B. A Közép-boszniai-palahegység térképvázlata
6. A Kárpát-medence szarmata utáni alkálibazaltjai
6.4. A Tihanyi-maar K/Ar vizsgálata
A Bakony–Balaton-felvidék bazaltvulkánjainak K/Ar módszeres vizsgálata a laboratórium megszervezése után már néhány évvel elkezdődött, csatlakozva a Magyar Állami Földtani Intézetben Jámbor Áron által vezetett, a pannóniai képződmények sokoldalú megismerésére irányuló kutatásokhoz. Az első eredmények már a 80-as évek legelején megjelentek (Jámbor és társai, 1980; Balogh és társai, 1982), ezek a közlemények azonban még nem foglalkoztak a Tihany-vulkán kormeghatározásával. Az alapvetően piroklasztitokból felépülő, és ezért idősebb szennyező anyagot mindig tartalmazó Tihany-vulkán kormeghatározása ugyanis nehezebb, sok tapasztalatot igénylő feladat. Az első kormeghatározásokat a barátlakásoknál begyűjtött bazalt bombákon végeztük, ezeknek a vizsgálatoknak az eredményeit kandidátusi értekezésemben (1984) foglaltam össze, közlésükre 1986-ban került sor (Balogh és társai, 1986).
A Tihany-vulkán K/Ar módszeres kronológiai vizsgálatának több szempontból is megkülönböztetett jelentősége van. A Bakony–Balaton-felvidék vulkáni területén a kevés, ismert rétegtani helyzetű vulkán közé tartozik (Jámbor és társai, 1981; Jámbor, 1980, 1989), Müller és Szónoki (1989), továbbá Müller és Magyar (1992) vizsgálatai, kimutatták, hogy a Tihany-vulkán működése a Congeria balatonica – Prosodacnomya zónák határának közelében kezdődött. E rétegtani jelentőség mellett a Tihany-vulkán a Bakony–Balaton-felvidék
alkáli-147 bazaltos vulkanizmusának a kezdetét is jelzi. Emellett a Tihany-vulkán kormeghatározásának módszertani jelentősége is volt: a piroklasztitok kormeghatározása azért nagyon nehéz, mert az idősebb kőzetrétegeken keresztül felszínre robbanó vulkáni anyag idősebb törmeléket is magával ragad, s ennek a gyors felemelkedés és lehűlés során nincs ideje argontartalmát az atmoszférával kicserélni, s a ki nem gázosodott törmelékes szennyezés meghamisíthatja a kort.
Kandidátusi értekezésemben és a hazai bazaltok kormeghatározásait összefoglaló első közleményben (Balogh és társai, 1986) a barátlakásoknál begyűjtött két minta összesen 7 frakcióján végzett K/Ar kormeghatározás eredményeit ismertettem. Az első mérési eredmények 7 - 8 M év korra utaltak, de sem a korok pontossága, sem azok megbízhatósága nem volt kielégítő. Dolgozatomban azt a két évtizedes, többször is megszakított, de mindig újrakezdett munkát szeretném bemutatni, aminek eredményeképpen sikerült eljutnunk a Tihany-vulkán működésének kezdetére meghatározott, megbízhatóságát és pontosságát tekintve egyaránt elfogadható 7,92±0,22 M év korhoz.
6.4.1. Ábra. A Tihanyi-félsziget a bazaltok felszíni elterjedésével. SH – Stromboli vagy Hawaii típusú kirobbanásos termékek, MH – differenciálatlan maar-tavi üledékek, PH – differenciálatlan freatomagmás piroklasztitok, B – rétegzettség, IMR – a maar peremének feltételezett helye, A – barátlakások, B – Diós, C – Gödrös, CM, EM és WM – központi, keleti és nyugati maar.
148
Samples from Monk’s caves (Barátlakások – A locality on Fig. 1)
958 w. r. 1.79 5.852 0.52 8.40±0.36 1
Samples from Gödrös (B locality on Fig.1)
3341 w. r. 0.88 1.802 0.21 5.24±0.39 3
Samples from Dióstető (C locality on Fig. 1)
1347 w. r. 0.80 2.305 0.12 7.40±0.86 2
1. Balogh és társai (1986); 2. Balogh és társai (1985); 3.Harangi és társai (1995b); 4. Balogh (1995)
6.4.1. Táblázat. A Tihanyi vulkánon Balogh és Németh (2005) előtt mért K/Ar korok
149 A vulkáni kőzetek területi eloszlását a Tihanyi-félsziget felszínén a 6.4.1.ábra mutatja. Az utóbbi évtized vulkanológiai kutatásainak (Németh és társai, 1999, 2001; Martin és Németh, 2004) eredményein alapuló térképvázlatot Németh Károly szerkesztette, s a kronológiai kutatásainkat összegző közleményből (Balogh és Németh, 2005) vettem át. Ebben a közleményben összefoglaltuk az előzőleg készült K/Ar módszeres vizsgálatok eredményeit is, mivel azok igen jelentős része nehezen hozzáférhető helyen jelent csak meg (Balogh, 1995;
Harangi és társai, 1995b). Ezeket az adatokat a 6.4.1. táblázat tartalmazza.
A barátlakásoknál begyűjtött bazalt bombán meghatározott 7,56±0,50 M év kort (Balogh és társai, 1986) azért nem tartottuk megnyugtatónak, mert az izokron kor meghatározására használt frakciók K-tartalma nem különbözött eléggé, mindössze az 1,53-1,87 % koncentráció-tartományban szórt, ezért fennállt a lehetőség, hogy tulajdonképpen nem izokron kort kaptunk, hanem egy keveredési vonalra illesztett semmitmondó korértéket, aminél a tényleges kor sokkal fiatalabb is lehet. 1985-ben a Dióstetőről begyűjtött 3 mintán 5 kort határoztunk meg (Balogh és társai, 1985). Az 1349. sz. mintából megpróbáltunk frakciókat előállítani; az M1
nem mágneses frakcióban valóban bedúsultak a vulkáni csatornából felhozott, ki nem gázosodott ásványok, amelyek használhatatlanná tették a koradatot. A további 4 kor a 7,40-7,83 M év tartományban helyezkedett el, és I1 = 7,35±0,45 M év izokron kort határozott meg (6.4.2. ábra).
6.4.2. Ábra. A dióstető mintáira meghatározott izokron kor
150 Az izokron kort meghatározó minták K-tartalma lényegesen jobban, a 0,80 % - 1,80 % tartományban szórt. Ez már nyomós érv volt az idős kor realitása mellett, de (több okból is) még mindig nem volt megnyugtató. (i) az izokron kornak túl nagy volt a hibája, ami jórészt a K/Ar korok hibájából adódott., (ii) az izokron meghatározására használt 4 pont közül 3 teljes kőzet pontja volt, amelyekre kevésbé jogosult azonos kezdeti 40Ar/36Ar izotóparányt feltételeznünk, (iii) az 1349. sz. minta esetén az M3 frakció K-tartalma majdnem azonos volt a teljes kőzet K-tartalmával. Ez utóbbi tapasztalat rávilágított a megfelelő frakciók előállításának nehézségeire.
Ezek a mérsékelt eredménnyel járó próbálkozások okozták a munka szüneteltetését egészen az 1990-es évek elejéig. Az újrakezdést az eredményesen folyó vulkanológiai kutatások, Müller és Magyar (1992) nagy jelentőségű rétegtani felismerése, miszerint a bazaltvulkánosság a Congeria balatonica és Prosodacnomya zónák határának közelében kezdődött, a munkánk iránt Horváth Ferenc részéről megnyilvánuló érdeklődés ösztönözte és tette lehetővé, amelynek során újabb vizsgálatok végeztünk és összegeztük az addigi eredményeinket (Balogh, 1995).
Végül, de nem utolsósorban a Somoskő vizsgálata során kidolgozott kritérium-rendszerünk és a frakciók előállításában kialakult jártasságunk (Balogh és társai, 1994a) is motiválta újabb vizsgálatainkat.
A barátlakásoktól újonnan begyűjtött mintákon mért adatokat a régebbi mérési eredményeinkkel együtt izokron diagramban ábrázolva (mindössze egy nyilvánvalóan többlet Ar-t tartalmazó mintát hagyva el) 7,80±1,07(0,38) M év izokron kort kaptunk, ahol 1,07 M év a szórás, 0,38 M év pedig a középérték közepes hibája (Balogh, 1995). Ismét idős kort kaptunk tehát, változatlanul túl nagy hibával. A fiatalabb kor lehetőségének kiszűrése céljából a 3381. sz. mintából frakciókat készítettünk, amelyeken változatlanul idős kort kaptunk (7,91±1,07(0,65) M év), az Ar(atm) és K-tartalmak között nem észleltünk korrelációt. Külön megvizsgáltuk az atmoszférikus Ar-t kis koncentrációban (36Ar(atm) < 3x10-9cm3/g) tartalmazó frakciók korát, ami újra idősnek adódott és újra nagy hibával (7,93±1,00 (0,55) M év, Balogh, 1995). Mindezek alapján megállapítottuk, hogy a Tihany-vulkán valóban idős, a piroklasztikus kőzetből begyűjtött minták azonban pontos kormeghatározást nem tesznek lehetővé.
Végezetül a 0,063-0,125 mm-esre tört 1000C jelű, 100 - 150 mm-es blokkból készítettünk frakciókat, amelyek kora a 6.4.2. táblázatban látható. A frakciók K-tartalma 0,49 - 2,65 %-ig, K/Ar kora 9,09 - 7,95 M évig terjed, többlet Ar csak a D3M1 frakcióban mutatható ki, a K és Ar(atm)-tartalom nem korrelál. Az izokron kor 7,92±0,22 M év, a kezdeti 40Ar/36Ar arány
151 299,8±5,2, vagyis hibahatáron belül atmoszférikus. Ugyanezen minta korát Jan Wijbrans volt szíves Ar/Ar módszerrel is ellenőrizni, ő 7,96±0,03 M év plató kort kapott a Tihany-vulkán korára (Wijbrans és társai, J. Volc. Geotherm. Res., beküldve).
Vizsgált frakció
K
%
40Arrad 10-7cm3/g
40Arrad
%
40Ar/36Ar 36Ar 10-9cm3/g
K/36Ar [%/(cm3/g]10-9
Kor M év±1σ
w. r. 1.89 5.917 28.9 415.6 4.93 0.383 8.03±0.45
D1M1 2.312 7.715 9.24 325.4 25.6 0.090 8.56±1.29
D1M2 2.312 8.191 13.2 340.4 18.2 0.127 9.09±0.97
D1M3 2.650 8.203 44.7 534.4 3.43 0.773 7.95±0.35
D2M2 1.761 5.579 48.3 571.6 2.02 0.872 8.13±0.35
D2M3 2.015 6.275 52.4 620.8 1.93 1.044 7.99±0.33
D3M1 0.439 1.622 29.4 418.6 1.32 0.333 9.48±0.52
D3M2 0.493 1.606 32.0 434.6 1.15 0.429 8.36±0.44
D3M3 1.141 3.780 30.0 422.1 2.98 0.383 8.50±0.46
6.4.2. Táblázat. A barátlakásoknál begyűjtött 1000/C jelű mintából előállított frakciókon mért K/Ar korok
6.4.3. Ábra. A barátlakásoknál gyűjtött 1000C jelű mintának a Somoskőre kidolgozott módszer szerint szeparált frakcióin meghatározott izokron kor
152 6.5. A Hegyestű korának ellenőrzése: egy hibalehetőség leucit- és nefelintartalmú kőzetek kormeghatározásakor.
A Hegyestű bazanitján a magyarországi bazaltokon végzett kormeghatározások eredményeit összefoglaló munkát (Balogh és társai, 1986) követően majdnem két évtizedig nem történt újabb kormeghatározás. Az 1986-ban közölt K/Ar koradatok a 7,91 - 6,23 M év kor-tartományban szórtak, a többlet Ar-t leggyakrabban tartalmazó, legkevésbé mágneses frakción pedig 10,2±0,4 M év kort mértünk. A frakciókra illesztett egyenes 5,97±0,41 M év izokron kort határozott meg, a metszéspont pedig többlet Ar-t jelzett. Ezt az izokron kort elfogadtuk, többek között azért is, mert a közeli Barnag melletti Kőhegy izokron korára hasonló (5,69±0,31 M év) kort kaptunk, többlet Ar jelenlétére nem utaló metszéspont mellett. A 90-es évek közepétől jelentős vulkanológiai kutatások kezdődtek A Bakony–Balaton-felvidék bazaltjain (Németh és társai, 1999, 2001; Németh és Martin, 1999a, 1999b; Martin és Németh, 2002a, 2002b, 2004;
Martin és társai, 2003; Németh, 2001, Harangi és Harangi, 1995). Ennek során Németh Károly megszervezte 14 kőzet Ar/Ar módszeres kormeghatározását Amsterdamban (Wijbrans és társai, 2004, és J. Volc. Geotherm. Res., beküldve), ahol valószínűleg a legjobban felszerelt európai laboratórium működik. Az Ar/Ar és az előzőekben közölt K/Ar korok (Balogh és társai, 1986) között többnyire kielégítő volt az egyezés, a legnagyobb eltérést a Hegyestű bazanitján tapasztaltuk, ahol az Ar/Ar izokron kor 7,78±0,07 M év, a plató kor pedig 7,94±0,03 M év volt.
Az eltérés okának kiderítését nagyon fontosnak tartottuk, ezért újabb, részletesebb vizsgálatokat kezdtünk a Németh Károly által begyűjtött új mintákon. Az újabb vizsgálatok a Hegyestű korának megállapításán túlmenő jelentőségű felismerésre vezettek.
A K/Ar és Ar/Ar korok eltérése egyaránt adódhatott a debreceni és az amsterdami laboratóriumban elkövetett hibából. Az ATOMKI laboratóriumában a Hegyestű mérésére laboratóriumunk működésének első, tapasztalatokban szegényebb évtizedében került sor, az esetleges analitikai hibát sem tekinthettük kizártnak, s fennállt a lehetősége az izokron módszer helytelen használatának is. A hibázás lehetősége az amsterdami laboratóriumban sem volt kizárható. A magam részéről az Amsterdamban használt kísérleti módszer ellenőrzését a következő okokból láttam indokoltnak:
1. Az Ar/Ar mérés előtt a mintát HF-dal kezelték. Ez rendkívül agresszív sav. A szakirodalomból ismert (Lal és társai, 1968), hogy vulkáni üveget HF-dal kezelve a hasadvány nyomok 1 perc alatt előhívhatók. Ezek szerint a HF nagyon megnöveli a vulkáni üveget tartalmazó kőzet felületét, ami viszont a besugárzás alatt keletkező, és a magreakció alatt
153 eredeti helyéről kilökődő 39Ar részleges elvesztésére vezethet. Ez pedig a tényleges kornál idősebb Ar/Ar kor kialakulásában nyilvánulna meg. Ezt a lehetőséget Heizler és társai (1999) is felvetik.
2. Az Ar/Ar vizsgálatok a bazanit Ca/K arányára kb. 13,3 értéket valószínűsítettek, Wijbrans és társai (J. Volc. Geotherm. Res., beküldve) ebből a Hegyestű alacsony K-tartalmára következtettek. A hazai szakirodalomból viszont tudható, hogy a Hegyestű bazanitját kb. 3,5 értékű Ca/K arány jellemzi (Vogl, 1979, 1980).
3. Mint azt a Somoskő vizsgálata során kimutattuk (Balogh és társai, 1994a), az izokron korok is adhatnak földtanilag rossz, félrevezető eredményt. A Hegyestű újravizsgálatával kapcsolatban modellszámítással mutattuk ki (Balogh és társai, 2005), hogy "keveredési vonal"
az Ar/Ar módszer alkalmazásakor is létezik, s a K és többlet Ar korrelációja esetén az Ar/Ar izokron kor is túl idős lesz (6.5.1. és 6.5.2. ábrák).
6.5.1. Ábra. Inverz keveredési vonal. A: Ar(atm), B: Ar(ex) atmoszférikus Ar nélkül, M1 – M4 ezek keveréke. A formális inverz "izokron kor" t = 0 esetén is T > 0 kort határoz meg
154 6.5.2. Ábra. Pontok elhelyezkedése az inverz izokron diagramban ha Ar(ex) arányos a K
tartalommal. Ismét a ténylegesnél idősebb kor adódik
Minta Vizsgált
6.5.1. Táblázat. A Hegyestű bazanitjának különböző frakcióin az ATOMKI K/Ar laboratóriumában és az Okayamai Tudodományegyetemen mért K/Ar korok
155 Mindezek alapján feltételezhető volt az Amsterdamban mért koradatoknál fiatalabb tényleges kor is.
Az újravizsgálat első lépéseként a 6204. sz. mintából több frakciót készítettünk az időközben kidolgozott eljárásunk szerint (Balogh és társai, 1994a). Meglepetésünkre az 1986-ig mért értékeknél is fiatalabb korokat kaptunk (5,41 - 4,33 M év, 6.5.1. táblázat), s ez a probléma megoldása helyett csak újabb kérdéseket vetett fel.
A minta 40Ar(rad) tartalmának meghatározása a minták elhelyezésével kezdődik az argonkivonó berendezésben. Ezután az argonkivonó berendezést 2 napig nagyvákuumra szivattyúzzuk, miközben kb. 250 °C hőmérsékleten tartjuk (kályházzuk) a felületeken adszorbeált atmoszférikus Ar felszabadítása és elszívása céljából (megjegyzem, hogy a szakirodalom kb. 300 °C hőmérsékletet javasol). Észrevettük, hogy ha a kályházás hőmérsékletét kb. 150 °C-ra csökkentjük, akkor idősebb korokat kapunk. A csak 150 °C-on előmelegített 5 kőzet és frakció 7,74, 7,94, 7,60, 7,80 és 7,67 M év korokat adott (6.5.1. táblázat), amelyek hibahatáron belül egyeznek az Amsterdamban mért értékekkel.
Vizsgálatainkat ezután két irányban folytattuk. (i) a bazanit különleges viselkedését megpróbáltuk valamely ásványához kötni, és (ii) az esetleges analitikai problémák kétségbevonhatatlan kiküszöbölése céljából 2004-ben 2 kormeghatározást az Okayamai Egyetem geokronológiai laboratóriumában is elvégeztünk.
Az okayamai laboratóriumban - őszintén szólva meglepetésemre - vizsgálat előtt a mintát 1:4 hígítású sósavval kezelték. A sósavas kezelés az Ar kronológiában nagyon nem kívánt eljárás, az 1H35Cl molekula miatt, amit a tömegspektrométer nem választ el a 36Ar atomtól, így jelenléte nagyon zavarhatja a 40Ar atmoszférikus és radiogén részének elkülönítését (ld. a 2-3 fejezeteket). Az eljárás mentségéül az hozható fel, hogy alapos, ultrahanggal is segített többszörös öblítés után a mintában bizonyára kevesebb lesz a sósavas kezelésből visszamaradt klór a minta eredeti klórtartalmánál. Összegezve: a minta erős savval való előzetes kezelésével szemben azért van ellenérzésem, mert (i) nem látok garanciát arra, hogy a savazás során a kálium és argon ugyanabból a térfogatból oldódik ki, továbbá az sem zárható ki, hogy a minta fel nem oldódott része többlet Ar-t tartalmaz. Ebben az esetben pedig az izokron korok ellenőrzését csak a Somoskő vizsgálatával kapcsolatban (Balogh és társai, 1994a) kidolgozott módszerrel látom ellenőrizhetőnek.
Az Okayamában végzett vizsgálatok derítették ki, hogy a sósavas kezelés után a K-tartalom az eredeti 2,08 - 2,10 %-ról 0,778 - 0,704 %-ra csökkent, a maradékon mért korok viszont egészen jól közelítették Wijbrans Ar/Ar (Wijbrans és társai, 2004, és J. Volc. Geotherm. Res.,
156 beküldve) koradatait és az ATOMKI laboratóriumában csökkentett hőmérsékletű kályházás után mért korokat. Minthogy az okayamai laboratóriumban is kb. 250 °C hőmérsékleten történik a kigázosítást megelőző kályházás, nyilvánvalóvá vált, hogy a savas kezelés során feloldódott ásványok okozzák az ATOMKI-ban mért túl fiatal korokat, és a savas kezelés során feloldott ásványok magas K-tartalma felelős az oldási maradék alacsony K-tartalmáért. A feloldott ásványok szintén a bazanit benyomulásának idején keletkeztek, mivel az alacsony hőmérsékleten kályházott mintákon mért korok nem különböznek szignifikánsan az oldási maradékon mért koroktól.
A Hegyestű bazanitjának ásványi összetételét a Magyar Állami Földtani Intézetben Kovács Pálffy Péter volt szíves meghatározni: plagioklász (albit), piroxén (augit), illit, olivin (forsterit) és kevés leucit, nefelin és amfibol volt a kőzetben, amiből a savas oldás után a plagioklász, piroxén és illit maradtak meg. A K/Ar kor és a K-tartalom csökkenéséért így a leucit és nefelin lehet a felelős. A bazanit fontosabb elemeinek eloszlását az Okayamai Egyetemen Thanh és társai (2004) végezték el. A 3 µm-esre fókuszált elektronnyaláb illitet nem jelzett.
A szakirodalom szerint (pl. McDougall és Harrison összefoglaló munkája, 1988) a földpátpótlók K/Ar kormeghatározásra alkalmas ásványok, a leucitot Radicati di Brozolo (1981) tanulmányozta legrészletesebben, míg a nefelin inkább esetenkénti többlet Ar tartalmáról nevezetes (Zhirov és társai, 1968; Balogh és társai, 1999). Emiatt az észlelt effektus a bazanit benyomulásával egyidejű, vagy azt a kormeghatározás mérési hibáján belül követő szubmikroszkópikus elváltozásával lenne magyarázható.
A leucit és nefelin megnövekedett Ar leadásának (az Ar diffúziós állandója megnövekedésének) okát még nem sikerült azonosítanunk, megítélésem szerint ez TEM vizsgálatoktól lenne remélhető.
Magának az effektusnak az észlelése azonban a leucit- és nefelintartalmú kőzetek kormeghatározásakor óvatosságra int. Az e két ásványt tartalmazó kőzetek kormeghatározása előtt ellenőrizni kell a kőzet Ar-megtartó képességét. Ez könnyen megtehető a kőzet korának mérésével e két ásvány kioldása előtt és után. A két koradat eltérésekor a bonyolultabb vizsgálatok elkerülhetetlenek, a két kor egyezése azonban nem garantálja automatikusan a közös kor megbízhatóságát.
A sósavval kezelt bazanitból is állítottunk elő frakciókat a Somoskő vizsgálatakor kidolgozott módszerünk alkalmazásával, amelyeket az Okayamai Egyetemen vizsgáltunk meg.
A frakciók K-tartalma 0,41%-tól 1,99 %-ig változott, a K/Ar kor pedig a 8,17±0.43 - 7,55±0,45 M év kortartományban szórt (6.5.2. táblázat, 6.5.1. ábra). A meghatározott izokron
157 kor 7,56±0,17 M évnek adódott, 302,4±7,0 kezdeti 40Ar/36Ar izotóparány mellett. Minthogy a K- és Ar(atm)-tartalmak nem korrelálnak a kevés Ar(atm)-t tartalmazó frakciókban, ez a kor már elfogadható a vulkáni működés koraként. Megnyugtató az egyezés a Wijbrans által mért Ar/Ar korral is (Wijbrans és társai, 2004, és J. Volc. Geotherm. Res., beküldve), ami azt mutatja, hogy a Balogh és társai (2005) által kimutatott hibalehetőségek a Hegyestű bazanitját nem érintették.
Frakció K % 40Ar(rad) 36Ar(atm)
10-10 cm3 STP/g
Kor M év±±±±σσσσ 10-7 cm3 STP/g %
teljes kőzet 1,137 3,395 63,0 6,76 7,68±0,22
D1M1 1,847 5,873 30,3 45,7 8,17±0,43
D1M2 1,990 6,123 38,4 33,2 7,91±0,3
D5M1 0,441 1,294 42,3 5,97 7,55±0,45
D5M2 0,492 1,513 45,1 6,24 7,91±0,47
D1: d<2,72 g/cm3; D5: d>2,96 g/cm3
6.5.2. Táblázat. A Hegyestű HT-4 jelű, 6204 sz., HCI-val kezeltfrakcióin az Okayamai Egyetemen mért korok
6.5.3. Ábra. A Hegyestű HT-4 jelű, HCl-lel kezelt mintájának frakcióin az Okayamai Egyetemen általam mért adatokra illesztett izokron kor. Adatok a 6.5.2. Táblázatban. Ha tehát az argont könnyen leadó leucit- vagy nefeintartalmú kőzeten kívánunk nagyon megbízható kormeghatározást végezni, a frakciókat a HCl-lel kezelt mintából célszerű előállítani.
158