Urán-soros kormeghatározással kapcsolatos kutatások

Az Egyesület tudományos tevékenységének egy része az ELTE Geofizikai Tanszék Radiometriai Laboratóriumában, Surányi Gergely vezetésével végzett urán-soros kormeghatározásokhoz kapcsolódik. Az elvégzett kormeghatározások közül több az Egyesület kutatási területét képező barlangok ásványkiválásait célozta, néhány esetben pedig a kormeghatározáshoz szükséges mintagyűjtés az Egyesület tagjainak segítségével történt.

Az urán-soros kormeghatározás kifejezetten alkalmas a barlangok és ezzel együtt a karsztterületek geológiai vizsgálatára. A módszerrel az egyik legkönnyebben korolható ásvány a kalcit, amely a barlangok és a karsztok legelterjedtebb ásványa. Emellett az átfogható 3-500.000 éves időintervallum egybeesik a legtöbb barlang „életkorával”. A módszer segítségével a barlangokon, mint önálló objektumokon kívül vizsgálhatók hegységszerkezeti folyamatok, az erózió és a kiemelkedés, és üledékképződési folyamatok is. Emellett a módszer alapja a késő-pleisztocén és a holocén paleoklíma kutatásainak, de egy adott térség paleoszeizmicitásának felderítésén keresztül még földrengés-veszélyeztetettség becsléséhez is segítséget nyújt.

Ez utóbbi témával kapcsolatos kutatások a Radiometriai Laborban jelenleg is folynak. A téma komplexitását a résztvevő intézmények felsorolása is tükrözi:

  • MTA Geodéziai és Geofizikai Kutatóintézet, Szeizmológiai Obszervatórium,
  • ELTE Geofizikai Tanszék, Radiometriai Labor,
  • ELTE Általános és Történeti Földtan Tanszék,
  • BME Építőanyagok és Mérnökgeológa Tanszék,
  • ELTE Elméleti Fizikai Tanszék,
  • MTA Izotópkutató Intézet.

A módszer alapja a következő: A földrengések a kőzetekben rugalmas hullámokat keltenek, melyek a felszínen (vagy annak közelében) rezgésbe hozzák a természetes és mesterséges objektumokat. Ezen csillapított harmonikus rezgések amplitúdója arányos a földrengés erősségével (intenzitásával), frekvenciája pedig az adott objektum sajátfrekvenciája. Ha a sajátfrekvencia a földrengés frekvenciatartományának domináns tartományába (jellemzően 1?10 Hz) esik, akkor rezonancia alakulhat ki, amely különösen nagy amplitúdójú rezgéseket és rezgési gyorsulásokat eredményez. Amennyiben ezek az értékek túllépik az adott objektum rugalmasságának határát, akkor az objektum maradandó alakváltozást szenved. Ez a maradandó alakváltozás lehet például egy csővezeték törése, egy ház összedőlése vagy éppen egy cseppkő törése, ledőlése. Így egy adott földrengés cseppkövekre gyakorolt hatásából következtethetünk a földrengés erősségére.

Miért fontos ez? Egy térség földrengés-veszélyeztetettségének megállapításához – a földtani környezet ismerete mellett – a legnagyobb segítséget a térségben korábban kipattant földrengések elemzése jelenti. Az aktív lemezszegélyek kivételével azonban az értékelhető erősségű földrengések ritkák, a rendszeres mérések alig évszázados idősora legtöbbször nem elegendő egy pontos veszélyeztetettség-becslés elkészítéséhez. Figyelembe vehetőek még a korabeli történetírások, régi földrengésekre vonatkozó feljegyzések is, de ezekben az esetekben a földrengés nagyságára és helyére (epicentrumára) sokszor csak a keletkezett károk leírásából lehet következtetni. Általában minél régebbiek a feljegyzések, annál bizonytalanabbak az információk, és a korai civilizációk területein sem reménykedhetünk 2-3000 évesnél régebbi adatokban. Ugyanakkor lemezeken belüli nagy rengések között 5-10000 év vagy még több is eltelhet. A korábbi rengések gyakoriságának és nagyságának ismerete rendkívül fontos a jelenkori földrengés-veszélyeztetettség megállapításához. A pontos becslés birtokában optimalizálni lehet az építési terveket, aminek ipari nagyberuházások esetén milliárdos költségmódosító hatása lehet.

A cseppkövek vizsgálatával objektív adatokat szerezhetünk a történekem előtti idők földrengéseiről (paleorengésekről) is, ráadásul ezen az adatokból közvetlenebbül határozhatók meg a földrengések paraméterei. A paleorengések erősségének megállapítását két módon végezhetjük: törött cseppkövek vizsgálatával megbecsülhetjük, hogy legalább mekkora rengés kellett ahhoz, hogy a cseppkő eltörjön (feltéve, hogy a törését földrengés okozta), illetve ép cseppkövek esetében azt, hogy legfeljebb mekkora rengést bírhatott ki. A cseppkövek korának meghatározásával a földrengésekhez időpont, de legalábbis időkorlát rendelhető. Ha egy adott térségben vagy barlangban mindkét típus megtalálható, akkor a paleorengések időpontja és erőssége jól becsülhető.

Vizsgálatainkban először az ép cseppkövekre koncentráltunk. Ennek indoka, hogy az ép cseppkövek mechanikus paraméterei jól mérhetőek, és nincs szükség a cseppkőtörés okának sokszor nehézkes feltárására. A kutatásnak leginkább a karcsú, legalább 3m magas és 5-15cm vastag állócseppkövek felelnek meg. Szerencsére a hazai barlangokban akad néhány ilyen példány.

2005 februárjában mintagyűjtésre indultunk a Baradla-barlang Olimposz-termébe. Itt található az ország talán legkarcsúbb állócseppköve. Magassága 517cm, átmérűje 7 és 10cm között változik. A korábbi mérések alapján a cseppkő sajátfrekvenciája 1,4 Hz, ez a földrengések legjellemzőbb frekvenciatartományába esik. A sajátfrekvencia mérést az MTA GGKI munkatársai végezték Szeidovitz Győző vezetésével. A baloldali ábrán látható a cseppkő rezgésének időbeni lefutása (vízszintes tengely: s; függűleges tengely: rel. egység). A cseppkő rezgésre kényszerítése ráütéssel történt a 0 időpillanatban. A jobb oldalon a rezgés spektruma látható (vízszintes tengely: Hz; függőleges tengely: rel. egység).

A cseppkő rezgésének időbeli lefutása…

…és spektruma

A mintagyűjtés célja a cseppkő korának meghatározása volt. A csapatot Surányi Gergely vezette, az Egyesület tagjai közül Kovács Jenő volt még jelen, aki a munka minden fontosabb mozzanatát videóra rögzítette. A további résztvevők Leél-Őssy Szabolcs, Siklósy Zoltán, valamint az ANP részéről Pogány Krisztián és Várnay Gyula voltak.

A cseppkőből, főleg a felső részéből több mintát is terveztünk venni. A mintavételt 16mm külső átmérőjű koronafúróval terveztük a cseppkő magjáig, ami 4-5cm magminta kifúrását jelentette. Nyilvánvaló volt azonban, hogy a cseppkő semmilyen komolyabb mechanikai behatást nem bír ki, ezért először a teljes cseppkövet egy mellé épített állványzathoz rögzítettük. Ezután került sor a magok kifúrására. A rögzítés során kiderült, hogy a cseppkő 476cm-nél el van törve. A törés az átkristályosodott belső rész kristálylapjai mentén történt. Valószínűleg ezzel a töréssel magyarázhatóak a cseppkő korábban mért rezgésspektrumában jelentkező felharmonikusok. A törés okára és korára nem sikerült magyarázatot találni, kész csoda, hogy a törést létrehozó erőhatás nem tudta ledönteni a felső részt. Elképzelhető, hogy a törésért az átkristályosodási folyamat felelős. Számunkra nagy könnyebbséget jelentett, hogy a legfelső résznél tervezett minta kifúrását kényelmesen, a földön tudtuk elvégezni, majd a törött darabot visszaillesztettük a helyére. A kristálylapok menti törésnek köszönhetően az illeszkedés annyira pontos volt, hogy még a létráról sem lehetett észrevenni. A fokozott balesetveszély miatt azonban a Nemzeti Park munkatársai a cseppkő környezetének későbbi elkerítéséről döntöttek.

Végül négy helyen fúrtunk ki mintát a cseppkőből. Az elvégzett kormeghatározások eredményét foglalja össze az alábbi táblázat:

Mintavétel magassága [cm]

A magminta távolsága a cseppkő felszínétől [mm]

Kor [év]

Bizonytalanság

[év, konfidencia szint 95%]

Űrtartalom [ppm]

Mérési módszer

476

19-39

124000

+19500 / -17000

0,038

ICP-MS

390

19-39

70800

+7000 / -6800

0,025

ICP-MS

287

22-43

102500

+22500 / -19000

0,020

Alfa-spek.

287

3-22

102500

+36000 / -28000

0,020

Alfa-spek.

16

36-47

132000

+14000/-12500

0,052

ICP-MS

 A 476cm-ből vett minta anomális korára nem sikerült egyértelmű magyarázatot találni. A kapott kort alfa-spektrometriás kontrollmérés is megerősítette. Gyanúba került a fúrókorona festékének esetleges urán- illetve tórium-tartalma, de a festék mérése nem mutatott alfa aktivitást, amellett a festék nagy részét a fúrás előtt eltávolítottuk. Egy lehetséges magyarázatként felmerült, hogy a felső rész anyaga egy visszaoldódott függőcseppkőből származhat, amelynek tórium-tartalma meghamisítja a koradatot. Ezt a feltételezést újabb helyszíni szemlével és további kontrollmérésekkel lehetne ellenőrizni.

A cseppkő eddigi vizsgálata alapján kijelenthető, hogy a térséget az utóbbi 60-70000 évben ~0,4 m/s2-nél nagyobb horizontális gyorsulást okozó földrengés nem érte. Ez az információ jelentősen átalakítja a közeli Darnó-vonal aktivitásáról szerzett korábbi ismereteket.

A kutatásokról részletesebben az alábbi irodalmakból lehet tájékozódni:

Szeidovitz Gy., Leél-Őssy Sz., Surányi G. (2004): Egykori földrengések felismerése cseppkövek segítségével. Földrajzi Közlemények, CXXVIII. (LII.) köt. 1-4. szám, 140-146. o.

Szeidovitz Gy., Leél-Őssy Sz., Surányi G., Czifra T., Gribovszki K. (2005): Paleorengések által gerjesztett maximális horizontális gyorsulásamplitúdók számítása cseppkövek törőszilárdságának ismeretében. Magyar Geofizika  46. évf. 3. szám, 91-101.o.

Comments powered by CComment

Kategória: