Hidrológiai Közlöny 2009 (89. évfolyam)
6. szám - L. Hidrológiai Napok: "A hazai hidrobiológia ötven éve" Tihany, 2008. október 1-3.
205 A Balaton üledékeinek szedimentológiai, ásványtani, geokémiai tulajdonságai Cserny Tibor, Tullner Tibor Magyar Állami Földtani Intézet, 1143. Budapest, Stefánia út 14. Kivonat A Magyar Állami Földtani Intézet komplex földtani módszerek segítségével folyamatosan részt vállal a Balaton és vízgyűjtője környezeti problémáinak, feladatainak megoldásában. A tavi Üledékek földtani kutatása (limnogeológiai kutatások) célkitűzései között szerepelt a mederüledékek tulajdonságainak részletes vizsgálata és térbeli helyzetének meghatározása. E cél elérése érdekében 370 km hosszban szonár szelvényezés és 33 mederfiírás lemélyítése, továbbá több módszerrel laboratóriumi elemzések történtek. Az észlelések, mérések és elemzések eredményei alkalmat adtak a Balatonnal kapcsolatos több célú paleokömyezeti rekonstrukció elvégzésére. A komplex limnogeológiai kutatások közül a mederfürások üledékmintáinak szedimentológiai, ásványtani, továbbá a karbonát-ásványok geokémiai (Mg/Ca mol-arányának) és stabilizotóp (S l sO és S I 3C) összetételének vizsgálatával a mederüledékek képződésének körülményeire kaptunk fontos információt. Ezeket az eredményeket kiegészítve palinológiai és radioaktív izotóp (radiokarbon és cézium) vizsgálatokkal a Balaton vízszintjének változásaira tudtunk következtetni, a földtani módszerek lehetőségei által biztosított léptékben. A Balaton cca 15 000 és 17 000 év B.P. között (a posztglaciálisban), az utolsó pleisztocén eljegesedési szakaszt követően, a klíma csapadékosabbá és melegebbé válása következtében alakult ki, több kis mélységű, tiszta és hideg vizű, egymástól szeparált tavacska formájában. A részben csapadékvízzel, másrészt felszin alatti vizekkel (talaj-, réteg- és karsztvízzel) feltöltődő medence-rendszer vízzel borítottsága nyugatról kelet felé egyre később következett be. Az egységes vízfelület a vízszint emelkedése és a parti abrázió következtében az elválasztó gátak megszűnése nyomán a holocén kezdetén (cca. 10250 év B.P.) jött létre. A Balaton maximális vízszintjei (108 m A.f.m.): a holocén kezdetén (dryas III /preboreális, 10250 év B.P.), a rómaiak korában (szubatlantikum, bükk vegetációs fázis, 2000 év B.P.) és a középkorban (szubatlantikum, tölgy vegetációs-fázis, 750 év B.P.) volt. A mainál tartósan alacsonyabb vízszint végig a posztglaciálisban, illetve a holocén folyamán több alkalommal is előfordult. Kulcsszavak: Balaton, tavi üledékek, karbonát-ásványok, ö l! iO és ö 1 3C izotópok, radiokarbon kor, Ca/Mg-arány, vízszint-változás. Bevezetés A Magyar Állami Földtani Intézet 1981-2000 között komplex módszerekkel végzett földtani tavi (limnogeológia) kutatást, melynek során a következő kérdésekre kereste a választ: (1) milyen fizikai, kémiai, szedimentológiai tulajdonságokkal rendelkeznek a balatoni üledékek? (2) milyen a tavi üledékek térbeli helyzete és vastagsági viszonyai? (3) mikor és hogyan alakult ki a Balaton? Hogyan változott a tó mélysége és vizének minősége? (4) hogyan hasznosíthatók a komplex földtani alapkutatás eredményei a tó környezetvédelme érdekében? Az elvégzett kutatások eredményeinek összefoglalása napjainkig tart, melynek során több Ph.D. dolgozat és publikáció (lásd irodalomjegyzék) született. Egy évvel korábban Tihanyban, a Hidrobiológus Napokon, a komplex földtani és geofizikai módszerekkel végzett kutatás eredményeinek vázlatos áttekintése történt meg, melyet az Ankét tematikus kötetében publikáltunk (Cserny et al. 2008). Jelen dolgozat célja a Balaton üledékeinek szedimentológiai, ásványtani és geokémiai jellegzetességeinek részletesebb bemutatása, azaz a komplex limnogeológiai kutatás elé kitűzött első feladat elvégzése során nyert, eddig nem publikált, új adatok közkinccsé tétele. A mederüledékek kutatása és eredményei A Balaton üledékeinek térbeli helyzetét a fúrások között elvégzett geofizikai (szonár) szelvényezéssel pontosítottuk. A folyamatosan regisztrált haránt szelvények közötti távolság általában 2 km volt, míg a tó tengelye mentén 2, egymástól 4 km távolságra futó hosszanti szelvényt mértünk le. A fúrások és a geofizikai szelvények alapján elmondható, hogy a jelenlegi mederfenékhez viszonyított iszapvastagság a mederben nagyon változó, ami tükrözi az igen változatos aljzatmorfológiát. Egyes aljzat-kiemelkedések felett az iszap vastagsága 1,0-1,5 m, míg az aljzatmélyedéseknél 8,0 m-re megnő. Maximális vastagságot (10 m) a Zala torkolatában mértünk. A Keszthelyi öbölben az üledék átlagvastagsága 6 m, a tó középső részén 5 m, mig a Siófoki medencében 4 m (Cserny, Corrada 1989). A 33 mederfúrás rétegsorának szedimentológiai vizsgálat a alapján általánosítható, hogy a Balaton üledéksora néhány centiméter vastag kavicsos, homokos bázisképződménnyel kezdődik, ezen általában néhány deciméter vastag tőzegréteg található, majd végig többé-kevésbé homogén összetételű karbonátos, agyagos kőzetliszt következik. Ez utóbbi, a rétegsor túlnyomó részét kitevő üledék szemcseöszszetételét tekintve legtöbbször agyagos kőzetliszt, de 50-70 % karbonát-tartalommal, azaz valójában mésziszap. Színe szürke, különböző színárnyalatokkal (Cserny et al. 1992). A mederfúrásokban megismert rétegsor alapvetően két eltérő képződmény szakaszra osztható: az első üledékcsoport, mely a posztglaciális végén, a holocén kezdetéig (kb. 15000-10000 év között) halmozódott fel, alacsony karbonát-tartalmú törmelékes üledéket (kavics, homok, kőzetlisztes homok) és tőzeget tartalmaz. A második szakaszban, mely a holocén elején kezdődött és jelenleg is zajlik, az elsődlegesen kémiai úton kivált agyagos mésziszap dominál, mellyel párhuzamosan a törmelékes alkotók aránya fokozatosan visszaszorul (Csemy 2002). A fúrási rétegsorok többségének alsó szakaszában harántolt tőzegrétegeknek különösen fontos szerepet töltöttek be a Balaton keletkezési időpontjának meghatározásában. A tavi üledékképződés kezdetén képződött tőzegek radiokarbon kora (10140 +/-300 és 12490 +/-300 év B.P.) azt mutatja, hogy a Balaton területén a tőzegesedés a dryas II-ben indult meg, főként az allerődben tartott, és a dryas III elején fejeződött be. A tőzegképződés cca. 1000-1500 évig tartott. A tőzegrétegek feküjében lévő minimális vastagságú (<1 m) rétegekből származó pollen minták alapján rögzíthető, hogy a balatoni üledékek a dryas I-től (cca. 17000-15000 év B.P.) kezdve halmozódtak fel, a nyugati medencékben korábban, mint a keletiekben. A tőzegek radiokarbon kora, az üledékek jellege, eltérő vastagsága és a bennük talált pollen asszociáció alapján a vízborítás időbeli eltolódása a jelenlegi 4 részmedence (Keszthely, Szigliget, Szemes és Siófok) között mintegy 2-3.000 évre tehető. A Keszthelyi- és Szigligeti-öblök mederfúrásaiban több és vastagabb tőzeg található, mint a Szemesi- és Siófoki-öblökben mélyültekben. A tőzeg képződésének idején a ma már egységes tavat alkotó részmedencék még különálló, önálló kis tavak voltak. A radiokarbon korok és üledékvastagság-adatok tanúsága szerint a feliszapolódás sebességének mértéke, a teljes negyedidőszaki szelvényre vonatkoztatva 0,38-0,48 mm/év (Cserny, Nagy-Bodor 2000). Ez az érték a rétegsorok felső szakaszában mért l3 7Cs szelvények tanúsága szerint nő, helyenként eléri az 10 mm/év-et is (pl. Keszthelyi-öböl, a tó északi partja menti védett öblök helyén) (Cserny et al. 1995). A Balaton mederüledékeinek ásványtani összetétel e jól alátámasztja a szedimentológiai képben leírtakat, azaz a rétegsor aljában a törmelékes ásványokat tartalmazó üledék, majd a tőzeg felett az egyre több karbonát ásványt tartalmazó mésziszap a jellemző. Utóbbi, igen nagy elsődleges porozitású üledék elsősorban magnézium tartalmú kalcitból, alárendelten dolomitból és kalcitból, sőt néhol protodolomit-
