Distribúcia izotopov uhlíka a kyslíka v mezozoických metakarbonátoch južného veporika Západných Karpát. Peter Ružička

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Distribúcia izotopov uhlíka a kyslíka v mezozoických metakarbonátoch južného veporika Západných Karpát. Peter Ružička"

Ήρα Ρόκας
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Distribúcia izotopov uhlíka a kyslíka v mezozoických metakarbonátoch južného veporika Západných Karpát Peter Ružička Univerzita Komenského v Bratislave, Prírodovedecká fakulta, Katedra mineralógie a petrológie, Mlynská dolina, Bratislava, Slovensko; ruzicka@fns.uniba.sk Úvod a formulácia cieľa Izotopový pomer uhlíka (13C/12C) a kyslíka (18O/16O) v metakarbonátoch je vyjadrený δ-notáciou (δ13c, δ18o) ako odchýlka v promile vzhľadom k štandardu. K základným medzinárodne používaným štandardom pre vyjadrovanie izotopového pomeru kyslíka v karbonátoch patria V-SMOW (Vienna Standard Mean Oceanic Water) a PDB (schránka hlavonožca Belemnitella americana z kriedovej formácie PeeDee v Južnej Karolíne, USA), ktorý sa používa aj pre izotopové pomery uhlíka. Pri metamorfóze karbonátov unikajú prchavé látky (H2O, CO2), pričom reakciou s týmito zložkami sa mení izotopové zloženie uhlíka a kyslíka východiskových karbonátov. Karbonátové horniny ovplyvnené nízkoteplotnou metamorfózou majú hodnoty δ13c prakticky nezmenené, hodnoty δ18o sú nižšie v porovnaní so sedimentárnymi horninami. Pri vyšších teplotách metamorfózy sa vo väčšine prípadov znižujú aj hodnoty δ13c. Negatívna korelácia medzi δ18o a δ13c v karbonátoch je sprevádzaná veľkým rozptylom a posunom δ13c k negatívnym hodnotám ako dôsledok sekundárnej alterácie nízkoteplotným fluidom s obsahom HCO3. Počas metamorfózy prebiehajú dekarbonatizačné reakcie (uvoľňovanie fluíd rozkladom karbonátov), pri ktorých uniká CO2 obohatený ťažšími izotopmi C a O [7]. Degazácia (odplyňovanie) CO2 vedie k frakcionácii medzi CO32- a CO2, ktorá ovplyvňuje prográdne metamorfné dekarbonatizačné reakcie a hydrotermálne procesy. Podobnosť procesov dokumentuje izotopové zloženie C a O z kogenetických metamorfogénnych a hydrotermálnych karbonátov, ktoré vykazujú trend pozitívnej korelácie medzi hodnotami δ18o a δ13c. Cieľom príspevku je charakterizovať izotopové zloženie a rozsah distribúcie uhlíka a kyslíka v metakarbonátoch federatskej skupiny južného veporika. 1167

2 Vymedzenie územia Federatská skupina tvorí autochtónny, resp. paraautochtónny obal predalpínskeho fundamentu v stredných a južných častiach veporika [2]. Po oboch stranách Dobšinského potoka západne od Vyšnej Maše vystupujú svetlé doskovité až masívne kryštalické vápence stredného triasu [1]. V stredných častiach karbonátového sledu tuhárskej sukcesie sa vyskytujú masívne a lavicovité, ale mezoskopicky penetračne foliované a lineované kryštalické vápence. Podľa pozície v slede a analógií s inými oblasťami federatskej skupiny sú pravdepodobne vrchnoanisko-ladinského veku. Litostratigraficky sú príbuzné steinalmským, wettersteinským a raminským vápencom [2]. V okolí sedla Diel federatská skupina vystupuje v zlomovej zóne Plačkovej doliny, ktorá je situovaná cca 10 km severozápadne od Tisovca. Horninový sled je postihnutý niekoľkými na seba naloženými deformačnými štruktúrami [9]. Litologickú dominanciu majú tmavé až čierne, laminované vápence (anis), ktoré sa striedajú so svetlými, laminovanými vápencami (anis ladin) a dolomitmi (norik). Metodika Na izotopové celohorninové analýzy bolo vybratých 29 vzoriek metakarbonátov. Odber čerstvých, nezvetraných vzoriek bol realizovaný in situ v kameňolomoch pri Tuhári (8 vzoriek) a Ružinej (2 vzorky). Z odkryvov po obidvoch stranách Dobšinského potoka bolo odobratých 14 vzoriek a 5 vzoriek z Plačkovej doliny. Reprezentatívne vzorky boli technicky upravené (ručné drvenie, roztieranie v trecej miske, presitovanie a kvartovanie) na analytické spracovanie. Z každej vzorky sa použilo 50 mg mramorového prášku so zrnitosťou 0,02 0,04 mm, ktoré sa žíhali 30 minút pri 470 C vo vzduchu, čím sa odstránili organické kontaminanty. Na meranie izotopového pomeru kyslíka a uhlíka sa využíva CO2. Rozklad vzoriek prebiehal metódou uzavretej reakčnej nádoby [11], vo vákuu v koncentrovanej kyseline fosforečnej s hustotou 1,88 g/cm3, podľa reakcie: 3CaCO3 + 2H3PO4 = 3CO2 + 3H2O + Ca3(PO4)2. Z rovnice vyplýva, že CO2 obsahuje len 2/3 kyslíka pôvodne viazaného v karbonáte. Čistý kalcit sa rozkladá pri teplote 25 C a dolomit pri teplote 95 C. Uvoľnený CO2 sa po ukončení reakcie odseparuje od ostatných plynov pomocou série kryogénnych pascí a je zatavený v sklenej kapiláre. Meranie izotopového zloženia uhlíka a kyslíka z izolovaného CO2 sa realizovalo na Oddelení izotopovej geológie Štátneho geologického ústavu Dionýza Štúra v Bratislave. Na meranie bol použitý hmotnostný spektrometer Finnigan MAT 250 s reprodukovateľnosťou analýz δ13cpdb a δ18opdb ± 0,

3 Izotopové pomery uhlíka a kyslíka vyjadrené konvenčnou δ-notáciou boli prepočítané vo vzťahu k medzinárodným štandardom V-SMOW a V-PDB. Hodnoty δ18oco2 sú korigované na izotopovú frakcionáciu kyslíka medzi CaCO3 a H3PO4 frakcionačným faktorom α = 1,01025 [5]. Pre karbonáty rozpustné pri vyššej teplote sa frakcionačný faktor vypočíta pre danú teplotu z chemického zloženia karbonátu [3, 17]. Výsledky a diskusia Väčšina odmeraných δ13c hodnôt sa pohybuje v pozitívnych intervaloch, pričom výnimku tvoria tri vzorky z Plačkovej doliny, ktoré majú negatívne hodnoty izotopov uhlíka. Zmeny izotopového zloženia uhlíka morskej vody sa pripisujú rôznym procesom. Oscilácia δ13c v celosvetových karbonátových sekvenciách súvisí s obdobiami tektonickej aktivity počas ktorej prísun a výdaj dostupného organického uhlíka sa prejavil zmenami v izotopovom zložení uhlíka morskej vody. Hodnoty δ13cpdb sa pohybujú v rozsahu od -3,34 do 2,36. Celohorninové δ18o zloženie metakarbonátov závisí od charakteru protolitu, dekarbonizačných procesoch a interakcie s fluidami. Všetky odmerané hodnoty δ18opdb sú negatívne, v intervale od -9,39 do -2,63. Výsledné hodnoty δ18o SMOW odmerané vo všetkých vzorkách sa pohybujú nad 20. V tab. 1 sú uvedené minimálne, maximálne a priemerné hodnoty izotopového zloženia uhlíka a kyslíka, ktoré boli odmerané hmotnostným spektrometrom. Tab. 1: Rozsah hodnôt δ13c a δ18o nameraných vo vzorkách metakarbonátov federatskej skupiny južného veporika s porovnaním údajov izotopového zloženia vápencov a dolomitu získaných z vrtu G-37, lokalizovaného v oblasti Dobšiná Hámor [18]. Izotopové zloženie ( ) δ13c PDB Lokalita δ18o PDB δ18o SMOW Minimum Maximum Priemer Minimum Maximum Priemer Minimum Maximum Priemer Tuhár 1,24 2,36 1,90-7,61-3,37-4,92 23,02 27,38 25,79 Ružiná 1,47 1,56 1,51-2,87-2,63-2,75 27,91 28,15 28,03 Dolina Dobšinského potoka 0,14 2,32 1,38-9,39-6,23-8,22 21,20 24,44 22,39 Plačková dolina -3,34 0,57-0,90-9,04-6,09-7,68 21,54 24,58 22,94 Dobšiná - Hámor [18] -5,19 4,05 0,06-10,01-6,69-8,68 20,54 23,97 21,92 Izotopové zloženie uhlíka odmerané v metakarbonátoch korelované s morskými karbonátovými sekvenciami, odráža prínos terestrického ľahkého uhlíka, to znamená pozíciu sedimentačného bazénu alebo redukčnosť prostredia. Metakarbonáty prejavovali absenciu fosílií a ďalších geochronologických indikátorov pre spresnenie ich vekového zaradenia. Grafické zobrazenie numerických výsledkov je na obr

4 Obr. 1: Izotopové zloženie uhlíka a kyslíka v metakarbonátoch federatskej skupiny južného veporika. Diagenéza a následná metamorfóza sú považované za potenciálne procesy schopné zapríčiniť postsedimentárne alterácie pôvodného izotopového zloženia uhlíka. V karbonátoch tieto procesy prebiehajú v podobe štruktúrnych, minerálnych a geochemických alterácií, ktoré sú podporované; (1) prítomnosťou Ca-obohatených minerálov, (2) prítomnosťou intergranulárnych fluíd, ktorých izotopové zloženie uhlíka sa odlišuje od karbonátov, (3) zastúpením primárnych prvkov v karbonátových štruktúrach, (4) rozsahom interakcií medzi vodou a horninou počas precipitácie, sedimentárnych a postsedimentárnych procesov a (5) prítomnosťou silikátových minerálov. Silikátové minerály sú v zložení metakarbonátov zastúpené sľudami (muskovit, flogopit) a živcami (ortoklas, albit). Ich prítomnosť ovplyvňuje tvorbu postsedimentárnych premien, ktorá sa prejavuje ochudobnením hodnôt δ13c a δ18o pôvodného izotopového zloženia karbonátov. Problematikou izotopového zloženia karbonátových hornín v Západných Karpatoch sa zaoberali [8, 10, 14, 16, 18]. Štúdium izotopov uhlíka a kyslíka bolo zamerané na zisťovanie paleoteplôt oceánov, rekonštrukciu diagenetických procesov vápencov a na preukázanie hydrotermálnej metasomatózy dolomitov. V práci [18] sú publikované aj výsledky izotopového zloženia vápencov a dolomitu (tab. 1) z vrtu G-37 (Dobšiná-Hámor), ktorý je súčasťou mezozoického komplexu federatskej skupiny južného veporika. 1170

5 Výskumom stabilných izotopov v mramoroch sa zaoberali [4, 6, 15]. Izotopy δ18o, δ13c a 87Sr/86Sr použili [12] na definovanie izotopových rozdielov medzi kalcitovými a dolomitovými mramormi. Izotopovú geochémiu stroncia a uhlíka na datovanie sedimentácie karbonátov aplikovali [13]. Záver Distribúcia stabilných izotopov uhlíka a kyslíka bola skúmaná v metakarbonátoch z vybraných lokalít obalového mezozoika južného veporika Západných Karpát. Na základe prezentovaných výsledkov izotopového zloženia sa potvrdil vznik karbonátov v morskom prostredí. Hodnoty δ13c morských sedimentárnych karbonátov sú homogénne, v rozsahu od -1 do +3 [7]. Výsledné hodnoty (tab. 1) indikujú zmeny izotopového zloženia karbonátov počas metamorfnej rekryštalizácie. Poďakovanie Realizácia príspevku bola financovaná z grantových úloh VEGA č. 1/4040/07 a APVV Zoznam použitej literatúry [1] Bajaník Š., Hanzel V., Ivanička J., et al. (1983): Vysvetlivky ku geologickej mape Slovenského rudohoria - východná časť. ŠGÚDŠ, Bratislava, s. 223 [2] Bezák V. (ed.), Hraško Ľ., Kováčik M., et al. (1999): Vysvetlivky ku geologickej mape Slovesnkého rudohoria - západná časť. ŠGÚDŠ, Bratislava, s. 178 [3] Böttcher M. E. (1996): Isotopes Environ. Health Studies 32, p. 299 [4] Cartwright I., Vry J., Sandiford M. (1995): Contrib. Mineral. Petrol. 120, p. 292 [5] Friedman I, O Neil J. R. (1977): Geol. Surv. Profess. Paper U.S [6] Guerrera A., Peacock M. S., Knauth P. L. (1997): Geology 25, 10, p. 943 [7] Hladíková J. (1988): Základy geochemie stabilních izotopů lehkých prvků. Univerzita J. E. Purkyně, Brno, s. 96. [8] Kantor J., Mišík M. (1992): Západné Karpaty 15, s. 7 [9] Kováč P., Hók J., Vojtko R., et al. (2004): ŠGÚDŠ, Bratislava, s. 113 [10] Lintnerová O., Hladíková J. (1992): Geol. Carpathica 43, 4, p. 203 [11] McCrea J. M. (1950): J. Chem. Phys. 18, p. 849 [12] Melezhik A. V., Roberts D., Fallick E. A., et al. (2005): Chem. Geol. 216, p

6 [13] Nascimento C. S. R., Sial N. A., Pimentel M. M. (2007): Chem. Geol. 237, p. 191 [14] Repčok I., Ferenčíková E., Hašková A., et al. (1997): ŠGÚDŠ, Bratislava, s. 25 [15] Richards J. I., Labotka C. T., Gregory T. R. (1996): Contrib. Mineral. Petrol. 123, p. 202 [16] Soták, J., Lintnerová O. (1994): Geol. Carpathica 45, 4, 1994, p. 239 [17] Swart P. K, Burns S. J, Leder J. J. (1991): Chem. Geol. 86,, p. 89 [18] Vozárová A., Ďurkovičová J., Repčok I. (1995): Slov. Geol. Mag. 2, p

Σχετικά έγγραφα

Start. Vstup r. O = 2πr S = πrr. Vystup O, S. Stop. Start. Vstup P, C V = PC1,19. Vystup V. Stop

Start. Vstup r. O = 2*π*r S = π*r*r. Vystup O, S. Stop. Start. Vstup P, C V = P*C*1,19. Vystup V. Stop 1) Vytvorte algoritmus (vývojový diagram) na výpočet obvodu kruhu. O=2xπxr ; S=πxrxr Vstup r O = 2*π*r S = π*r*r Vystup O, S 2) Vytvorte algoritmus (vývojový diagram) na výpočet celkovej ceny výrobku s