart nem konzekvens

Szemcseeloszlások

Szemcseméreteloszlás

0

10

20

30

40

I H G F E D C B A

Frakciók

(m/m

%) 1

2

3

Egy jellegzetes „eredeti”ásványos összetétel

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

<5 5-10 10-20 20-45 45-80 80-160 160-315 315-800 >800

Szemcseméret (m)

Men

nyis

ég (m

/m%

)

amorf

chab.

olivin

diop.

kalcit

albit

mikr.

kvarc

szmek.

klorit.

kaol.

amfib.

muszk.

Ásványok abszolút mennyiségei, „saját eloszlás”

Frakció szemcse (%)

muszk. absz

(g/100g)

amfibol absz

(g/100g)

kaolinit absz

(g/100g)

klorit absz

(g/100g)

szmektit absz

(g/100g)

kvarc absz

(g/100g)

mikrokl absz

(g/100g)

albit absz

(g/100g)

kalcit absz

(g/100g)

dolomit absz

(g/100g)

amorf absz

(g/100g)

<5µm 56,80 2,84 0,62 0,97 2,95 26,30 4,54 0,80 1,93 10,96 1,08 3,865-10 4,16 0,41 0,13 0,00 0,52 0,56 1,07 0,08 0,44 0,57 0,24 0,1310-20 5,63 0,84 0,21 0,00 0,69 0,06 1,80 0,12 0,72 0,67 0,35 0,1620-45 14,67 1,22 0,66 0,00 0,78 0,00 6,06 0,37 2,98 1,06 1,16 0,3845-80 9,38 0,46 0,23 0,00 0,24 0,06 4,75 0,23 1,95 0,75 0,49 0,24

80-160 5,29 0,16 0,03 0,00 0,07 0,00 3,41 0,21 0,63 0,42 0,19 0,17160-315

3,230,02 0,02 0,04 0,02 0,04 2,57 0,13 0,17 0,07 0,03 0,12

315-800

0,760,00 0,00 0,03 0,00 0,02 0,59 0,03 0,05 0,03 0,00 0,01

>800µm

0,07

Lebomló és keletkező ásvány szemcseeloszlása

0

2

4

6

Men

nyis

ég

(m/m

%)

<5 5-10 10-20 20-45 45-80 80-160 160-315 315-800 >800

kaolinit

kalcit

Szemcseméret (m)

Eredmények feldolgozása

• Kemometriai vizsgálatok• Korreláció számítások• Faktoranalízis• Mállási indexek számítása• PAAS, FKK adatokkal történő

összehasonlítás