Natural and anthropogenic effects on mineral precipitation and deposition in Lake Balaton  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
121088
Type PD
Principal investigator Rostási, Ágnes
Title in Hungarian Az ásványképződést befolyásoló természetes és mesterséges tényezők hatása a Balatonban
Title in English Natural and anthropogenic effects on mineral precipitation and deposition in Lake Balaton
Keywords in Hungarian kalcit, dolomit, szmektit, befolyók, légköri ülepedés, biomineralizáció, Balaton
Keywords in English calcite, dolomite, smectite, tributaries, atmospheric deposition, biomineralization, Lake Balaton
Discipline
Mineralogy, Petrology (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Ortelius classification: Mineralogy
Panel Earth sciences 1
Department or equivalent Environmental Mineralogy Research Group (University of Pannonia)
Starting date 2016-10-01
Closing date 2021-03-31
Funding (in million HUF) 15.087
FTE (full time equivalent) 2.45
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 vízben végbemenő ásványosodási folyamatokra a földtani környezet geokémiai jellegzetességei hatnak, szabályozzák élő szervezetek, továbbá befolyásolhatja a természetes és antropogén eredetű allochton ásványszemcsék jelenléte. A Balaton különleges sajátosságai miatt egy édesvízi „karbonátgyár” kiváló példája. Kutatásunkban laboratóriumi kísérleteket végzünk a kalcit nukleáció, fotoszintetizáló mikroorganizmusok és az allochton ásványfázisok közötti összefüggések feltárása érdekében. A meghatározott feltételek mellett növekedő kalcit kristályok ásványtani és mikroszerkezeti változásait röntgen-pordiffrakciós és elektronmikroszkópos vizsgálatokkal követjük nyomon. A víz kémiai paramétereinek meghatározása és a beszállított ásványok, elsősorban a detritális kalcit és dolomit morfológiai vizsgálata (összetétel, részecskeméret és habitus) hozzájárulnak a vízgyűjtőterületről érkező ásványtársulások hatásbecsléséhez és a tavi üledékképződés jobb megértéséhez. Vizsgáljuk a különleges természeti eseményekből (pl: szaharai por) és antropogén forrásokból (pl: dolomitzúzalékkal borított utak, mezőgazdasági művelés) származó aeroszol részecskék összetételét és mennyiségét annak érdekében, hogy meghatározzuk a környező területekről és távoli forrásokból származó reszuszpendált, szél által szállított ásványok szerepét a tó mineralizációjában. Az eredmények összefoglalása és a lehordási terület geokémiai adatbázisával való összevetése után becsülhető a különböző források relatív hozzájárulása a Balaton ásványmérlegéhez.

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 tervezett kutatás fő kérdése az, hogy az algák fotoszintézise és a vízben jelenlévő, felületet biztosító ásványok (pl:szmektit) hogyan szabályozzák a kalcit nukleációt és mely tényezők befolyásolják a Balaton ásványosodási folyamatait. A kutatás három részterületet foglal magába. (1) Az ellenőrzött laboratóriumi körülmények között szimulált ásványképződés lehetőséget nyújt a kalcit kristálycsíraképződés tanulmányozására és a karbonát nukleáció, vízi élőlények és allochton ásványfajok közötti kapcsolat megértésére. (2) A kutatás javarészét a különböző forrásokból (lehordási terület, ásványkiválás a víztestben és a légköri leülepedés) származó ásványok azonosítására fordítjuk. Kutatásunk során célunk a beszállított ásványszemcsék jellegzetességeinek vizsgálata és mennyiségének meghatározása, különös tekintettel a fő befolyókból származó vízminták ülepítésével és szűrésével nyert aprószemcsés üledék detritális kalcit és dolomit hányadának jellemzésére (összetétel, szemcseméret és habitus). (3) A Balaton üledékképződésében a környező területekről és távoli forrásokból (pl: szaharai por) származó reszuszpendált, szél által szállított ásványok játszhatnak szerepet. A kutatás lehetőséget biztosít a tóba érkező ásványfázisok mennyiségének vizsgálatára, a különböző forrásokból származó leülepedő por ásványos összetételének jellemzésére és becsülhetővé válik a tavi ásványmérlegre gyakorolt hatásuk.

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 kalcit kialakulásával foglalkozó kísérlet és az egymáshoz hasonló karbonátfázisok eredetének (biogén vagy abiogén, beszállított vagy helyben képződő) tisztázása hozzájárul az ásványképződési folyamatok megértéséhez. A laboratóriumi kísérletek elvégzése lehetőséget biztosít az ásványképződés, az élő szervezetek és az allochton ásványfajok (zömében agyagok) közötti összefüggések feltárására. A kutatás során célunk a balatoni kalcitkristályok képződését és növekedését befolyásoló vagy szabályozó tényezők meghatározása. A dolomitosodott földtani környezetből származó ásványfázisok vizsgálatával értelmezhető válik az allochton elegyrészek balatoni ásványosodási folyamatokra gyakorolt hatása. A tóba érkező ásványfázisokról a befolyók által szuszpenzióban szállított ásványszemcsék és a légkörből kiülepedő részecskék tanulmányozásával nyerünk információt. A természetes forrásokból, speciális időjárási eseményekből és az emberi tevékenységből származó átülepített részecskék összetételi és mennyiségi sajátosságait tanulmányozva új ismereteket szerzünk a tavi ásványképződési folyamatokat befolyásoló tényezőkről. Végezetül megbecsüljük a különböző források (beszállított fázisok, kiválás a víztestben és leülepedés) relatív hozzájárulását a Balaton ásványmérlegéhez. Ilyen jellegű összegzés ezidáig nem készült, az eredményekből felhalmozott ismeretanyag felhasználható a természetes édesvízi rendszereket célzó kutatások során.

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 Balaton sekély, iszapos aljzatú, természetes édesvízi rendszer. Sokoldalú használata miatt fontos, hogy megfelelő ismeretanyaggal rendelkezzünk a vízben képződő iszap tulajdonságairól és mennyiségéről. Emellett a szél és a befolyók is különböző típusú anyagokat szállítanak a tóba, melyek mennyiségi hányadáról szintén szükséges információt gyűjtenünk. Ezen folyamatok tanulmányozásával megbecsülhetjük, hogy ez a különleges és közkedvelt tó milyen gyorsan töltődik fel és adatokat szolgáltathatunk egy esetleges védelmi stratégia kidolgozásához. Tervezett kutatásunk az előzőekben megfogalmazott kérdéseket három részterület vizsgálatával válaszolja meg. (1) Laboratóriumi kísérletekkel modellezzük a karbonátképződést és tanulmányozzuk a kalcit kialakulása (mely a Balaton vizében legnagyobb tömegben képződő ásvány), a vízi mikroorganizmusok és egyéb ásványok közötti összefüggéseket. (2) A vízgyűjtőterület földtani jellegzetességeinek és a tavi iszapképződés kapcsolatának megértését a különböző befolyókból származó vízminták vizsgálata segíti elő. (3) Azonosítjuk az ásványosodási folyamatokat befolyásoló, természetes és antropogén forrásokból származó ásványi eredetű por típusait. Valószínűsítjük, hogy eredményeink hozzájárulnak a balatoni ásványmérleg becsléséhez.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The formation of carbonate minerals in water is related to the geochemistry of the geological environment, and can be mediated by organisms, and may be affected by allochtonous mineral particles originating from natural and anthropogenic sources. The unique features of Lake Balaton provide an example of a freshwater „carbonate factory”. In our planned research, laboratory experiments will be performed to study the links between calcite nucleation, photosynthetic microorganisms and allochtonous mineral phases. Identifying the mineralogical and microstructural evolution of carbonate minerals growing under well-defined conditions with X-ray powder diffraction and electron microscopies provides the oppurtinity to model calcite formation in the lake. The analysis of water chemistry and examination of the morphologies of allochtonous minerals, in particular the types (compositions, particle sizes and habits) of detrital calcite and dolomite, help to better understand the effects of catchment mineralogy and sediment formation in the lake. The composition and quantity of aerosol particles derived from special natural events (e.g. Saharan dust) and by anthropogenic sources (e.gs. roads covered by dolomite rubble, land use) will be investigated to determine the impact of the transport of resuspended, airborne minerals from the surrounding region and from distant sources on the mineralogy of the lake. After summarizing the results and comparing with the geochemical database of the provenance, a rough estimation of a „mineral budget” of Lake Balaton will be attempted.

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.
The main question of the proposed research is whether photosynthesis by algae and the surfaces provided by other minerals (such as smectite) mediate calcite nucleation and which factors influence the mineralogical processes in the Lake Balaton. The planned research activity will focus on three sub-projects. (1) By simulating the carbonate formation under laboratory conditions, we are going to understand calcite nucleation and the relationships between carbonate mineral nucleation, aquatic organisms and allochtonous mineral species. (2) We plan to focus most of our efforts on identifying the mineral phases in Lake Balaton derived from different sources (provenance, forming in the lakewater and atmospheric deposition). We wish to study the properties and concentrations of allochtonous minerals, in particular the types (compositions, particle sizes and habits) of detrital calcite and dolomite by depositing and filtering particulate material from water samples of selected major inflows. (3) Transport of resuspended, airborne minerals from the surrounding region and from distant sources (e.g. Saharan dust) could also have an impact on the mineralogy of the lake. We will measure the amount of allochtonous mineral phases, characterize the mineralogy of potential sources of settling dust to evaluate their relative contributions to the mineral budget for Lake Balaton.

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.
Our proposed research could contribute to the better understanding of mediated mineralogical processes with a calcite forming experiment and identifying the origins (biogenic or inorganic, allochtonous or autochtonous) of similar carbonate phases. The experimental laboratory work could determine the role of aquatic algae in triggering calcite precipitation and the influence of allochtonous mineral phases on heterogeneous nucleation. Thus, the research will provide evidence for factors that could affect or control the nucleation and growth of calcite crystals in the lake. By studying the mineral phases derived from the dolomitized geological setting, we plan to assess the influence of allochtonous components on the mineralogy of Lake Balaton. With the examination of minerals carried in suspension by the tributaries and settling from the atmosphere we get information about the amount of the incoming mineral phases to Lake Balaton. The studied composition and quantity of redeposited particles originating from natural sources and delivered by special weather events, and also from human activity, could provide new data on atmospheric deposition affecting the mineralogical processes of the lake. Our final goal is to roughly estimate a mineral budget for sedimentation in Lake Balaton (incoming phases from different sources, precipitation in the water body and deposition). As far as we know, such attempt for a synthesis has not been previously attempted. The knowledge that will accumulate as a result of our research could be used in future mineralogical studies of natural freshwater systems.

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.
Lake Balaton is a shallow, natural freshwater system with a muddy lakebed. Because of its multifunction importance we need to know the quantity and kind of mud that forms in water. The proportion of material that is delivered into the lake with the inflows and from the atmosphere is also important to know. By thoroughly studying these processes, we could calculate how quickly our unique, natural „swimming pool” fills up and can provide data for work on possible protection strategies. Our planned research contains three sub-projects for getting answers to the above mentioned problems. (1) In laboratory conditions we will examine the links between calcite formation (which is the main mineral that forms in the water of Lake Balaton), aquatic microorganisms and other minerals by modeling carbonate formation. (2) The examination of water samples from different inflows helps to better understand the relationships between the mineralogy of the catchment area and mud formation in the lake. (3) We need to distinguish the type and amount of mineral dust originating from presumed natural and anthropogenic sources, because both can influence the mineralogical composition of the lake sediments. We expect that our results will be useful for roughly estimating a „mineral budget” for Lake Balaton.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A PD 121088 azonosítószámú kutatás célja a Balaton jelenkori üledékképződési jellegzetességeinek meghatározása volt. A Balaton különleges sajátosságai miatt egy édesvízi „karbonátgyár” kiváló példája. Kutatásunkban laboratóriumi kísérleteket végeztünk a kalcit nukleáció, fotoszintetizáló mikroorganizmusok és az allochton ásványfázisok közötti összefüggések feltárása érdekében. A meghatározott feltételek mellett növekedő kalcit kristályok ásványtani és mikroszerkezeti változásait röntgen-pordiffrakciós és elektronmikroszkópos vizsgálatokkal követtük nyomon. A víz kémiai paramétereinek meghatározása és a beszállított ásványok, elsősorban a detritális kalcit és dolomit morfológiai vizsgálata (összetétel, részecskeméret és habitus) hozzájárulnak a vízgyűjtőterületről érkező ásványtársulások hatásbecsléséhez és a tavi üledékképződés jobb megértéséhez. Vizsgáltuk a különleges természeti eseményekből (pl: szaharai por) származó aeroszol részecskék összetételét és mennyiségét annak érdekében, hogy meghatározzuk a környező területekről és távoli forrásokból származó reszuszpendált, szél által szállított ásványok szerepét a tó mineralizációjában. Az eredmények összefoglalása és a lehordási terület geokémiai adatbázisával való összevetése után becsülhetővé vált a különböző források relatív hozzájárulása a Balaton ásványmérlegéhez.
Results in English
The aim of PD 121088 research was to characterize contemporary sediment formation in Lake Balaton. The unique features of Lake Balaton provide an example of a freshwater „carbonate factory”. In our research laboratory experiments were performed to study the links between calcite nucleation, photosynthetic microorganisms and allochtonous mineral phases. Identifying the mineralogical and microstructural evolution of carbonate minerals growing under well-defined conditions with X-ray powder diffraction and electron microscopy provides the opportunity to model calcite formation in the lake. We measured the amount of allochtonous mineral particles delivered to the lake by tributaries and through the atmosphere, and estimated the mass of carbonate minerals that precipitated from lake water. In addition to establishing a “mineral budget” for Lake Balaton sediments, we also studied chemical and structural features of mineral particles from various sources, in order to identify characteristics that could provide clues about the origins and potential transformations of minerals in the lake sediment. The results are useful for estimating the rate of sediment accumulation and for providing a baseline for further studies on the retention and release of nutrients by sedimentary minerals.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=121088
Decision
Yes





 

List of publications

  
Rostási, Á., Topa, B. A., Weiszburg, G.T., Gresina, F., Gelencsér, A., Varga, G.: Increased number of intense Saharan dust episodes in Central Europe – Was 2016 an exceptional year or this is the new normal?, Weather and Climate Extremes [benyújtás előtt], 2021
Rostási, Á., Rácz, K., Fodor, M., Topa, B., Molnár, Z., Weiszburg, T.G., Pósfai, M.: Pathways of carbonate sediment accumulation in a large, shallow lake., Sedimentology [benyújtás előtt], 2021
Rostási Ágnes, Fodor Melinda, Rácz Kornél, Topa Boglárka, Weiszburg Tamás, Pósfai Mihály: A Balaton üledékképződésének ásványmérlege, , 2019
Nyirő-Kósa I, Rostási Á, Bereczk-Tompa É, Cora I, Koblar M, Kovács A, Pósfai M: Nucleation and growth of Mg-bearing calcite in a shallow, calcareous lake, EARTH AND PLANETARY SCIENCE LETTERS 496: pp. 20-28., 2018
Rostási Ágnes, Molnár Z, Váczi T, Pósfai M: Simulation of the heterogenous nucleation of Mg-bearing calcite from Lake Balaton under controlled conditions, , 2018
Rostási Ágnes, Molnár Zsombor, Fodor Melinda, Bereczk-Tompa Éva, Váczi Tamás, Pósfai Mihály: Templated nucleation and growth of calcite in a freshwater environment, In: Goldschmidt Conference Abstracts, (2017) 2017005820, 2017
Pósfai, M., Nyirő-Kósa, I., Rostási, Á., Bereck-Tompa, É., Cora, I., Koblar, M., Kovács, A.: A Balaton iszapját alkotó Mg-kalcit képződése és tulajdonságai: heterogén kristálynukleáció, növekedés, szerkezet és összetétel., Magyar Mikroszkópos Társaság konferenciája, Siófok, 2016. 05. 19 ̶ 21., 2016
Molnár, Z., Váczi, T., Rostási, Á., Pósfai, M.: Simulation of the heterogenous nucleation of Mg-bearing calcite from Lake Balaton under controlled conditions., Meeting of Young Geoscientists. 2018.04.06–04.07., pp. 57-58., 2018
Rostási, Á., Fodor, M., Rácz, K., Topa, B., Weiszburg, T., Pósfai, M.: Az ásványképződést befolyásoló tényezők hatása a Balatonban., Téli Ásványtudományi Iskola, Veszprém, 2019. 01. 18–19., 2019
Rostási, Á., Fodor, M., Rácz, K., Topa, B., Weiszburg, T., Pósfai, M.: A Balaton üledékképződésének ásványmérlege., Földtani és Geofizikai Vándorgyűlés, Balatonfüred, 2019. október 3 ̶ 5., 2019
Varga, G., Roettig, CB., Dagsson-Waldhauserova, P., Gresina, F., Rostási, Á., Kovács, J.: Identification and granulometric characterization of (giant) Saharan dust in sedimentary units, (abstract ID: 8287) Goldschmidt 2021 Conference, 2021
Pósfai, M., Nyirő-Kósa, I., Rostási, Á., Bereck-Tompa, É., Cora, I., Koblar, M., Kovács, A.: Nucleation, morphology, structure and composition of Mg-calcite, the dominant mineral in the mud of Lake Balaton, The 16th European Microscope Congress, Lyon, 29.08.– 02.09.2016. DOI: 10.1002/9783527808465.EMC2016.5814, 2016
Pósfai, M., Molnár, Z., Rostási, Á., Fodor, M., Cserny, T.: A Balaton üledékének kutatása., Budai T., Palotás K. Piros O. (szerk.) Földtani és Geofizikai Vándorgyűlés. Magyarhoni Földtani Társulat és Magyar Geofizikusok Egyesülete, Balatonfüred, 16 ̶ 19., 2019
Nyirő-Kósa I, Rostási Á, Bereczk-Tompa É, Cora I, Koblar M, Kovács A, Pósfai M: Nucleation and growth of Mg-bearing calcite in a shallow, calcareous lake, EARTH AND PLANETARY SCIENCE LETTERS 496: pp. 20-28.,, 2018
Ágnes Rostási, Melinda Fodor, Kornél Rácz, Boglárka Topa, Tamás Weiszburg, Mihály Pósfai: Pathways of carbonate sediment accumulation in a large, shallow lake, In: Goldschmidt 2019, European Association of Geochemistry (EAG) (2019) p. 1., 2019
Pósfai Mihály, Molnár Zsombor, Pekker Péter, Rácz Kornél, Rostási Ágnes, Dódony István, Pálfi Ivett, Magyari Enikő, Istvánovics Vera: Ásványképződés a Balatonban: karbonátok kiválása, átalakulása és esetleges szerepe az algavirágzásban, , 2020
Pósfai M, Nyirő-Kósa I, Rostási Á, Bereczk-Tompa É, Cora I, Koblar M, Kovács A: A Balaton iszapját alkotó Mg-kalcit képződése és tulajdonságai: heterogén kristálynukleáció, növekedés, szerkezet és összetétel., , 2016
Ágnes Rostási, Melinda Fodor, Kornél Rácz, Boglárka Topa, Tamás Weiszburg, Mihály Pósfai: Pathways of carbonate sediment accumulation in a large, shallow lake, , 2019
Rostási Ágnes, Fodor Melinda, Rácz Kornél, Topa Boglárka, Weiszburg Tamás, Pósfai Mihály: Az ásványképződést befolyásoló tényezők hatása a Balatonban, , 2019
Nyirő-Kósa I, Rostási Á, Bereczk-Tompa É, Cora I, Koblar M, Kovács A, Pósfai M: Nucleation and growth of Mg-bearing calcite in a shallow, calcareous lake, EARTH AND PLANETARY SCIENCE LETTERS 496: pp. 20-28., 2018
Pósfai M, Nyirő-Kósa I, Rostási Á, Bereczk-Tompa É, Cora I, Koblar M, Kovács A: Mg-calcite formation in freshwater environment (Lake Balaton): nucleation, growth, structure and composition., The 16th European Microscope Congress, Lyon, 2016. aug. 29– szept. 2. , 2016
Molnár Zs, Váczi T, Rostási Á, Fodor M, Ható Z, Kristóf T, Pósfai M: A Balatonban képződő Mg-tartalmú kalcit kiválásának vizsgálata laboratóriumi körülmények között, előadás Téli Ásványtudományi Iskola Veszprém, 2018. január 19. , 2018
Nyirő-Kósa I, Rostási Á, Bereczk-Tompa É, Cora I, Koblar M, Kovács A, Pósfai M: Nucleation and growth of Mg-bearing calcite in a shallow, calcareous lake, EARTH PLANET SC LETT 496: pp. 20-28., 2018
Pósfai M, Fodor M, Rostási Á, Molnár Zs, Váczi T, Ható Z, Kristóf T: The role of clays in the heterogeneous nucleation of carbonates, poszter Goldschmidt Conference on Geochemistry Boston, 2018. August 12-17. , 2018
Pósfai Mihály, Rostási Ágnes, Topa Boglárka, Molnár Zsombor, Nyirő-Kósa Ilona, Bereczk-Tompa Éva, Fodor Melinda, Cora Ildikó, Kovács András, Váczi Tamás, Weiszburg Tamás, Haas János: Karbonátásványok kiválása a Balatonban, In: Dégi Júlia, Király Edit, Kónya Péter, Kovács István János, Pál-Molnár Elemér, Thamóné Bozsó Edit, Török Kálmán, Udvardi Beatrix (szerk.) (szerk.) Ahol az elemek találkoznak: víz, föld és tűz határán: 8. Kőzettani és Geokémiai Vándorgyűlés. Budapest: Magyar Földtani és Geofizikai Intézet, 2017. pp. 143-146., 2017
Rostási Ágnes, Molnár Zsombor, Fodor Melinda, Bereczk-Tompa Éva, Váczi Tamás, Pósfai Mihály: Templated nucleation and growth of calcite in a freshwater environment, In: Goldschmidt Conference Abstracts . Párizs, Franciaország, 2017.08.13-2017.08.18. Kiadvány: 2017. Paper 2017005820. , 2017
Pósfai M, Nyirő-Kósa I, Rostási Á, Bereczk-Tompa É, Cora I, Koblar M, Kovács A: Mg-calcite formation in freshwater environment (Lake Balaton): nucleation, growth, structure and composition., The 16th European Microscope Congress, Lyon, 2016. aug. 29– szept. 2. , 2016




 

Events of the project

  
2020-12-16 17:15:30
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: MŰKKI MTA-PE Levegőkémiai Kutatócsoport (Pannon Egyetem), Új kutatóhely: MÜKKI Környezeti Ásványtan Kutatócsoport (Pannon Egyetem).



Back »