Radioizotópok üledékes környezetben, az ÚMF geokémiai és radiológiai

Számottevő (az élővilágra hatást gyakorló) sugárforrásként a földkérgi radioizotópok közül az U és Th izotópjait valamint – a K relatív magas földkérgi gyakorisága folytán – a ⁴⁰K-et 24

szokás figyelembe venni, mint gamma sugárforrást. Ezeken kívül a természetes bomlási sorok tagjainak koncentrációit részben a nehezebben mérhető izotópok koncentrációjára való következtetések levonása érdekében, részben nyersanyag-kutatási vagy sugárvédelmi célból vizsgálják. Továbbá többnyire már tisztán földtudományi célból (kormeghatározás, geokémiai, környezeti indikátor, stb.) találkozhatunk az irodalomban egyéb izotópok illetve izotóparányok koncentrációjának vizsgálatával is, de ezek részben radioaktív, részben stabil izotópokra vonatkoznak.

Közismert, hogy az egyes geofázisokban a K, U, Th koncentrációja jellegzetes eloszlást mutat. Így a magmás kőzeteken belül a savanyútól az ultrabázisos felé haladva csökkenő tendenciával találkozunk (Kiss, 1982, Steiner et Várhegyi 1991).

Üledékes környezetben a lepusztuló felszín elsődleges (pl. gránitos) jellegén kívül, sok egyéb más tényező mellett a kialakuló üledék reliefviszonyai (torlatok esetén), fizikai szerkezete, vízvezető képessége, Eh-pH viszonyai (geokémiai gáthoz kötött telepek esetén), adszorpciós kapacitása (szervesanyag-dús kőzetek esetén) illetve utóbbin belül az ásványos összetétel molekulaszerkezete és a résztvevő nuklidok rádiuszai határozzák meg az U, Th-dúsulás lehetőségeit. Globális, általánosnak tekinthető tapasztalat (Cuney et Kyser 2008), hogy:

- az üledék szerves eredetű széntartalmának növekedésével az U, Th-koncentráció általában nő, a K-tartalom csökken,

- a foszfortartalmú ill. foszfátos üledékekben az U-, Th-tartalom általában anomálisan magas,

- az agyagos üledékek gamma aktivitása jellemzően magasabb, mint a karbonátos vagy kovás üledékeké.

A fenti megfigyeléseket széles körben alkalmazzák hasadóanyag-kutatás során, a potenciális hordozókőzetek elsődleges (teoretikus) lehatárolásakor is.

Szerves üledékekben (kausztobiolitokban) feldúsult U-, Th-tartalomra számos példát ismerünk, ilyennek tekinthető Magyarországon az ajkai kőszénmedence is. A feketepalák szintén szignifikáns U-tározókőzetek. Az OECD 2007-es, a globális U-piacot elemző „Vörös könyve” a lignitet és a feketepalákat nem-konvencionális U-forrásként határozza meg (unconventional resources) (OECD/NEA-IAEA, 2008). A feketepalák U-tartalma egyértelműen a szerves anyaghoz kötött formában jelenik meg, a koncentráció a szerves anyag tartalom függvényében változik és elérheti a 400 ppm-et is (Ranstad, Svédország).

Több országban (USA, Németország) zajlanak kutatások a feketepalákhoz kötött U-készletek felmérésére és a gazdaságos kinyerés megvalósítására. (Cuney et Kyser 2008)

25

A nagy foszfortartalmú üledékes kőzetek (foszforitok, foszfatitok, apatit-telepek, stb.) U-tartalmának globális átlaga 50-200 ppm közötti, ezen belül szintén a szerves eredet mértékének függvényében akár 600 ppm-et is elérhet (Cuney et Kyser 2008).

Az apatitot Ca5(PO4)3(OH,F,Cl) is tartalmazó üledékekben gyakran tapasztalható U-anomália oka maga az apatit, amely a legtöbb esetben fosszilis csontanyaghoz köthető (Tóth, 2007).

Tengeri üledékek esetében az apatitszemcsék jellemzően apró halfogak és halcsonttöredékek (Polgári, 2005). Fosszilis csontanyagok esetén szélsőértékben 3210 ppm-es U-koncentrációt is mértek (Trueman et Tuross, 2002).

Az agyagos kőzetek gamma-aktivitásának anomáliái elsősorban az agyagásványokra jellemző nagy K-tartalommal függenek össze, de az agyagokban is előfordulhat U-, Th-felhalmozódás, a kőzet képződési mechanizmusának megfelelően. Így például savanyú magmás kőzetek mállástermékeit, vulkáni üveget, szerves anyagot stb. tartalmazó agyagos kőzetek esetén az ásványi szemcsék hordozhatják az U-, Th-tartalmat is a nagy K-tartalom mellett (pl. Breitner et al. 2008, Cuney et Kyser 2008).

Kifejezetten mangánércre vonatkozó izotópspecifikus U, Th, K-elemzés ritkán fordul elő a nemzetközi irodalomban, és általában a földtani háttér részletes ismertetése nélkül (pl. Abel-Ghany 2010).

Az ÚMF vonatkozásában megállapíthatjuk, hogy:

- a szerves eredetű széntartalom (Corg) a feketepalában tetten érhető, továbbá a rodokrolit képződésében a szerves anyag hozzájárulása egyértelműen bizonyított (Polgári et al, 1991),

- a foszfortartalom az átlagos 0,2-1 m/m%-os koncentráción túl 1-10 mm-es nagyságrendű foszforitos rétegekként illetve fészkekként a karbonátos és oxidos telepekben egyaránt előfordul, a karbonátos II. telepben kifejezetten P-dús rétegeket is megfigyeltek (Polgári et al, 2000, Szabó Z., 2006),

- a rodokrolitok és a feketepala szövetében gyakoriak a halmaradványoktól származó foszfor-tartalmú, szerves, mikroméretű törmelékek, néha teljes halkövületek (Polgári et al, 2000, Polgári et al 2004, Pászti, 2004), továbbá a szénült növényi maradványok, - az ÚMF, a fedőtűzkövet leszámítva teljes egészében agyagos jellegű kőzet. Az oxidos

érctelep ún. agyagközös (dúsítható) kifejlődése esetén a másodlagos képződési folyamatok (oxidáció) egyes rétegeket a Mn-ra, ezek „inverz” rétegeit agyagra dúsították. Ezen túlmenően figyelembe kell venni az agyagásványok adszorpciós tulajdonságait is a radionuklidok megkötését illetően,

26

- a mangánércesedés mikrobiális keletkezési folyamata és a mikrobiális folyamatokban szintén preferált U, illetve a két elem geokémiai kapcsolata szintén okozhat U-anomáliát a telepben,

- a telepben található nagy mennyiségű és változatos összetételű agyagásvány, valamint az oxidos teleprészek kriptomelán-tartalma szignifikáns K-forrásként veendő számításba.

A fentiek alapján meg kell állapítani, hogy az ÚMF jó eséllyel tartalmazhat anomális mennyiségű természetes radionuklidot.

A képződmény egyes rétegcsoportjaiban több korábbi vizsgálatsorozat alkalmával mért elemeloszlások összesítő adatait a 2.A táblázatban tüntettem fel. A táblázatban szereplő adatok meghatározása ICP, AAS, INAA és nedves kémiai elemzéssel történt (Polgári et al., 2000 és 2005). Referenciaként feltüntettem az egyes elemek felső kontinentális kéregbeli (UCC – Upper Continental Crust) gyakoriságát McLennan szerint (McLennan, 2001), illetve a hasonló képződmények vizsgálata során nemzetközi viszonylatban referenciaként alkalmazott PAAS-értékeket. Utóbbi a normál tengeri környezetben képződött archaikum utáni átlagos ausztrál agyagpalák (Post-Archean Australian Average Shale, PAAS) adatbázisán alapul (Nance et Taylor 1976, Taylor et McLennan, 1985).

Amely elemek esetében nem volt elérhető érték a PAAS illetve UCC adatbázisban, ott a korábbi irodalomban elérhető átlagos földkéregbeli gyakoriság értékeit (Grasselly, 1971 és Mason, 1958 nyomán) vettem alapul, ilyen esetben a feltüntetett értékeket dőlt karakterrel írtam.

Az értékelés jobb áttekinthetősége érdekében nyilakkal jeleztem a mintákban mért elemkoncentrációknak a gyakoriság-értékektől való eltérése irányát. A természetes radioizotópok fő forráselemeinek (K, Th, U) adatait szürke háttérkitöltéssel hangsúlyoztam.

27

2.A. táblázat. Az egyes rodokrolit-típusok fő- és nyomelemtartalma (zárójelben az

rodokrolit Feketepala PAAS UCC Értékelés Si 8,66 (15) 9,79 (14) 8,21 (10) 21,20 (14) 39,3 44,2 ↓

Természetesen a 2.A. táblázat adatait korlátozott mintaszámon alapuló átlagértékként kell kezelni, melytől jelentős lokális eltérések lehetnek. Így a Mn esetében nedves kémiai elemzéssel termelési célból vizsgált, a főtelep valamennyi rodokrolit-típusát felvonultató mintasorozat szélsőértékei 13 és 32 % között szórnak. (Az értékesített végtermék átlag Mn-tartalma 26,3 m/m %.)

A 2.A. táblázat értékelő oszlopában a nyilak értelemszerűen növekedést illetve csökkenést jelentenek a referenciaértékekhez képest. Az N („neutrális”) betűjel arra utal, hogy nem történt szignifikáns változás. Helyenként el kellett különíteni a feketepala értékelését a rodokrolitokétól, ilyen esetben külön fp előjelet alkalmaztam.

A referenciaértékekhez képest a Mn és a Fe koncentrációk nagyok, míg a Si és Al koncentrációk kicsik, nyilván a Mn, Fe térnyerése miatt. A P dúsulása szembetűnő, különösen az 1.2.3. pontban leírtak szempontjából.

Tekintettel arra, hogy egyes nyomelemek (Co, As, Ce) koncentrációja is anomálisan nagy, mások koncentrációja pedig szignifikánsan eltér a feketepalában és rodokrolitban (Cu, Sc) áttekintettem az archív geokémiai adatbázisokat, különösen a nyomelemvizsgálatok adatait és a korábban meghatározott korrelációs együtthatókat (Polgári et al, 2000). A nyomelemek jelentősége nagy a radiológiai kutatásban, mivel egyes nyomelemek anomális koncentrációja a radioizotópokat is hordozó ásványokhoz kötődik, mint a monacit példáján erre már utalást tettem az 1.2.4. pontban.

Meg kell állapítani továbbá, hogy a földkérgi természetes radionuklidok elemei a képződmény átlagában egyáltalán nem mutatnak anomális dúsulást, sőt inkább jellemzően csökkenést. Ezért szükségesnek láttam az egyes mintákra vonatkozó irodalmi adatok újraértékelését, amit a 2.1.2. pontban közlök.

Az archív ásványtani vizsgálatok összefoglalását Polgári és szerzőtársai végezték el (Polgári et al 2000). Az ÚMF jellemző ásványos összetételére vonatkozó adatokat a 2.B. táblázatban foglaltam össze.

Legújabban 2006-2009 között az Eötvös Lóránd Tudományegyetem Ásványtani Tanszékén végeztek a teljes karbonátos szelvényen részletes ásványtani vizsgálatokat (Cora et al 2007, Weiszburg et Cora 2009, Cora, 2009), melynek során kifejezetten U- vagy Th hordozó ásványt a rodokrolitból és a feketepalából nem mutattak ki.

2.B. táblázat. Az ÚMF jellemző képződményeinek ásványos összetétele Polgári et al (2000) nyomán

Kőzettípus Ásványos összetétel, Polgári et al (2000) Isztiméri Mészkő F. Bocskorhegyi Tagozat Q, Rk, Gh, Ru, Fill, Il

Fekü feketepala Fill, Sm (Mo), Gl, An, Ru, Cl, G, Dol, Py, Q, Fp, Ze, Klin, Heu Zöld-szürke rodokrolit fehér foltokkal Q, Fill, (Gl, Sze), Sm, Cl, G, Ru

Zöld-szürke rodokrolit szürke kőzetrésze Rk, Q, Py, Fill, (Gl, Sze), Ko, (Sm, Mo) Barna rodokrolit Rk, Fill, (Il), Gh, Ru

Barna rodokrolit rétegei közötti zöldesszürke és fekete

kőzetrész Rk, Fill, (Gl), Gh

Barna, finom- és durvasávos rodokrolit Rk, Gh, Fill, (Gl), Sm (Mo) Fekete rodokrolit Rk, Sm, Fill, G, Py, An, Q, MnO2 Barna-szürke rodokrolit szürke kőzetrész Rk, Ca, G, Fill

Barna-szürke rodokrolit barna kőzetrész Rk, Py, An, G, Fill (Gl), Q Zöld, durvasávos rodokrolit Rk, Fill (Gl, Sze), Hm Szürke-zöld rodokrolit szürke kőzetrész Rk, Sm, Py, Gl, An Szürke-zöld rodokrolit zöld kőzetrész Rk, Fill (Gl, Sze), Gh, Q

Szürke vastagpados rodokrolit Rk, Py, Fill (Gl, Sze), Ze (Klin), Cl

Köztes feketepala a főtelep közvetlen fedőjében Q, Py, Fill (Il, Gl, Sze), Szid, Ze (Klin), Heu, Mor, Sm (Mo), Dol, Ank, Ru, G, Cl Köztes feketepala (vastagpados) Q, Ca, Py, Sm (Mo), Fill (Il, Gl, Sze), Dol, Szt, G, Cl, Ru, An

Köztes feketepala Q, Ca, Sm (Mo), MnO2, Py, Dol, Ank, Cl, Ze (Klin), G, Szd, Fill (Il), Ru, Cl II. telepi rodokrolit Szid, Rk, Ca, Py, Fill

Fedő feketepala Q, Ca, Py, Dol, Ank, An, Fill

Jelmagyarázat: An:anatáz Ank:ankerit Ca:kalcit Cl:klorit Dol:dolomit Fill:10 Á filloszilikát Fp:földpát G:gipsz Gh:goethit Gl:glaukonit Heu:heulandit Hm:hematit Il:Illit Klin:klinoptiolit Ko:kaolinit Mo:montmorillonit Mor:mordenit Py:pirit Q:kvarc Rk:rodokrozit Ru:rutil Sm:szmektit Sze:szeladonit Szid:sziderit Szt:sztilbit Ze:zeolit