A multy-proxy study of red clays from the Carpathian Basin: implications for provenance, sedimentary processes and age, and late Cenozoic climate and environmental changes  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
120213
Type K
Principal investigator Kovács, János
Title in Hungarian Kárpát-medencei vörösagyagok többoldalú vizsgálata a származási környezet, az üledékképződés és kora, a késő-kainozoos klíma- és őskörnyezeti változások vonatkozásában
Title in English A multy-proxy study of red clays from the Carpathian Basin: implications for provenance, sedimentary processes and age, and late Cenozoic climate and environmental changes
Keywords in Hungarian üledékképződés, stabilizotóp-geokémia, ásványtan, korhatározás, őskörnyezet
Keywords in English sedimentology, stable isotope geochemistry, mineralogy, geochronology, paleoenvironment
Discipline
Geology, Tectonics, Vulcanology (Council of Complex Environmental Sciences)70 %
Ortelius classification: Geology
Mineralogy, Petrology (Council of Complex Environmental Sciences)20 %
Ortelius classification: Mineralogy
Paleontology, Historical Geology (Council of Complex Environmental Sciences)10 %
Ortelius classification: Paleontology
Panel Earth sciences 1
Department or equivalent Institute of Geography and Earth Sciences (University of Pécs)
Participants Sebe, Krisztina
Újvári, Gábor
Varga, György
Starting date 2016-12-01
Closing date 2022-11-30
Funding (in million HUF) 28.845
FTE (full time equivalent) 3.89
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 vörösagyagok a plio/pleisztocén klíma- és környezeti változások értelmezése miatt, azok származási környezete pedig ősföldrajzi-őskörnyezeti szempontok miatt van a mai kutatások homlokterében. A kutatás során a Kárpát-medencéből az eddig vizsgált üledékeken és területeken túl további Közép-európai feltárásokból szeretnénk mintákat venni. Fontos ezek részletes ásványtani vizsgálata, mely alapján tovább pontosítható az eltérő ásványparagenezisű agyagok elkülönítése. A mintavételezés kiterjed az erős vas-ásványos felhalmozódási horizontokra ami a pedogén eredetű goethitek vizsgálatára ad lehetőséget. A geokémiai elemzések szempontjából fontosak a teljes rétegsorok (fekü- és fedőképződmények) a származási hely és a lepusztulási terület (provenance) meghatározása céljából. A projekt legfontosabb vonulata a paleotalajok (vörösagyagok) pontos korának meghatározása (U-Th/He és ESR korhatározás), amire a korábbiakban még nem volt példa, főként a korolást lehetetlenné tévő, megfelelő datálási célanyagok és módszerek hiányában. A datálással nem csak az üledék korát, hanem a hasadékkitöltés idejét, így a hasadék létrejöttét, magát a tektonikai esemény időbeliségét is megadhatjuk. Ez utóbbi különösen izgalmas lehet, mert ilyen adatok a vizsgált időszakra (késő-miocén/pliocén) kevésbé állnak rendelkezésre.

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.
Választ szeretnénk kapni arra, hogy milyen földtani folyamatok során és hogyan képződhetett a vörösagyag Közép-Európa ezen részén? A legfontosabb kérdés az, hogy milyen korúak az agyagok és milyen korúak a repedések, melyeket kitölt.
Az eolikus eredetű lösz képződmények lehordási területe nagyjából ismert. Vajon ugyanaz a lehordási terület a vörösagyagok szempontjából is vagy teljesen más eredetű? Ebből a lehordási- és üledékfelhalmozási folyamatok térbeliségére szeretnénk támpontokat kapni.
Milyen volt az őskörnyezet (paleoklíma) az üledék képződés során?

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!
A kutatás jelentősége nemzetközi szintű újdonságokkal kecsegtet. Az itt elsőként alkalmazandó ESR és goethit (U-Th)/He korolási módszerek új irányt nyithatnak a kárpát-medencei tektonikus események korának meghatározásában. A kutatás többi iránya ugyanakkor pontosítja a vizsgált régió paleoklimatológiai és őskörnyezeti folyamatairól alkotott eddigi ismereteinket. Mind az izotópos, mind pedig az ásványtani vizsgálatok érdeklődésre tarthatnak számot az anyagtudományok és kémiatudományok területén. Az agyagásványok ismerete főleg a mérnök geológiában lehet fontos a földcsuszamlások értékelésében, amelyek sok esetben vörösagyagon alakulnak ki a Duna-mentén. A kutatási témában a kínai szakemberek (Institute of Geology and Geophysics, CAS) lehetnek versenytársak.

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 elmúlt ötmillió évének éghajlata több egymással ellentétes jellegű hosszú távú klímaciklussal jellemezhető; száraz-meleg, csapadékos-meleg, majd a jégkorszakban hideg-száraz és melegebb-nedves szakaszok váltakozása határozta meg a térség éghajlati jellegét. A pliocén során (5-3 millió évvel ezelőtt) jobbára a mainál melegebb és részben csapadékosabb klíma uralkodott. Ebben az időben, a szárazabb szakaszokban főleg a szél szállította üledékek voltak dominánsak, melyek nagy vastagságban halmozódtak fel. Ezek a csapadékos-meleg szakaszokban erőteljes málláson estek át és agyagos üledékekké formálódtak. Ezek a vörös színű üledékek sok helyen aztán áthalmozódtak és különböző üregeket, repedéseket töltöttek ki a felszínen, majd ezekbe különböző emlős őslénymaradványok keveredtek. Ezeknek a vörös üledékeknek a pontos kora még tisztázatlan. A kutatás főleg arra irányul, hogy ezek az üledékek mikor és hogyan alakultak ki. A kutatásban, ezen a területen még kevésbe, vagy egyáltalán nem használt módszerekkel igyekszünk feltárni az üledékképződés korát és őskörnyezetét. A legfontosabb eredmény a pontos korhoz kötött paleohőmérséklet és a paleocsapadék meghatározása, számszerűsítése. Járulékos eredmény a paleovegetáció megismerése. Az ilyen jellegű kutatásoknak mindig nehéz megjósolni a felhasználási módját és területét társadalmi szempontból. Mind az izotópos, mind pedig az ásványtani vizsgálatok érdeklődésre tarthatnak számot az anyagtudományok és kémiatudományok terén. Az agyagásványok ismerete főleg a mérnök geológiában lehet fontos a földcsuszamlások értékelésében, melyek gyakran előfordulnak a Duna-mentén, főként vörösagyag rétegekhez kötődően.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The study of Plio/Pleistocene red clays (paleosols) has always been a major topic of investigation in the scientific community. We would like to find further data regarding these Neogene/Quaternary time-period (dating for the first time!, paleoenvironmental reconstruction). Sources and dispersal patterns of red clay sediments in the Carpathian Basin are going to be constrained by detrital zircon U-Pb dating. Chronometric proxies developed for use with soils and paleosols can provide high-resolution temporal constraints relevant to processes in terrestrial paleoenvironments. With the dating of fissure-filling red clays, some of which accumulated in tectonically controlled fissures, it will be possible to give age estimates for the tectonic events and stress fields producing the fissure systems. This is important it is extremely difficult to date structural events in this time interval, which is dominated by denudation, consequently, sin-tectonic sediments are very scarce. The project will provide some major advances in late Neogene–Quaternary geochronology paleoclimatology and peleoenvironmental reconstruction. The international significance of this study ensures that its impacts will extend far beyond the simple fact of dating several geological sites. The new ESR and (U-Th)/He dating results will contribute to improve our knowledge of the paleosol formation in this area. (U-Th)/He dating of goethite minerals has enormous potential for investigating the geochronology of the red clay/paleosol, with long term benefits to researchers, students, concerned with problems of paleosol evolution, tectonics and palaeoclimatology in the Carpathian Basin and elsewhere.

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.
What kinds of geological processes are responsible for the production of the silt required to form the thick and widespread eolian deposits during the Late Neogene and Quaternary?
Though an eolian origin of the Quaternary loess–soil successions and the red clay has been proposed, it is still not clear: is the provenance of the Quaternary loess different from that of the red clay?
What is the age of this type of sediment?
What is the age estimates for the tectonic events and stress fields producing the fissure systems?
What was the climate during the weathering of red clay?

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.
Paleosols – soils incorporated into the stratigraphic record – have received increasing attention in geological research over the past several decades. As a result, paleosols are an important resource for terrestrial environmental and climatic reconstructions. The project will provide some major advances in late Neogene–Quaternary geochronology paleoclimatology and peleoenvironmental reconstruction. The international significance of this study ensures that its impacts will extend far beyond the simple fact of dating several geological sites. For society it brings only information for engineering geological aspect as clay material. Another potential media could be materials science and chemistry. Chinese geoscientists are the only potential competitors in this field of research.

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.
Reddish palaeosols are common in Pleistocene loess–paleosol sequences throughout Central and SE Europe and East and Central Asia, as well as throughout the geological record. Thus, color alone may not be diagnostic of paleosol climate. Different data imply a warmer and possibly wetter habitat of open vegetation for the Pliocene in the region compared to that of today. There is a controversy about the age and formation of red clays proper, which are younger than Upper Miocene and superimpose them in the Carpathian Basin. The age of red clays cannot be identified exactly by radiometric and paleomagnetic measurements. This cutting-edge research project will try new methods for the age determination and paleoenvironmental reconstruction of the red clays and paleosols in the Carpathian Basin. Our history is preserved in archives. For climate data, we can even rely on written records from the past 200 years. However, when going back further in time, we need to rely on geological archives.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Új eredményeink alapvető fontosságúak az eolikus üledékképződési és kémiai mállási folyamatok megértéséhez medence környezetében. Az eredmények fontosak ahhoz, hogy betekintést nyerjünk a vörös agyagok szerkezetébe és képződési mechanizmusaiba. A projekt jelentős előrelépést jelent a késő neogén-negyedidőszaki geokronológia, a paleoklimatológia és a paleokörnyezeti rekonstrukció terén. A projekt minden szempontból sikeres volt. A komplex ásványtani, petrológiai, geokémiai és korbecslési vizsgálatok eredményeként (1) egyértelműen kimutattuk, hogy a vörös agyagok két típusa különböztethető meg, (2) a stabil izotóp-geokémiai eredmények integrált értelmezése rámutatott, hogy ezek az adatok jó összhangban vannak a főemlősök fogzománcának stabil izotópos adatainak paleo-éghajlati értékeivel, (3) a szemcseméret-eloszlási vizsgálatokkal kimutattuk, hogy a vörös agyagok egy része (különösen a pleisztocénben), a löszhöz hasonlóan, szélszállította porból rakódott le, (4) körülhatároltuk a vörös agyag domináns forrásterületét, (5) az agyagban képződött goethit pizolitok sok információt szolgáltatnak az agyag/iszap üledék paleokörnyezetéről, genetikájáról, (6) új adatokat szolgáltattunk a vörös agyagok kormeghatározásához a goethit (U-Th)/He kormeghatározási módszerrel, (7) néhány vas pizolit repedéseiben wavellit, crandallit és cacoxenit mikrokristályait fedeztük fel, ami tovább segítette a paleokörnyezeti rekonstrukció pontosítását.
Results in English
Our new results are of fundamental interest for understanding the eolian sedimentary process alongside chemical weathering in basin environment. The findings are relevant for getting insights into the structure and formation mechanisms of red clays. The project provides some major advances in late Neogene–Quaternary geochronology, paleoclimatology, and peleoenvironmental reconstruction. The project was successful in all aspects. As a result of the complex mineralogical, petrological, geochemical, and age estimation investigations we (1) have clearly demonstrated that two types of red clay can be distinguished, (2) an integrated interpretation of the stable isotope-geochemical results have shown that these data are in good agreement with the climatic evaluations of the paleontological stable isotope data of the primate tooth enamel, (3) demonstrated by particle size distribution studies that some of the red clay (especially in the Pleistocene), like the loess, was deposited from wind-blown dust, (4) have delimited the dominant source area of the red clay, (5) the goethite pisolites formed in the clay provides a lot of information on the paleoenvironment, the genetics of the clay/silt sediment, (6) provided new data for the age determination of red clays using the goethite (U-Th)/He dating method, (7) discovered microcrystals of wavellite, crandallite, and cacoxenite in cracks of some iron pisolites.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=120213
Decision
Yes





 

List of publications

  
Kovács J, Szabó P: Milyen információkat rejt a fosszilis csont geokémiája, In: Virág A, Bosnakoff M (szerk.) (szerk.) 20. Magyar Őslénytani Vándorgyűlés: Program, előadáskivonatok, kirándulásvezető. Budapest: Magyarhoni Földtani Társulat, 2017. pp. ., 2017
Kovács J, Újvári G, Varga Gy, Farics É, Dezső J, Sabol M: Eolian fissure filling sediments of karstified limestones in the Carpathian Basin, In: [s.n.] (szerk.) (szerk.) 33rd International Meeting of Sedimentology, Abstract book. Toulouse: [s. n.], 2017. pp. 473., 2017
Szabó Péter: Pliocén–kora-pleisztocén környezeti és klíma rekonstrukció nagyemlős fogak stabilizotóp mérései alapján (Közép- és Dél-Európában), PTE TTK, 2018
Kovács J, Újvári G, Varga Gy, Sebe K, Szabó P: Airborne fissure fillings of karstified limestones in the Carpathian Basin, In: Faust D (szerk.) (szerk.) International Symposium on Eolian Dynamics, Paleosols and Environmental Change in Drylands . La Oliva, Spanyolország, 2017.03.13-2017.03.16. Kiadvány: Hamburg: Technical University Dresden, 2017. pp. 19, 2017
Kovács János, Czigány Szabolcs: Soils and Weathering, In: Noel Castree, Michael F. Goodchild, Audrey Kobayashi, Weidong Liu, Richard A. Marston (szerk.) (szerk.) International Encyclopedia of Geography: People, the Earth, Environment and Technology. Chichester; Hoboken: John Wiley and Sons, Ltd., 2017. pp. on-line., 2017
Szabó P, Kocsis L, Vennemann T, Pandolfi L, Kovács J, Martinetto E, Demény A: Pliocene–Early Pleistocene climatic trends in the Italian Peninsula based on stable oxygen and carbon isotope compositions of rhinoceros and gomphothere tooth enamel, QUATERNARY SCI REV 157: 52-65, 2017
Kovács J,Bonifacio J F,Cabral de Menezes P L,Varga Gy: FAR AWAY, SO CLOSE: SIMILARITIES BETWEEN THE PLIO-PLEISTOCENE TERRESTRIAL AEOLIAN DUST DEPOSITS IN CENTRAL EUROPE AND SOUTH AMERICA, AROTEC, 2018
Kovács J.,Újvári G.,Varga Gy.,Seelos K.,Farics É.,Bonifacio J.F.,Cabral de Menezes P.L.: EOLIAN SEDIMENTARY PROCESSES OF PLIO-PLEISTOCENE AGE IDENTIFIED ON PALEO-KARST SURFACES FROM THE CARPATHIAN BASIN, , 2018
Szabó P,Kovács J,Kocsis L,Vennemann T: Pliocene paleoenvironmental reconstruction in Carpathian–Balkan region based on stable isotope compositions of mammal teeth, GEOLOGICA BALCANICA 47: (2) pp. 38-null., 2018
Varga Gy,Kovács J,Szalai Z,Cserháti C,Újvári G: Granulometric characterization of paleosols in loess series by automated static image analysis, SEDIMENTARY GEOLOGY 370: pp. 1-14., 2018
Varga Gy,Újvári G,Kovács J: Loess-paleosol grain size populations: what are the causes of complex grain size distribution curves?, GEOPHYSICAL RESEARCH ABSTRACTS 20:, 2018
Kovács J, Németh K, Szabó P, Kocsis L, Kereszturi G, Újvári G, Vennemann T: Volcanism and paleoenvironment of the pula maar complex: A pliocene terrestrial fossil site in Central Europe (Hungary), PALAEOGEOGRAPHY PALAEOCLIMATOLOGY PALAEOECOLOGY 537: p. 109398., 2020
Kiss G., Túri M., Futó I., Kovács J., Szabó P., Palcsu L.: Oxygen isotope ratio measurements on bioapatite samples prepared from mammal tissues: method development at ICER Centre, GEOPHYSICAL RESEARCH ABSTRACTS 21: EGU2019-8626, 2019
Kovács J., Szabó P., Kocsis L., Vennemann T., Újvári G.: Stable isotopic composition of large mammal skeletal remains from South and Central Europe: implications for Pliocene/Early Pleistocene paleoclimate., In: 20th Congress of the International Union for Quaternary Research (INQUA), (2019) O-4070, 2019
Varga G, Újvári G, Kovács J: Interpretation of sedimentary (sub)populations extracted from grain size distributions of Central European loess-paleosol series, QUATERNARY INTERNATIONAL 502: (Part A) pp. 60-70., 2019
Varga Gy, Gresina F, Kovács J, Szalai Z: How reliable are granulometric proxies in paleoenvironmental studies?, , 2019
Varga Gy, Gresina F, Újvári G, Kovács J, Szalai Z: On the reliability and comparability of laser diffraction grain size measurements of paleosols in loess records, SEDIMENTARY GEOLOGY 389: pp. 42-53., 2019
Kovács J, Farics É, Szabó P, Sajó I: Fe-Al Phosphate Microcrystals in Pedogenic Goethite Pisoliths, MINERALS 10: (4) 357, 2020
Kovács J, Gammoudi N, Kovács A, Varga Gy: Saharan dust events in the Carpathian Basin (Central Europe) in 2018: provenance analyses by granulometry, XRD and SEM methods, In: Montanari, A; Buiter, S (szerk.) EGU2020: Sharing Geoscience Online (#shareEGU20), (2020) EGU2020-10111, 2020
Kovács J, Németh K, Szabó P, Kocsis L, Kereszturi G, Újvári G, Vennemann T: Volcanism and paleoenvironment of the pula maar complex: A pliocene terrestrial fossil site in Central Europe (Hungary), PALAEOGEOGRAPHY PALAEOCLIMATOLOGY PALAEOECOLOGY 537: 109398, 2020
Kovács J, Újvári G, Varga Gy, Seelos K, Szabó P, Dezső J, Gammoudi N: Plio-Pleistocene dust traps on paleokarst surfaces: a case study from the Carpathian Basin, FRONTIERS IN EARTH SCIENCE 8: 189, 2020
Varga Gy, Gammoudi N, Kovács J: 40-years of Saharan dust events in the Carpathian Basin: background, frequency, intensity, changing patterns, In: Montanari, A; Buiter, S (szerk.) EGU2020: Sharing Geoscience Online (#shareEGU20), (2020) EGU2020-20517, 2020
Gammoudi Nadia, Kovács János, Varga György: Source apportionment simulation of wind-blown Saharan dust over Central Europe using HYSPLIT model, In: DUST 2021, Digilabs (2021) p. 24., 2021
Varga Gy, Gresina F, Szalai Z, Kovács J: Saharan dust addition to interglacial paleosols of Central European loess-sequences, In: Bábek, O (szerk.) 35th IAS Meeting of Sedimentology, (2021) 931, 2021
Varga Gy, Roettig Ch-B, Dagsson-Waldhauserova P, Gresina F, Rostási Á, Kovács J: Identification and granulometric characterization of (giant) Saharan dust in sedimentary units, In: Goldschmidt 2021 virtual, (2021) 8287, 2021
Kovács J, Újvári G, Varga Gy, Seelos K, Szabó P, Dezső J, Gammoudi N: Plio-Pleistocene dust traps on paleokarst surfaces: a case study from the Carpathian Basin, FRONTIERS IN EARTH SCIENCE 8: 189, 2020
Varga Gy, Gresina F, Újvári G, Kovács J, Szalai Z: On the reliability and comparability of laser diffraction grain size measurements of paleosols in loess records, SEDIMENTARY GEOLOGY 389: pp. 42-53., 2019
Varga Gy, Gresina F, Szalai Z, Kovács J: Saharan dust addition to interglacial paleosols of Central European loess-sequences, In: Bábek, O (szerk.) 35th IAS Meeting of Sedimentology, (2021) 931, 2021
Kovács A, Varga Gy, Gammoudi N, Kovács J: Granulometric, mineralogical, and HYSPLIT analysis of siliciclastic sediments derived from Sahara, In: Chenchouni, Haroun; Chaminé, Helder I.; Khan, Md Firoz; Merkel, Broder J.; Zhang, Zhihua; Li, Peiyue; Kallel, Amjad; Khélifi, Nabil (szerk.) New Prospects in Environmental Geosciences and Hydrogeosciences, Springer International Publishing (2022) pp. 61-63., 2022
Kovács J, Újvári G, Varga Gy: A paleosol-based proxy: pedogenic goethite pisoliths, In: Geomorphology and Global Change - 10th International Conference on Geomorphology, (2022) ICG2022-521, 2022
Laksono Fx Anjar Tri, Widagdo Asmoro, Aditama Maulana Rizki, Fauzan Muhammad Rifky, Kovács János: Tsunami Hazard Zone and Multiple Scenarios of Tsunami Evacuation Route at Jetis Beach, Cilacap Regency, Indonesia, SUSTAINABILITY 14: (5) 2726, 2022
Szabó P, Kovács J, Kocsis L, Vennemann T, Domingo L, Újvári G, Halmai Á, Pirkhoffer E, Codrea V: Pliocene - Early Pleistocene continental climate and vegetation in Europe based on stable isotope compositions of mammal tooth enamel, QUATERNARY SCIENCE REVIEWS 288: 107572, 2022



Back »