Az elmúlt három évtizedben nagyon részletes földtani kutatásokat végeztek a Pannon-medence központi részén, elsősorban a Balaton-felvidéken, ahol a vékony litoszféra felszínét a hajdani vulkáni tevékenység alakította a mai formájára. E kutatások részeként húsz évvel ezelőtt kezdődött az itt található kőzetekben lévő fluidumzárványok kutatása. A fluidum kifejezés itt nemcsak folyékony halmazállapotú anyagokat jelent, hanem gázokat is, amelyeket magába zárt a szilárd kőzet. E fluidumokat elsősorban szén-, oxigén-, hidrogén-, nitrogén- és kénatomok alkotják. E folyadékok vagy gázok akkor szűrődnek a kőzetbe, amikor az ásvány növekszik vagy időlegesen megreped.

Berkesi Márta Fotó: epss.hu

„Azt látjuk, hogy a kőzetekbe zárt fluidumok összetételét erősen befolyásolja a litoszférában hozzáférhető összetevők koncentrációja. Viszont találtunk olyan geofizikai anomáliákat is, amelyeket eddig nem tudtunk megmagyarázni – mondja Berkesi Márta, a fluidumvándorlások vizsgálatával foglalkozó, most alakult Lendület-kutatócsoport vezetője. – A legfrissebb kutatások eredményei alapján arra következtethetünk, hogy e geofizikai anomáliákhoz a kőzetekbe zárt fluidumoknak lehet közük.”

A kísérleti technika fejlődése mára lehetővé tette, hogy megvizsgálják e néhány mikron (a milliméter ezredrésze) átmérőjű fluidumcseppecskéket, és akár izotóp-összetételüket is felderítsék. Ezáltal meghatározhatják a bennük lévő anyagok eredetét. Az összetevők közül az elmúlt néhány évben a földtani eredetű szén-dioxid fluxusa keltette a legnagyobb tudományos érdeklődést. Az atmoszférába jutó szén-dioxid bizonyos (pontosan nem ismert) hányada a föld mélyéből származik, és a klasszikus vélekedés szerint a vulkanikus tevékenységhez köthető. Berkesi Márta szerint valóban jelentős a vulkanikus eredetű szén-dioxid-fluxus mértéke, de eközben a repedések mentén a litoszféra mélyebb rétegeiből is szivárog a szén-dioxid, ami nem köthető közvetlenül a vulkanikus aktivitáshoz.

E szén-dioxid-fluxust sokféle földtani folyamat, például a szeizmicitás is befolyásolja, de a kutatóknak eddig nem sikerült pontosan meghatározniuk az intenzitását. „Ahogy rendkívül fontos megismernünk az iparból és az egyéb emberi tevékenységekből származó atmoszférikus szén-dioxid mennyiségét, úgy

a földtani tevékenységből származó szén-dioxidot is kutatnunk kell, hogy kiderüjön, a szén-dioxid-koncentráció mekkora részére van ráhatásunk

– érvel Berkesi Márta. – A Lendület-kutatások révén azt igyekszünk megérteni a fluidzárványok kutatása által, hogy a szén-dioxid hogyan törekszik felfelé a kőzetekben.”

Ehhez különböző mélységekből származó kőzetekben lévő fluidumzárványokat fognak vizsgálni. Megállapítják az izotóp-összetételüket, és modellezik azt, hogy a bennük csapdába ejtett szén-dioxid hogyan jutott fel több tíz kilométeres mélységből a sekély litoszférarétegekbe vagy akár az atmoszférába. A feltárt mechanizmusokat ezután tesztelni is fogják a Balaton-felvidéken, a badacsonytördemici integrált geodinamikai kutatóállomáson.

A zárványok vizsgálatához szükséges mintákat alkáli bazaltokban található, de a mélyebb litoszférából származó kőzetekből veszik Badacsony, Szigliget, Tihany, Szentbékkálla térségéből. E bazaltok a litoszféránál mélyebben fekvő asztenoszférából származnak. Innen e kőzetek rendkívül gyors, szinte pillanatok alatt lezajlódó folyamat révén kerültek a felszín közelébe, geológiai értelemben nem olyan régen: 8–2 millió évvel ezelőtt. A feltételezések szerint e felső köpenyből, valamint az alsó, középső és felső kéregből származó kőzeteket a gyorsan (néhány óra vagy nap alatt) a felszínre jutó bazaltos vulkanizmus szállította a felszínre.

„A zárványok fluidumtartalmának szobahőmérsékleten és légköri nyomáson jellemző halmazállapota attól függ, hogy annak idején milyen hőmérsékleten és milyen nyomáson csapdázódtak – folytatja a kutatócsoport-vezető. – A litoszféra mélyebb rétegeiből származó zárványok esetében a fluidumok tényleg folyadékok, még a szén-dioxid is, hiába illékony gáz. A bezáró kőzet tartja a hajdani nyomást. Azok a fluidumok, amelyek kisebb nyomás (kisebb mélység) mellett csapdázódtak, jellemzően gáz halmazállapotúak. Mi a teljes spektrumot vizsgálni fogjuk.”

A legjobban vizsgálható zárványok átmérője nagyjából 1–15 mikrométer. Vannak ennél jóval nagyobb (20–50 mikrométeres) zárványok is, de ezek hajlamosak megrepedni annak a megrázkódtatásnak a hatására, hogy a kőzet több tíz kilométeres mélységből néhány óra alatt jön fel a felszín közelébe. A fluidumok feljövetelét egyszerre több hatás segíti. Előfordul, hogy a mélyebb rétegekben olyan sok szén-dioxid akkumulálódik, hogy egészen nagy lesz a nyomás, és ez megrepeszti a kőzetet. Emellett a szén-dioxid kémiai reakcióba léphet az ásványokkal, általában szilikátokkal, így karbonátok jöhetnek létre. A reakciók következtében rendszerint lecsökken az ott lévő kőzetegység térfogata, vagyis rés alakul ki körülötte.

A nagyobb mélységekben inkább képlékeny deformációk történnek a kőzetben, a sekélyebb rétegekben viszont már a töréses deformációk a jellemzők. Ezáltal vetők alakulnak ki. Éppen azért választották a Balaton-felvidéket a kutatás helyszíneként, mert tudott, hogy e régióban a mélységi vetők elérnek a litoszféra mélyebb rétegeiig is. „A zárványok mellett itt a földtani környezet is azt sugallja, hogy a szén-dioxid képes lehet feljönni egészen a felszínig. Nagy szerencsénk van, hogy rendelkezünk ezzel a természetes laboratóriummal” – mondja Berkesi Márta.

A kutató azt reméli, hogy a vizsgálatok hozzájárulnak majd ahhoz, hogy

jobban megértsük, hogy a földtani eredetű szén-dioxid milyen szerepet játszik az atmoszférikus szén-dioxid-koncentráció kialakulásában.

Jelenleg nagyságrendi különbségek vannak az e szerep mértékéről közölt becslések között, így Berkesi Márta szerint egyelőre nem lehet erről megalapozott kijelentéseket tenni. Annyira új ez a kutatási terület, hogy nagy a bizonytalanság a jelenség intenzitását illetően. Az viszont egyértelmű, hogy ettől a kutatástól függetlenül alapvető fontosságú az emberi tevékenységből eredő légköri szén-dioxid emissziójának csökkentése.