 |
The role of dust storms and aeolian dust deposition in the formation of Central European red clays and red paleosoils in loess sequences
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
108708 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Varga, György |
| Title in Hungarian |
A porviharok és hullóporos szedimentáció szerepe a közép-európai vörösagyagok és a löszsorozatokat tagoló vörös paleotalajok kialakulásában |
| Title in English |
The role of dust storms and aeolian dust deposition in the formation of Central European red clays and red paleosoils in loess sequences |
| Keywords in Hungarian |
hullóporos eredetű üledékek; lösz; vörösagyag; plio-pleisztocén; paleoklíma |
| Keywords in English |
aeolian dust deposits; loess; red clay; Plio-Pleistocene; paleoclimate |
| Discipline |
| Physical geography (Council of Complex Environmental Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Geography |
|
| Panel |
Earth sciences 2 |
| Department or equivalent |
Geographical Institute (Research Centre for Astronomy and Earth Sciences) |
| Starting date |
2013-09-01 |
| Closing date |
2016-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
9.732 |
| FTE (full time equivalent) |
2.49 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A tervezett kutatás célja a porviharok és a hullóporos szedimentáció vörösagyagok és löszöket tagoló vörös paleotalajok kialakulásában játszott szerepének a vizsgálata. A Kárpát-medence területének csaknem felét borító, nagyvastagságú lösz-paleotalaj sorozatok – feküjükben gyakran vörösagyaggal – a térség elmúlt 3–3,5 millió évében bekövetkezett paleoklimatológiai és őskörnyezeti változásainak egyedülálló archívumai. A késő- és részben a középső-pleisztocén löszsorozatokat tagoló sztyep-, erdőssztyep- és barna erdőtalajok más típusú talajképződési folyamatokhoz köthetőek, mint az idősebb vörös, mediterrán-jellegű paleotalajok. Előbbiek a feküjükben található löszből képződtek, míg a vörös talajok kialakulásában hullópor szerepe, az előzetes vizsgálatok alapján, jelentősebb volt; hasonlóan egyes vörösagyagokhoz.
A kutatás keretében a Kárpát-medence területéről begyűjtött vörösagyag-lösz-paleotalaj, valamint a Földközi-tenger térségéből (pl. Isztria) származó, részben szaharai porból képződött „terra rossa” minták lézeres szemcseeloszlás (granulometriai profil alapján szedimentáció módjának meghatározása), mágneses-szuszceptibilitás (környezeti változások, réteghatárok elkülönítése), pásztázó elektronmikroszkópos (mikromorfológia, szemcsék szállítása), geokémiai és agyagásványtani (származás, környezet) vizsgálataival elemezném a képződmények alapanyagának származását, figyelembe véve a paleocirkulációs adatokat is. Mindezen adatok és a rétegtani elemzések révén a paleoklimatológiai és őskörnyezeti rekonstrukciók (pl. klímafüggvények, légköri porkoncentráció) korábbi – interglaciálisok során, hullóporos szedimentációval nem számoló – eredményeit pontosítanám.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A kutatás keretében vizsgálnám, hogy a meleg-nedves klímaszakaszokban milyen mértékű lehetett a porhullások intenzitása, melyek során a talaj már nem a fekü képződményekből alakult ki, hanem a felhalmozódó poranyag szingenetikus talajosodásával képződött. Milyen hasonlóságai vannak a Mediterrán-térség, részben szaharai porból képződött „terra rossáinak” képződése és a Kárpát-medence vörös paleotalajainak kialakulása között?
Vizsgálnám, hogy a jelenkori hullóporos események megfigyelései során azonosított kétfajta eolikus szedimentáció típus (epizodikus porviharok és állandó háttérpor) poranyaga hogyan, milyen arányokban jelenik meg a különböző képződményekben. A polimodális szemcseeloszlás-görbék matematikai-statisztikai módszerekkel történő felbontásával és a minták üledékpopulációinak tényleges elkülönítésével, külön-külön elemezhetővé válnának a helyi, rövid szállítási idővel rendelkező durvább szemcsék és a távoli, hosszú szállítási periódusú finomfrakciók, lehetőséget teremtve származási kérdések tisztázására. A minták agyag és finom-kőzetliszt méretű szemcséinek detritális és másodlagos származásának kérdését a különböző korú és származási helyű finomszemcsés frakciók összehasonlító elemzése, valamint a recens porkifúvásos események megfigyelései alapján válaszolhatjuk meg.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Az interglaciálisok hullóporos szedimentációjának lehetősége számos további, új kérdést vet fel. A lösz-paleotalaj sorozatok esetében alapvető kiindulási pontnak számít napjainkban, hogy a löszök a glaciálisok során felhalmozódott poranyagból képződtek, míg a paleotalajok a feküből, gyenge mállási, talajosodási folyamatok által. Ha azonban az interglaciálisok idejében is megvolt a megfelelő mértékű porhullás, akkor a rétegtani értelmezéseket újra kell gondolni. Ha a talaj a löszből alakul át, akkor a löszképződés időszakának utolsó szakasza nem jelenik meg löszként a sorozatban. Azonban, ha a talaj alapanyaga a porhullások során halmozódik fel, és alakul át szingenetikusan, akkor a rétegsorban teljes egészében nyomon követhetők ezek a változások. Paleoklimatológiai rekonstrukciók szempontjából éppen a glaciális-interglaciális váltások, a glaciálisok végén bekövetkező gyors felmelegedések kérdését övezik napjainkban intenzív viták.
További vizsgálatokra érdemes a széles körben alkalmazott geokémiai klímafüggvények és mállási indexek által szolgáltatott hőmérsékleti- és csapadékértékek revideálása. A talajok képződésekor uralkodó viszonyok rekonstruálásakor a detritális és másodlagos üledékkomponensek közül az utóbbiak rendelkeznek releváns környezeti információkkal. Az esetleges hullóporos eredetű agyagásványok mennyiségének meghatározásával jelentős mértékben javíthatnánk mindezen számítások hibahatárain.
Az elmúlt két évtizedben a környezeti kutatások homlokterébe kerültek a szél által légkörbe jutatott, majd onnan kiülepedő ásványi porral kapcsolatos vizsgálatok. Az éghajlati rendszer aktív komponensei ezek az apró szemcsék, melyek közvetlenül (pl. besugárzás módosítás) és közvetve is (pl. „vastrágyázás”, felhőképződés) befolyással vannak környezetünkre, mégis viszonylag keveset tudunk ezekről a folyamatokról. A földtörténeti múlt egyes szakaszaiban a légköri por mennyiség a mai 1–2 milliárd tonnának a 15–20-szorosa is lehetett, alapvető szerepet játszhatott az éghajlati rendszerben.
Az interglaciálisok nagytávolságú porszállítású epizódjainak rekonstruálása és recens folyamatokkal történő összevetése révén a napjainkban zajló porkifúvásokban játszott antropogén befolyás mértékét ismerhetjük meg.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A Kárpát-medence területének csaknem felét borítja nagyvastagságú lösztakaró. Az egynemű fakó sárga kőzet alapanyagát a pleisztocén kori intenzív porviharok szállították és ülepítették le. A hideg-száraz éghajlat nem kedvezett a mállási folyamatoknak, így a felhalmozódott poranyagból lösz képződhetett. A meleg-nedves interglaciálisokban a löszréteg felső része talajosodott. Ezek a sötétebb sávok a későbbi glaciálisokban újra eltemetődtek és paleotalajként őrizték meg egykori melegebb klímaszakaszt. (A legismertebb hazai lösz-paleotalaj sorozatok a dunai magaspartok rétegsorai, pl. Dunaföldvár, Paks, Dunaszekcső.)
A felmelegedési időszakok nem voltak egységesen meleg-nedves időszakok; a különböző periódusokban különböző talajok képződésének kedveztek a feltételek. A fiatalabb löszökben található talajok sztyep-jellegűek, míg idősebb löszöket (idősebb, mint 650 ezer év) tagoló vörös paleotalajok kialakulása a mai Földközi-tenger térségének mediterrán klímájához hasonló feltételekhez kapcsolható. Ezek a vörös talajok már átmenetet képeznek a legidősebb löszök aljzatában található vörösagyagok irányába, melyek képződési környezete még melegebb, még nedvesebb volt.
A vörösagyagok és a vörös talajok előzetes vizsgálatai azt valószínűsítik, hogy ezeknek a képződményeknek képződésekor is jelentősek lehettek a porhullások, és a felhalmozódott poranyagból a leülepedés után talajok képződtek. Az alkalmazandó vizsgálati módszerekkel meghatározható az üledékanyag szállításának módja, származása és a leülepedéskor uralkodó éghajlat.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The aim of the proposed research is the investigation of role of dust storms and aeolian dust sedimentation in the formation of red clays and red paleosoils of loess sequences. Almost half of the Carpathian Basin is covered by thick loess-paleosoil series, generally underlain by red clays. These deposits provide information on the paleoclimatic and paleoenvironmental changes of the last 3–3.5 million years. The Late and partly, the Middle Pleistocene loess deposits are intercalated by steppe, forest-steppe and brown forest soils, while the older pedogene horizons are different kinds; these are red, Mediterranean-type soils. The younger soils were formed from the underlying loess deposits, while according to preliminary data, dust deposition could have played more dominant role during the formation of the older ones; similarly to certain types of red clays.
In the course of the proposed research, red clay-loess-paleosoil samples from the Carpathian Basin and Saharan dust-derived “terra rossae” from the Mediterranean (e.g. Istria, Croatia) would be investigated by grain-size (granulometric profile for sedimentation type), magnetic susceptibility (environment, startigraphy), scanning electron microscopy (micromorphology, transportation), geochemical and clay-mineralogical (provenance, environment) analyses to get more information on the origin of the deposits, with respect to paleocirculation data. By using these various types of data and stratigraphic survey, I would like to refine the results of previous paleoenvironmental reconstructions (e.g. climofunctions, aeolian dust concentration), which have not taken into account the possibility of interglacial dust deposition.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
In the course of the investigations, I would like to study the intensity of interglacial aeolian dust deposition, which could have been sufficient to syngentic, accretionary soil development even during the warm-moist periods. The similarities of Saharan dust-derived Mediterranean terra rossae and red paleosoils in the Carpathian Basin are also in the focus of this project.
I would like to determine the ratio of the two, distinct types of aeolian dust sedimentation mechanisms (discontinuous dust storms and almost persistent back-ground dust loads), which were identified during observations of recent dust depositional episodes in several samples. By mathematical-statistical partition of polymodal grain-size distribution curves and by the concrete separation of the sediment populations, the coarse particles from local sources transported by short suspension episodes and the fine-grained ones from large distances could be analysed separately, providing more information on the provenance. The question of detrital and secondary origin of clay and fine-silt sized particles can be answered by the comparison of sedimentary data of fine-grained populations from distinct sources and ages, and by the observations of recent dust intrusions.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The possibility of significant interglacial aeolian dust deposition is leading to several other questions. According to the classical assumption, the loess deposits have been formed from the depositing dust material, while the paleosoils developed from the underlying loess deposits by weak weathering processes. However, intensive interglacial dust accumulation claims a different kind of stratigraphic interpretation. In the first case, when the soils were formed from the underlying deposits, the last period of loess formation could not have been identified as loess in the sequence. In the second case, the soils form syngenetically from the falling dust, and all of the changes are represented in the stratigraphic column. From a paleocliamtic viewpoint, these glacial-interglacial shifts and abrupt warmings of glacial climax periods are one of the most interesting research topics.
The paleoprecipitation and paleotemperature data of the widely used geochemical climofunctions deserve also further reconsideration. The fine-grained populations of deposits are consisting of detrital and secondary particles; only the secondary ones provide relevant information on the environmental properties of the soil formation. By the assessment of the amount of detrital, windblown clay-minerals the result of these reconstructions could have be refined significantly.
Dust storms and related atmospheric mineral dust particles have been standing in the focus of environmental studies for the last two decades. Investigations confirmed that aeolian dust is an active component of the climate system, and can modify its elements via both direct (e.g. modifying the incoming solar irradiance and outgoing longwave radiation) and indirect (e.g. iron fertilization, cloud-formation); however our knowledge on these topics is still insufficient. In some periods of the Earth’s history the amount of atmospheric aeolian dust have increased by several orders of magnitude, compared to the present 1–2 billion of tons, and played substantial role in the climatic system.
By the comparison of reconstructed interglacial long-range dust transportation and recent observations, the anthropogenic responsibility for dust outbreaks can be evaluated.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Almost half of the area of the Carpathian Basin is covered by thick loess deposits. The pale yellow material has been accumulated by intensive Pleistocene dust storms. The cold-dry climate was not suitable for pedogenic processes, however during the moist and warm interglacial periods the upper part of the loess has been formed to soil. These dark layers were buried by dust during the next glacial phase, and archived the warm interglacial period as paleosoil. (The most famous Hungarian loess-paleosoil sequences are situated along the River Danube; e.g. the high-bluffs of Dunaföldvár, Paks, Dunaszekcső.)
The warming periods were not uniform, during different periods different types of soils have been formed. The younger loess deposits are intercalated by steppe-like soils, while the older (more than 650 kyr old), red paleosoils have been formed under a Mediterranean-like climatic regime. These old paleosoils have some similar properties to the red clay deposits, which are underlying the lowermost, oldest loess deposits and have been formed under a warmer and moister climate.
According to the preliminary data, aeolian dust played important role in the sedimentation during the formation of red clays and red paleosoils. By using different sedimentary and stratigraphic methods, the transportation-type and origin of soil’s material, and also the environment of their formation can be determined.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
