Az édesvízi mészkövek δ13C és δ18O értékei alkalmasak a múltbeli hőmérsékleti és csapadékviszonyok rekonstruálására (pl. Pazdur et al. 1988), annak ellenére, hogy előfordul-hat, hogy a karbonát képződése stabilizotóp-geokémiai szempontból nem-egyensúlyi viszo-nyok között történt (Kele et al. 2008). A száraz klímán képződő édesvízi mészkövek stabilizo-tópos összetétele karakterisztikusan elkülönül azokétól, amelyek jóval csapadékosabb körül-mények között képződtek, bár az eredeti izotópos összetételt a diagenezis is módosíthatja. A karbonátok fluid zárványainak δD izotópos vizsgálata közvetlen információkkal szolgálhat az egykori csapadékvíz összetételéről, míg a kőzetek szervesanyag tartalma a felszíni vegetáció és talajtípus megváltozására utalhat.
A kalcit δ13C értékének megváltozását a víz forrásának, vagy a kalcitkiválás módjának megváltozása okozhatja, de jelezheti a talaj aktivitás, a növényzet (pl. C3 és C4 növények) produktivitásának megváltozását is, utalva a párolgás mértékére és a hőmérsékletre. Andrews et al. (1994) vizsgálatai kimutatták, hogy az édesvízi mészkövek δ18O értékek növekedésével párhuzamosan a δ13C értékeik csökkentek, ami talaj CO2 komponensének nagyobb mértékű hozzáadódására (a talaj megnövekedett biológiai aktivítására) utal a melegebb periódusok ide-jén. A talaj CO2 komponens nagyobb mértékű hozzáadódását (ami csökkenti az átlagos δ13C értéket) ellensúlyozhatja a növekvő vízi fotoszintézis, ami az oldott karbonát δ13C értékét nö-veli. A helyzetet pedig esetlegesen tovább bonyolíthatja a növényzet típusának megváltozása.
Előfordulhat ugyanis, hogy az alacsonyabb δ13C értékkel rendelkező C3 növényeket az izotó-posan nehezebb C4 növények válthatják fel, így növelve a talaj szén-dioxid tartalmának δ13C értékét (Dorale et al. 1993).
Ha a stabilizotópos összetételt egyéb geokémiai jelekkel vetjük össze, akkor szintén érdekes összefüggésekre bukkanhatunk. Garnett et al. (2004) például jelentős korrelációt fi-gyelt meg az Egyesült Királyság területén található holocén édesvízi mészkövek δ13C összeté-tele, valamint Mg/Ca és Sr/Ca aránya között, amiből olyan indirekt klímainformációk vonha-tóak le, mint pl. a víz felszín alatti tartózkodási ideje, illetve annak változása.
Annak ellenére, hogy számos tényező befolyásolhatja az édesvízi mészkövek δ18O ér-tékét, az általános nézet szerint a legnagyobb hatása a klímának (a hőmérsékletnek) van (Ford és Pedley 1996). A meleg, csapadékos időszakokra a pozitívabb δ18O értékek a jel-lemzőek, míg a hidegebb időszakok esetén fordított a helyzet. A karbonátok δ18O értékét a mészkövet lerakó víz izotópos összetételén kívül a kiválás hőmérséklete is befolyásolja. Sta-bilizotópos egyensúly esetén és állandó izotópos összetételű vizet feltételezve megállapítható,
hogy minél magasabb hőmérsékletű vízből válik ki a karbonát, annál alacsonyabb lesz a δ18O értéke, és fordítva. A (T) képződési hőmérséklet (paleohőmérséklet) a következő egyenlet szerint számolható izotópos egyensúly esetén (O’Neil et al. 1969, Friedman és O’Neil 1977):
103 lnα = (2,78 x 106) / T2 – 2,89 ahol α= δ18Okarbonát + 103) / (δ18Ovíz + 103)
A karbonát δ18O értékét egyensúlyi kiválás esetén tehát a lerakó víz hőmérséklete és izotópos összetétele határozza meg és 1 ºC hőmérsékletváltozás a vízben 0,24 ‰ δ18O vál-tozásnak felel meg a képződő karbonátban (Craig 1964, Andrews 2006). Ez azt jelenti, hogy adott esetben a kiválási hőmérséklet szabhatja meg egy édesvízi mészkő δ18O értékét és nem a víz eredete. Klímaváltozás esetén 1 ºC változás kb. 0,4-0,6 ‰ változást jelent a csapa-dékvíz δ18O értékében. Kele et al. (2008) hangsúlyozta a paleohőmérséklet számítások során a forráskilépési pont megtalálásának fontosságát, mivel akár 8 ºC eltérést is okozhat a számítá-sok során, ha nem a forráskilépési ponthoz legközelebb eső minta δ18O értékével számolunk.
Nem csak a víz oxigénizotópos összetétele, hanem a hőmérséklete is kapcsolatban áll a klímával. Egy adott régió karsztforrásainak hőmérséklete ugyanis tükrözi az éves középhő-mérséklet változását. Scheuer (2004d) rámutatott, hogy a pleisztocén szélsőséges klímaválto-zásai következtében a karsztvíz hőmérsékletének változása a jelenkori analógiákat felhasznál-va mintegy 1-3 ºC lehetett glaciálisok idején, míg melegebb periódusok alatt a 16-17 ºC-ot is megközelíthette. A kalcit δ18O értékének megváltozásáért részben a megváltozott léghőmér-séklet által a csapadékvíz δ18O értékében okozott eltolódás áll, de meghatározó szerepe van a mészkövet lerakó víz hőmérsékletének, valamint olyan egyéb környezeti tényezőknek is, mint például a víz párolgása. Így a kalcit δ18O értékéből az esőzésekre, a levegő hőmérsékletére és a párolgásra is következtethetünk (Gascoyne 1992). A nagyobb mennyiségű csapadék hatásá-ra erősödhet a keveredés a termális (magmás és/vagy metamorf) oldott CO2 komponens (δ13C értéke magas), és az alacsonyabb szénizotópos értékkel rendelkező atmoszferikus és biogén eredetű oldott CO2-t tartalmazó vizek között. Intenzív esőzések idején (főleg az interglaciális és interstadiális periódusokban) tehát az édesvízi mészkövek δ13C értéke alacsonyabb, mialatt a glaciálisokban a kevesebb vadózus víz miatt a δ13C értékek magasabbak. A hideg és kevés-bé csapadékos klíma nem kedvez az édesvízi mészkövek képződésének. Ilyenkor a talaj lecsökkent biológiai aktivítása miatt kevesebb biogén CO2 képződik, és mivel a fotoszintézis-hez rendelkezésre álló CO2 is kevesebb, ezért a vízi növények is kevésbé fejlődnek ki. Az ala-csonyabb léghőmérséklet miatt az atmoszferikus CO2 koncentráció is kisebb, valamint a hideg éghajlatra jellemző permafrost típusú talajok elzárják az utat a meteorikus víz cirkulációja elől, így a mészkövet lerakó források vízutánpótlása sem biztosított (Pentecost 2005).
Mindezekből láthatjuk, hogy a szénizotópos összetétel indirekt módon és jóval ke-vésbé alkalmas az éghajlati változások rögzítésére, mint az oxigénizotópos összetétel. Fon-tos leszögezni azonban, hogy az izotópos értékek értelmezése nagy körültekintést igényel és nem tekinthető önmagában a klímaváltozás abszolút jelzőjének.
27 II. 8. Az édesvízi mészkövek fő- és nyomelem összetételének jelentősége
Az édesvízi mészkövek olyan karbonát üledékek, amelyek több mint 50 %-ban CaCO3-ból (kalcitból vagy aragonitból) állnak. Alapvetően a víz kémiai összetételétől, hő-mérsékletétől, a CO2 parciális nyomásától és a kigázosodástól függ, hogy melyik ásvány válik ki. A kalcium vagy karbonát ion helyettesítésén kívül egyéb oldott molekulák és ionok is be-épülhetnek a kristályrácsba a hidrotermális vizekből, de folyadékzárványként is csapdázódhatnak, vagy a kristályok felszínén adszorbeálódhatnak, értékes információt szol-gáltatva a mészkőképződés körülményeiről (Pentecost 2005). Az édesvízi mészkövek ásvá-nyos összetétele függ a különböző idegen részecskék beépülésétől, valamint a folyóvíz és szél általi, üledékgyűjtőbe történő eróziós behordódástól. Mindezek következtében az autochton és allochton travertínók gyakran különböző összetételű ásványokat tartalmaznak. A járulékos elegyrészek közé tartoznak az autigén komponensek (amelyek az üledékképződés közben és után váltak ki), valamint a detritális, allochton elegyrészek (Pentecost 2005). Az édesvízi mészkövek fő- és nyomelem összetétele fontos információkkal szolgálhat a karbonátot lerakó vizek eredetének elkülönítésével kapcsolatban, de egyes nyomelek, illetve izotópjainak vizs-gálata is értékes adatokat őriz. A kalcit Sr-izotópos összetétele paleohidrológiai és hőmérsék-leti információkat hordozhat. A kőzetek szervesanyag tartalma a felszíni vegetáció és a talaj-típus megváltozására utalhat, míg a kalcit ritkaföldfém és nyomelem összetétele a vízösszeté-tel és az üledékképződési hőmérséklet változását jelezheti. Mindezek ellenére hazai szinten eddig alig történtek próbálkozások az édesvízi mészkövek nyomelem összetételének meghatá-rozására (Vitális és Hegyi 1982, Korpás et al. 2003). A dolgozat DVD-2-5.mellékletében az édesvízi mészkövek ásványos és elemi összetételével kapcsolatos irodalmak rövid összefogla-lója található Pentecost (2005) és a legfontosabb külföldi munkák alapján.
3-1. ábra: Az egerszalóki édesvízi mészkő domb és termálkút elhelyezkedése.