A földköpeny reológiai kutatása: mennyiségi Fourier transzformációs infravörös spektrometria alkalmazása egy Persány hegységi xenolit példáján

Lange, Thomas Pieter and Szabó, Csaba and Liptai, Nóra and Patkó, Levente and Gelencsér, Orsolya and Aradi, László Előd and Kovács, István János (2019) A földköpeny reológiai kutatása: mennyiségi Fourier transzformációs infravörös spektrometria alkalmazása egy Persány hegységi xenolit példáján. FÖLDTANI KÖZLÖNY, 149 (3). pp. 233-254. ISSN 0015-542X

Preview

Text 1795-Nyomdakeszpdf-10803-1-10-20190929.pdf Download (1MB) | Preview

Abstract

A felsőköpenyből származó xenolitok kőzettani és geokémiai vizsgálatával közvetlen ismeretekhez juthatunk a litoszféra fizikai és kémiai állapotáról. Ezen információk birtokában kiszámíthatók a xenolitok által jellemzett köpenylitoszféra legfontosabb geofizikai tulajdonságai (pl. szeizmikus hullámsebesség, fajlagos vezetőképesség, effektív viszkozitás). Ezek a fizikai jellemzők meghatározók a geofizikai mérések eredményének értelmezésében, és így a kutatott régió geodinamikai fejlődésének megértésében. Jelen tanulmányban azt mutatjuk be, hogy akár nyomnyi mennyiségű „víz” (helyesebben szerkezeti hidroxil) jelenléte a földköpeny névlegesen vízmentes ásványaiban (röviden NAM elegyrészek az angol „Nominally Anhydrous Minerals” kifejezés alapján) milyen kiemelkedő jelentőséggel bír a litoszféra fizikai viszonyaira és hogyan reagál a rendszer kémiai összetételére. A felsőköpeny geokémiai és geodinamikai kutatásában alkalmazott spektrometriai technikák közül a Fourier transzformációs infravörös spektrometria (FTIR) a NAM elegyrészek szerkezeti hidroxil-tartalmának tanulmányozásával a kőzetek fizikai viselkedéséről (pl. olvadási hőmérséklet, deformálhatóság, fajlagos vezetőképesség stb.) és bizonyos kémiai tulajdonságairól (H-tartalom) ad képet. Kísérleti kőzettani eredmények alapján a H+ töltéskompenzáló kationként vakanciákba önállóan, vagy csatolt helyettesítést létrehozva más kationokkal (pl. Al3+ vagy Ti4+) együtt tud a NAM elegyrészekbe beépülni. A vakanciák esetében a H+ valamelyik koordináló oxigénhez csatlakozva OH- (szerkezeti hidroxil) gyököt hoz létre. Ritkán a H+ önállóan, intersticiális helyzetben vagy Li+- és Na+-hoz csatlakozva szerkezeti hidroxil formájában is előfordulhat a rácsközi térben. A beépülés jellege függ a rendszer összetételétől (pl. Ti-tartalom), az oxigén, H2O és SiO2 aktivitásától, az oxigén fugacitástól és a nyomástól. A beépülés módján kívül a NAM elegyrész pontos szerkezeti hidroxil tartalmát is meg lehet határozni mikro-FTIR spektrometriával. A szerkezeti hidroxil koncentrációt konvencionálisan molekuláris víz egyenértékben és ppm tömegrészben vagy mol %-ban fejezzük ki. A nem poláros mikro-FTIR módszer térnyerése az utóbbi időben jelentős áttörést hozott, hiszen a kis szemcseméretű (<0,7 mm) természetes és kísérleti kőzetek ásványainak elemzésére is lehetőség nyílt, amelyre a tradicionálisan megbízhatónak gondolt poláros mikro-FTIR módszer nem adott módot. Tanulmányunk egyik célja, hogy részletes áttekintést adjunk a mikro-FTIR alkalmazásáról a NAM szerkezeti hidroxil tartalmának vizsgálatához. A nem poláros mikro-FTIR módszert ma már világszerte alkalmazzák, a Kárpát-Pannon régió felsőköpeny kutatásában is nagy szerepet kap. Alkalmazását a Persány-hegységi Vulkáni Terület felső-köpeny xenolitjain mutatjuk be, összehasonlítva korábbi munkákkal a Kárpát-Pannon régióból, kiemelve az eredmények felhasználhatóságát a geofizikai adatok értelmezéséhez és így a Kárpát-Pannon régió geodinamikájának jobb megértéséhez. A persány-hegységi xenolitra kapott geofizikai eredmények (szeizmikus hullámterjedési sebesség, fajlagos vezetőképesség) és effektív viszkozitás nagy hasonlóságot mutat a Stájer-medence xenolitjaival, ami a két terület hasonló geodinamikai helyzetének köszönhető. A Nógrád-Gömör vulkáni terület xenolitjai eltérő jellemvonásokat mutatnak.

Actions (login required)

Edit Item