Udvardi Beatrix - Környezettudományi Centrum

Agyagásványok komplexkörnyezeti szempontú vizsgálata:nemzetközi sztenderdek és magyarországi rezervoár fedőkőzetek alapján; a víztartalomváltozásával az agyagásványos közeg fizikai és kémiai tulajdonságaiban bekövetkezőváltozások nyomonkövetéseUDVARDI BEATRIXKörnyezettudományi Doktori IskolaKörnyezetfizika ProgramI. ÉvfolyamTÉMAVEZETŐK:KOVÁCS ISTVÁN, PH.D.Magyar Földtani és Geofizikai IntézetSZABÓ CSABA, PH.D.Kőzettani és Geokémiai Tsz.,Litoszféra Fluidum Kutató Labor

Az előadás vázlataAz előadás vázlata• Bevezetés• Célkitűzés• Eredmények• Vizsgált területek- terepbejárás• Mintagyűjtés• Összefoglalás• Szakmai tevékenység

Aktuális kutatási irányok• Agyagásványok víz-típusainak (felületen kötött,rétegközi, pórusvizek) meghatározása (Salles et al.,2010;Hatch et al., 2012)• Folyamatokban betöltött szerepének tisztázása:• Illit-szmektit részarányának meghatározása (Srasraet al., 1994; Fuente et al., 2000)• Agyagásványok szerepe a földcsuszamlásokban(Yalcin, 2007; Summa et al. 2010)

Eddigi eredmények• Sztenderd minták vizsgálata- referencia adatrendszer → agyagásványok azonosítása• Mintaelőkészítési protokoll → felületen kötött víz eltávolításaAZONOSÍTÓ HIVATALOS NÉV ELŐFORDULÁSKGa-1b Kaolinite (low defect)Washington County GeorgiaUSAKGa-2 Kaolinite (high defect) Warren County Georgia USASHCa-1 Hectorite (contains calcite)San Bernardino CountyCalifornia USASTx-1b Ca-montmorillonite (white) Gonzales County Texas USASWy-2 Na-montmorillonite Crook County Wyoming USACCa-2Ripidolite (chlorite)Flagstaff Hill El DoradoCounty California USA)RAr-1Rectorite (regular-mixed Garland County Arkansaslayer)USASCa-3 Montmorillonite (Otay)Otay San Diego CountyCalifornia USAIMt-1 Illite (Cambrian Shale) Silver Hill Montana USAIMt-2 Illite (Cambrian Shale) Silver Hill Montana USAISCz-1Illite-smectite (I/S) mixedlayer (70/30 ordered)SlovakiaNAu-2Nontronite (brown color Alpoorcontains tetrahedral South AustraliaFe from Uley MineSBId-1 Beidellite Idaho USA– ATR-FTIR– Termogravimetria– FTIR-KBr– XRDTóth, J., Udvardi, B., Kovács, I., Falus, Gy., Szabó, Cs., Troskot-Čorbić, T., Slavković, R. : Analytical development in FTIRanalysis of clay minerals, MOL Scientific Magazine, 54-61.

Eddigi eredményekSzmektit-illit jelenlétéreérzékeny technikaintenzitás,sávterületTóth, J., Udvardi, B., Kovács, I., Falus, Gy., Szabó, Cs., Troskot-Čorbić, T., Slavković, R. : Analytical development in FTIRanalysis of clay minerals (in press)

Eddigi eredményekA Pannon-medence öt területén (Kisalföld, Zala-és Dráva-medence, Pannon-medenceközponti sekély részén, észak-magyarországi medencék, Alföld) vizsgálták az illitesedést,több mint 30 fúrás adatait értékelték a szmektit illitté alakulása (S→I) szempontjából(Hámor-Vidó & Viczián; 1993):• Sekély zóna (300-800 m) ~80% S-tartalom (értékek erősen szórnak)- különböző eredetűés minőségű áthalmozott anyag• Átmeneti zóna (800-1500-2000 m) 80%-ról 20%-ra csökken a S• Mély zóna (1500-2000-3500 m) a szmektit illitté alakulása nem ment teljesen végbeTanács & Viczián (1995)

Mélység (m)Mélység (m)Eddigi eredményekDoboz-1Integrált víz terület5 10 152000,0Vízvár-1Integrált víz terület5 10 150,002200,0500,002400,01000,002600,01500,002800,02000,003000,03200,02500,003400,03000,003600,03500,00Doboz-1, Víz-1; S= 20-40% (Hámor-Vidó & Viczián, 1993)Ammónia megjelenése az illitben indikátorértékű a közeli szervesanyagfelhalmozódásra, (Foscolos & Powell, 1987,Powell et al. 1988), infravörös módszerekkeljól detektálható

Természetes minták-környezeti szempontúvizsgálatokIllit törmelékes, szmektit, kaolinit in situ, diagenetikus (Nemecz et al., 2000)Mintaelőkészítés- felületen kötött víz nagy részének eltávolítása → rétegközi víz detektálásaSzmektit a paleotalajmintákban :Beremend: 30–60 %;Paks: 10–40 %Szmektit a löszmintákban:Beremend: 10–40 %;Paks: 0–30 %Nagyobb szmektittartalom → intenzívebbkémai mállásKaolinit a paleotalajokbanrelatíve több → málláselőrehaladottabb fokárautalhat

Vizsgált területek-terepbejárás(Dunaújváros, Rácalmás, Kulcs, Ercsi)Újvári et al., 2009Dunaújváros-Táborállás

Mintavételezés• Lejtés irányában, a Dunára merőlegesen• Üledék mintavétele fúrásból és a felszínről• Agyagásvány leválasztás, ATR-FTIR, DTA, XRPD• Egyidejű vízmintavételek- összevethető• Cél:– a folyamat megértése– átalakulás nyomon követése (‘eső-, szenny-, ipari’víz-üledék kölcsönhatás)– hosszú távú stabilizálási munkálatok sikerességénekelősegítése

Összefoglalás• Agyagásványok azonosításához infravörösspektrometriai adatbázis készült – elősegítve amegbízható azonosítást• Alkalmazás természetes mintákon: lösz-paleotalajsorozatokban a víz- és agyagásvány-tartalomklímaindikátor• Természetes mintákon a mérések folyamatosanzajlanak• A mintagyűjtés folyamatban van• .......

Szakmai tevékenységMegjelent cikk referált külföldi folyóiratban:Szabó, K. Zs., Udvardi, B., Horváth, Á., Bakacsi, Zs., Pásztor, L., Szabó, J., Laczkó, L., Szabó, Cs. (2012): Cesium-137concentration of soils in Pest County, Hungary, Journal of Environmental Radioactivity, 110, 38-45, IF: 1,466Megjelent cikk nem referált folyóiratban:Szabó, K. Zs., Udvardi, B., Horváth, Á., Bakacsi, Zs., Pásztor, L., Szabó, J., Laczkó, L., Szabó, Cs. (2012): A talajok cézium-137koncentrációja Pest megyében. Nukleon, 109, 1-6Tóth, J., Udvardi, B., Kovács, I., Falus, Gy., Szabó, Cs., Troskot-Čorbić, T., Slavković, R. : Analytical development in FTIRanalysis of clay minerals. MOL Scientific Magazine, 1, 52-61Megjelenés alatt:Magyari, E. K., Demény, A., Buczkó, K., Kern, Z., Vennemann, T., Fórizs, I.; Vincze, I., Braun, M., Kovács, I. J., Udvardi, B.,Veres, D. (2011): A 13,600-year diatom oxygen isotope record from the South Carpathians (Romania): reflection of winterconditions and possible links with North Atlantic circulation changes, Quaternary InternationalKovács, I., Green, H.D., Rosenthal, A., Hermann, J., O’Neill, H.St.C., Hibberson, W.O., Udvardi, B. (2012): An experimentalstudy of water in nominally 1 anhydrous minerals in the upper mantle near the water saturated solidus. Journal ofPetrologySzakmai jelentésekKovács, I, Falus, Gy., Udvardi B. (2011): Agyagásványok komplex ipari szempontú vizsgálatának költséghatékonyabbá tétele,különös tekintettel az infravörös spektroszkópiára, MOL Nyrt. részjelentés I., p. 87Kovács, I, Falus, Gy., Udvardi B. (2011): Agyagásványok komplex ipari szempontú vizsgálatának költséghatékonyabbá tétele,különös tekintettel az infravörös spektroszkópiára, MOL Nyrt. részjelentés II., p. 34

Szakmai tevékenységKonferencia részvétel:Téli Ásványtudományi Iskola,, 2012. január 20-21., Balatonfüred (magyar nyelvű előadás)VIII. Kárpát-medencei Környezettudományi Konferencia, 2012. április 18-21., Veszprém – előadás KDI támogatásávalEGU European General Assembly, 2012. április 22-27. , Bécs - KDI támogatásával (2 poszter prezentáció)MSCC-CEMC, 2012, április 19-21., Miskolc (2 poszter prezentáció)Társszerzős konferencia, részvétel nélkül:Raveloson, A., Visnovitz, F., Udvardi, B., Molnár, G., Székely, B.: 3D modeling and analysis of lavaka phenomenon inMadagascar. ISZA, 2012. március 30-31., TatabányaKonferencia kiadvány:Udvardi, B., Kovács, I., Szabó, Cs., Mihály, J., Németh, Cs. (2012): Aggregation of kaolinites and swelling-drying effect inmicroaggregates of bentonites. VIII. Kárpát-medencei Környezettudományi Konferencia kötet,Külföldi laborlátogatás ösztöndíjjal és mérések végzése:ELETTRA, SISSI, 2012. március 28- április 2., TriesztEgyéb:Konzultációs tevékenység diplomamunkábanRaveloson A. (2012): Eróziós formák vizsgálata és fotogrammetriás modellezése Madagaszkáron, KörnyezettudományiCentrum, Geofizikai és Űrtudományi Tanszék, ELTE, p. 71BSc szakdolgozat bírálata

Köszönöm a figyelmet!Köszönettel tartozom:◦ Kovács István, Szabó Csaba◦ Földvári Mária, Hámor-Vidó Mária, Fancsik Tamás, Nagy Péter,Viczián István, Füsi Balázs, Deák Villő (Magyar Földtani ésGeofizikai Intézet)◦ Mihály Judith, Németh Csaba (Kémiai KutatóintézetSpektroszkópiai laboratórium)◦ Raucsik Béla, Magyari Enikő◦ Székely Balázs, Raveloson Andrea (Geofizikai Tanszék, ELTE)◦ Tóth Judit (MOL Nyrt.)◦ A Litoszféra Fluidum Kutató Laboratórium minden tagja◦ Családom◦ A Környezettusmányi Doktori Iskolának a konferenciatámogatásokért

Vízvár-1Mintaszám* Mélységközök (m) S% Hőmérséklet (°C) Megj. Beosztás1 0,00 70,00 100-75 13 homokkő Kvarter3 132,00 200,00 100-75 16 Tihanyi Formáció5 330,00 450,00 100-75 21 Tihanyi Formáció7 525,00 600,00 100-75 31 Tihanyi Formáció9 700,00 800,00 100-75 46 vas Tihanyi Formáció11 1000,00 1100,00 100-35 60 Somlói Formáció13 1150,00 1204,00 65 66 Somlói Formáció14 2580,00 2600,00 40 137 Tófeji Tagozat15 2631,00 2650,00 35 139 Tófeji Tagozat16 2840,00 2870,00 40 145 Tófeji Tagozat17 2950,00 2965,00 35 153 Nagylengyeli Tagozat

Mélység (m)Paks lösz-paleotalaj sorozatPaks Mélység (m)1 0,7 lösz3 2,4 lösz8 5,4 lösz13 8,9 paleotalaj (BD1)17 10,9 paleotalaj (BD2)23 17,1 lösz27 19,5 paleotalaj (BA)29 21,4 Lösz (BT)35 25,3 paleotalaj (MB)37 27,2 lösz44 30,5 paleotalaj (Phe)49 34,5 lösz50 35,1 paleotalaj (Mtp)52_2 35,8 paleotalaj (Mtp)52_3 35,8 lösz57 38,2 lösz59 39,5 paleotalaj (PD2)0510152025Integrált területek0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2022 2426YLSBD=csernozjomBT= Bagi tefra, vezetőszintMB, Phe= barna erdőtalajMtp= pszeodogley barna erdőtalajPD= terra rossa(beosztás: Varga et al. 2011; Újvári et al., 2012)Kémiai mállás ugyanolyan mértékű lehetett YLS és OLS alatt (Újvári et al., 2012)30354045OLS

Eddigi eredmények• Keverékek vizsgálataKalcit-kaolinit keverék (KGa-1b,CaCO3-Beremend )ATR-FTIR, 4 cm -1 , 128Mintaszám* kalcit % agyagminta % tömeg (g) agyag%0b - KGa-1b - 981 0,0099 0,0899 0,0998 90,082 0,0204 0,0805 0,1009 79,783 0,0404 0,0600 0,1004 59,764 0,0601 0,0401 0,1002 40,020a kalcit - - 0*porított minták

A quick guide for the interpretation of clay IR spectraAbsorbanceSWy-2H 2 OOH -H 2 Owavenumber (cm -1 )ATR-FTIR infrared spectrum of the Wyoming- montmorillonite (SWy-2 )The challenge is that bands related to interlayer and adsorbed water are almost perfectly overlapat ~3200-3400 cm -1 , thus spectral deconvolution is practically unreliable.The bond strength of interlayer water, however, is known to be stronger than that of adsorbedwater, thus it is likely that cooking (i.e., drying) in an oven at given temperature and for agiven duration would potentially free the spectrum from the unwanted interference ofadsorbed water. The determination of this particular temperature and duration for each claywould make it possible to compare infrared spectra quantitatively.