Több millió éve kihűlt vulkánok a Dél-Alföld sík felszíne alatt

A Szegedi Tudományegyetem Földrajzi és Földtudományi Intézetének kutatói különleges módszerekkel vizsgálják az aljzatot és annak összetételét.

Bár első hallásra talán hihetetlennek tűnik, de több kilométer magas hegyvonulatok és mély völgyrendszerek, valamint több millió éve kihűlt vulkánok is húzódnak a Dél-Alföld sík felszíne, a földtörténeti viszonylatban fiatalnak mondható üledékes kőzetek alatt. A Szegedi Tudományegyetem (SZTE) Földrajzi és Földtudományi Intézetének kutatói hazai, nemzetközi és regionális kérdésekre is keresik a válaszokat. A földtörténeti perm időszakban, körülbelül 300–250 millió évvel ezelőtt ugyanis hatalmas térfogatú vulkanizmus zajlott itt, lávaöntésekkel és kiterjedt robbanásos kitörésekkel, amelyeknek termékei ma Skandináviától a Balkánig megtalálhatók. Ebben a kirakósban szeretnék a hazai szakemberek is elhelyezni a saját kis darabkáikat a Kárpát–Pannon térségből.
„Annak ellenére, hogy a Dél-Alföld földrajzi értelemben egy tökéletesen sík vidék, morfológiája a felszín alatt jóval változatosabb. A földtörténeti szempontból nagyon fiatalnak nevezhető pannon-medencei üledékek és üledékes kőzetek alatt akár 6–7 kilométer mély árkok (például Makó–Hódmezővásárhelyi-árok) és kiterjedt aljzatmagaslatok húzódnak (például Battonya–Pusztaföldvári-hát), amelyeket változatos összetételű, akár több százmillió éves kristályos (magmás, metamorf) kőzetek alkotnak. A 20. század második felében a hazánk délkeleti részét és a Tisza-főegységet jelentő keleti Pannon-medencében több száz szénhidrogén-kutató fúrás mélyült, amelyek számos helyen feltárták a prealpi aljzati képződményeket, napjainkra azonban időszerűvé vált az Alföld aljzatát alkotó kőzetek modern szemléletű újraértelmezése. Kutatásunk célkitűzései a következők: naprakész földtani ismeretek szerzése a keleti Pannon-medence aljzatát alkotó képződményekről, illetve Délkelet-Magyarország aljzata és az Erdélyi-középhegység egyes kulcsfontosságú felszíni képződményei között egy megalapozottabb korreláció kialakítása” – válaszolta kérdésünkre dr. Pál-Molnár Elemér, petrológus (vulkanológus), az SZTE egyetemi docense és a kutatás vezetője.
A szakemberek úgynevezett petrográfiai vizsgálatokat végeznek a kőzetmintán, illetve a fúrómagon, de polarizációs mikroszkópot is használt a kőzetekből készült vékonycsiszolatokon. Ahogy arra rámutattak, a csiszolatok további vizsgálataira a pásztázó elektronmikroszkóp (SEM) is kiválóan alkalmas, amellyel a kőzetet alkotó ásványok elemi összetételéről is információt nyerhetnek, így azok még biztosabban azonosíthatók. Teljes kőzetkémiai vizsgálatokat is végeznek akkreditált nemzetközi laboratóriumokban, többek között a vancouveri ACMELabs-ban, ahol mért kőzetösszetételeket használnak fel és ahol a kőzetek kémiai összetételének meghatározása elemenként történik. Emellett a kőzetek képződési korára irányuló, úgynevezett geokronológiai vizsgálatok is zajlanak, amelyek alapját az általuk vizsgált mintákban kis méretben, de viszonylag gyakran előforduló cirkon kristályok és a bennük lezajlott radioaktív bomlási folyamatok jelentették. A cirkonban az egyes U- és Pb-izotópok arányainak megmérését követően, a bomlási állandók ismeretében a vizsgált kőzetek kora meghatározhatóvá vált, a Göttingeni Egyetemen végzett analíziseiknek köszönhetően.
„A petrográfiai vizsgálatok a kőzet ásványos összetételének meghatározását és a kőzettani megnevezést szolgálják. Az ásványok méretéből, elhelyezkedéséből és alaki sajátságaiból (összefoglaló néven a magmás kőzet szövetéből) a kőzetet kialakító magmatározó- és/vagy vulkáni folyamatok bizonyos mértékig rekonstruálhatók; például viszonylag nagy vagy kis mélységben vagy felszínen kristályosodott-e a kőzet. A magmás kőzetek képződése és az annak hátterében zajló geológiai folyamatok még alaposabban a kémiai összetételből érthetők meg. A teljes kőzet kémiai- és ásványkémiai vizsgálatok választ adhatnak arra, hogy milyen mélységben, mondjuk milyen hőmérsékleti, nyomás- és oxidációs viszonyok mellett és milyen földtani, lemeztektonikai környezetben képződött az olvadék. Míg a „mikor” kérdésre a korábban említett, az egyes radioaktív izotópok bomlásán és az izotóparányok meghatározásán alapuló, különféle geokronológiai vizsgálatok adják meg a választ” – magyarázta dr. Szemerédi Máté vulkanológus, a SZTE tudományos munkatársa.
Az egyetem munkatársai már a 2010-es évek elejétől foglalkoznak az Alföld mélyén eltemetett magmás kőzetekkel. Az azóta eltelt több mint tíz évben sikerült megbízható, modern koradatokhoz jutni a Dél-Alföld alatt húzódó kristályos aljzat magmás kőzeteiből. Ezeket a szakemberek az új, teljes kőzetkémiai elemzésekkel együtt értelmezték, valamint regionális keretek közé helyezték, tehát összekapcsolták a Kárpát–Pannon-térség hasonló kőzeteivel.
„Két fő magmás eseményt sikerült elkülönítenünk a délkelet-magyarországi aljzatban, mindkettő a paleozoikumban, tehát a földtörténeti óidőben történt. Az első eset a földtörténeti karbon időszakban, körülbelül 350–360 millió évvel ezelőtt, a variszkuszi hegységképződéshez kapcsolódó gránit magmatizmus volt, amelynek termékeit Battonya, Mezőhegyes, Dombegyház, Végegyháza, valamint Makó, Kiszombor, Ferencszállás, Deszk és Algyő térségében érték el szénhidrogén-kutató fúrások. A második esemény a földtörténeti permben, körülbelül 260–270 millió évvel ezelőtt történt riolitos-dácitos összetételű, robbanásos kitörések által dominált vulkanizmus, amely egy egykori kontinentális kőzetlemez szétszakadásához kapcsolódott. Ezeket a permi vulkáni kőzeteket a Battonya, Tótkomlós, Nagyszénás és Kelebia települések környéki mélyfúrásokból ismerjük. Mindkét említett magmás folyamat termékeit sikerült a Dél-Alföld területétől messzebb eső, „felszíni párjaikkal” is összekapcsolnunk további kőzettani, kőzetkémiai és geokronológiai vizsgálataink eredményeként. A permi riolitos–dácitos vulkáni kőzetek mind korukban, mind képződési mechanizmusukban megegyeznek a Dél-Dunántúl hasonló képződményeivel (Nyugat-Mecsek, Villányi-hegység és a Mecsek közötti fúrások), ahogy azt a hazai szakirodalmakban korábban is vélték; kisebb meglepetésünkre azonban a vizsgált kőzeteket az Erdélyi-középhegység központi-nyugati részéről (Béli- és Bihar-hegységek) ismert riolitokkal és dácitokkal is sikerült összekapcsolnunk. Hasonlóképpen a karbon korú gránitok (Battonya és térsége, illetve az Algyő–Ferencszállás aljzati hát) „határon túli párját” is sikerült kőzettani és kőzetkémiai bizonyítékokkal megtalálnunk az Erdélyi-középhegységben (Béli- és Hegyes-hegységek). Aktuális kutatásaink éppen a szlavóniai Papuk hasonló képződményeivel vetik össze a hazai aljzati gránitokat további kapcsolatokat keresve” – mutatott rá dr. Pál-Molnár Elemér.
A kutatás során vizsgálták például a 20. század második felében létesített kőolaj- és földgáz-kutató fúrások jelentéseit, de a tudósok által felszínre hozott fúrómagokat is. Az anyagvizsgálati és korhatározási módszerek fejlődése emellett indokolttá tette az aljzati kristályos kőzetek újravizsgálatát. A korábban kifejtett hazai és regionális magmás kőzettani kapcsolatok között így olyanokat is találtak, amelyet elődjeik már felvetettek, csak a bizonyításukhoz szükséges kőzettani és geokronológiai adatok eddig nem álltak rendelkezésre. Számos irányvonalat most a szegedi kutatók bizonyítottak elsőként.
„A legnagyobb meglepetést az jelentette a projektben, hogy az erdélyi-középhegységi kutatásaink eredményeként nem csak a hazai és az erdélyi riolitos–dácitos vulkanizmust sikerült összekapcsolnunk, hanem az Délnyugat-Erdélyi-középhegység (Hegyes-hegység) mélységi magmás kőzetein végzett vizsgálatainknak köszönhetően, a perm időszakban képződött valamennyi vulkáni és mélységi magmás kőzetet a Nyugat-Mecsektől az Erdélyi-középhegységig sikerült egy közös, kiterjedt permi magmás rendszerben elhelyeznünk. Az idős kora, a kőzeteket ért későbbi lemezmozgások és jelentős erőhatások, például az Alpok vagy a Kárpátok hegységképződése ellenére is jól megőrződött és magmás kőzettani szempontból nagy spektrumot lefedő rendszer térségünkben gyakorlatilag egyedülállónak nevezhető és világszinten is igen ritkának számít” – hangsúlyozta dr. Szemerédi Máté a kutatás kapcsán.
Az SZTE Ásványtani, Geokémiai és Kőzettani Tanszék „Vulcano” Kőzettani és Geokémiai Kutatócsoport másik kiemelt témája a Keleti-Kárpátokban, a Gyergyói-havasokban található triász korú (körülbelül 225–240 millió éves) magmás test (fosszilis magmatározó), az úgynevezett Ditrói Alkáli Masszívum egykori magmatározó folyamatainak (magma forrása, magmaképződés mélysége és kora, magmák keveredése, a környező kőzetek beolvasztása stb.) a rekonstruálása. Munkájuk szorosan összekapcsolódik a Harangi Szabolcs vezette MTA-ELTE Vulkanológiai Kutatócsoporttal (MTA-ELTE VKCS) az idős magmás folyamatok kutatásában is, illetve munkájukkal az MTA-ELTE VKCS kutatásait is segítik, amelyek jóval fiatalabb (néhány 10.000 éves) akár még a vulkáni aktivitás lehetőségét is magában hordozó rendszerek megismerésére irányulnak (például Csomád, Keleti-Kárpátok; Mammoth-hegység, Kalifornia).
A kőzetkémiai és geokronológiai vizsgálatokat a kutatók kiterjesztették a Kárpát–Pannon-térség hasonló képződményeire, például az Erdélyi-középhegységre és a Papukra, ahol sikerült rokonságokat feltárniuk a kőzetek képződését illetően. Az általuk végzett projekt jelentőségét aláhúzza az a tény, hogy a kutatási területen jelenleg is szénhidrogén-kutatás, illetve geotermikus projektek zajlanak, miközben a földtani háttérismeretek a 20. század második felében készített, többnyire elavult, archív nyersanyagkutatási jelentésekhez kapcsolódnak. Úgy vélik, hogy az ehhez hasonló területekről a modern kőzettani, geokémiai és geokronológiai eredményeken alapuló, naprakész földtani ismeretek biztosítása a mindenkori hazai szakma feladata, amelyet kutatásukban meg szeretnének valósítani. Eredményeik az alkalmazott kutatásokat is segíteni fogják.
A pannon-medencei permi vulkanizmus feltárása nagymértékben segített megérteni, hogy milyen folyamatok zajlanak a felszínen és a felszín alatt egy kontinentális kőzetlemez szétszakadásához kapcsolódó, aktív lemeztektonikai környezetben napjainkban. Ilyen környezetet ma hozzánk legközelebb a Kelet-Afrikai-árokrendszerben találunk. És bár ide a tudomány képviselőinek nincs is lehetősége eljutni, dél-olaszországi (Nápolyi-öböl, Etna, Lipari-szigetek) vulkanológiai kirándulásokat az egyetem szabadon választható kurzusaként rendszeresen szerveznek.