I. fejezet - Bevezetés

A Föld jelentős részben szilárd anyagból áll, csupán a földmag külső része folyékony halmazállapotú. A szilárd anyagot ásványok építik fel, az ásványegyüttesek kőzeteket alkotnak. A Föld legnagyobb térfogatú, legnagyobb tömegű övében, a földköpenyben viszonylag egyszerűnek tűnik a kőzetek felépítése. Bár közvetlenül nem vizsgálhatók ezek a képződmények, mégis a kísérleti kőzettani eredmények és geofizikai modellek alapján úgy tűnik, hogy alapvetően egyveretűek, csupán néhány ásvány alkotja. Az ásványos összetételt és szerkezetüket a nyomás és hőmérséklet viszonyok határozzák meg. Ahogy közeledünk a felszín felé, a kőzetek változatossága egyre nő. A földköpeny felső részén, bár még mindig a nyomás és hőmérséklet határozza meg a kőzetek tulajdonságait, azonban egyre nagyobb a heterogenitás, végül a földkéregben mint a fák ágai, a kőzetcsalád is kibontakozik és rendkívül változatos képződmények jelennek meg. A földkéreg kőzeteit keletkezésük szerint már három nagyobb csoportra bontjuk: magmás (képződése a földfelszín alatti kőzetolvadék, a magma mélybeli vagy felszíni kikristályosodásával történik), metamorf (képződése szilárd fázisú átkristályosodással történik általában nagy nyomáson és/vagy nagy hőmérsékleten) és üledékes (képződése a földfelszínen vagy felszínközelben levő kőzetek mállása, a mállástermékek szállítása, lerakódása és kőzettéválása során történik) kőzetek. Habár ez a felosztás jól működik, vannak olyan kőzetek, amelyek nem sorolhatók be szoros értelemben egyik csoportba sem. Ilyenek például a migmatitok, amelyek a metamorf és magmás kőzetek közötti átmeneti képződmények (egyszerűen fogalmazva részleges olvadt metamorf kőzeteket képviselnek) és ilyenek a piroklasztitok is, azaz a robbanásos vulkáni működéssel keletkező képződmények, amelyekben a magmás és üledékes kőzetekre jellemző kialakulási forma ötvöződik.

Miért vizsgálunk kőzeteket? Miért vesz fel a földről vagy kalapál ki egy sziklából a geológus egy kőzetdarabot és kezdi hosszasan szemlélni, majd gondosan becsomagolja és több kilónyi társával együtt viszi, hogy tovább elemezze? A kőzetek nem véletlenül vannak ott, a kőzetek nem véletlenül állnak adott ásványokból, mutatnak különböző megjelenési formát. A kőzetek a geológus számára fontos tanúi a Föld folyamatainak, a földtörténeti eseményeknek a rekonstruálásában. Olyan ez, mint egy detektívmunkában megkeresni azokat a bűnjeleket, azokat a szemtanúkat, amelyek alapján az esemény a legnagyobb pontossággal megismerhető. A kőzetek tanulmányozásának a célja e képződményekben rejlő történetek, a kialakulási körülmények feltárása. A feladat természetesen nem egyszerű, mert érteni kell a kőzetek nyelvén, ismerni kell azokat a technikákat, amelyekkel a rejtőző információk kinyerhetők. A folyamatosan finomodó vizsgálati technikák, a tökéletesedő elméleti alapok, a fejlődő műszeres lehetőségek újabb és újabb lehetőséget teremtenek ehhez a kutatómunkához. A 21. század fejlett műszeres lehetőségei között azonban hajlamosak vagyunk elfelejteni azokat a hagyományos eszközöket, amelyekkel akár már több évtizeddel korábban is felismertek kutatók olyan összefüggéseket, amelyek biztos alapot adnak a jelenlegi, finomabb felbontású elemzési munkához.

Miért vizsgálunk magmás kőzeteket, mit adnak a magmás kőzetek a földtani megismeréshez. A magmás tevékenység kétségtelenül a Föld legfontosabb, leglényegsebb folyamataihoz tartozik. Egy olyan természeti folyamat, ami az „élő” bolygó egyfajta szívműködését is jelenti. A magmaképződés, a kőzetolvadék kikristályosodása jelentős energia- és anyagáramlást okoz, ami hozzájárul a Föld differenciációjához, aminek alapvető szerepe volt bolygónk öves felépítésében, a földkéreg kialakulásában, a légkör és hidroszféra létrejöttében. Egy olyan folyamat, ami a Föld kialakulása óta folyamatosan formálja bolygónkat. A magmás kőzetek e folyamat tanúi, amelyek vizsgálatával nemcsak a jelenleg zajló magmás folyamatok felszíni megnyilvánulásai, a vulkáni működés érthető meg, hanem kutatásukkal visszamehetünk a földtörténeti múltba is, a magmás kőzetek kulcsképződményei a lemeztektonikai rekonstrukcióknak, egy adott terület földtani kialakulásának, történetének rekonstruálásában.

A magmás kőzetek vizsgálatának célja e képződmények kialakulásának megértése. Ez azonban több annál, mint hogy megismerjük a kristályosodás folyamatát. A magmás kőzettani vizsgálatok felölelik a magmaképződéstől kezdve a megszilárdulásig tartó sokszor igen bonyolult folyamatsor eseményeinek feltárását. Sőt, továbbmegyünk! A magmaképződés körülményeinek kutatásába beletartozik a megolvadó kőzet természetének jellemzése is, ami elvezet oda, hogy értelmezzük akár azt is, hogy mi hozta létre azt a kőzetet, mi alakította ki ásványos felépítését, kémiai összetételét, ami meghatározta a keletkező magma tulajdonságait. Ez a vizsgálat pedig túlmutat már egy egyedi történet elemzésén, ennek már akár globális kitekintése lehet a Föld nagy léptékű folyamatainak megértése felé.

A magmás kőzetek jó alanyok, jó tanúk, mivel olyan képződmények, amelyekben az ásványok megjelenése, a kialakuló kőzetszerkezet nem a véletlen műve, hanem termodinamikai törvényszerűségek alapján meghatározott. Mindennek megvan az oka, ez lehet a vezérelv e kőzetek vizsgálatában. Miért jelenik meg amfibol egy adott kőzetben, miért van sötét pereme, miért kapcsolódik egy másik ásványhoz, mondjuk plagioklászhoz? Itt van a detektívmunka lényege, a miért kérdések folyamatos feltevésének és a válaszok keresésének. Egy adott ásvány megjelenése a magma összetételétől, illótartalmától, az uralkodó hőmérséklettől, nyomástól és redoxviszonyoktól függ. A növekvő számú kísérleti kőzettani adathalmaz, a termodinamikai elméleti alapok finomodása és beépülése a kőzettani vizsgálatokba, az egyre pontosabb elemzési módszerek ma már lehetővé teszik, hogy ne csak kvalitatív, leíró jellegű megfigyeléseket tegyünk, például ne csak egy adott esemény egyszerű megnevezését adjuk (például az amfibol magas hőmérsékleten feltehetően plagioklásszal együtt kristályosodott), hanem a folyamatot számszerűsíthessük is, azaz kvantitatív jellemzést tudjunk adni. Ez azt jelenti, hogy pontosan, számadatokkal is ki tudjuk fejezni azt, hogy a példánkban szereplő amfibol és plagioklász milyen hőmérsékleten, milyen nyomásviszonyok között alakult ki és meg tudjuk adni azt is, hogy milyen magmából történt a kristályosodásuk. Ezek a célok egyesítették a klasszikus petrográfiai vizsgálati eszközöket és a geokémiai elemzéseket és ezzel az integrált kutatással valóban mélyre láthatunk a kőzetek kialakulásának folyamatába, rekonstruálhatjuk a kőzetek kialakulásának folyamatsorát.

Felmerül persze a kérdés, hogy ez mennyire fontos a mai világunkban? Van-e ennek a vizsgálatnak fontossága azon túl, hogy növeli a tudományos megismerést, hogy egyre többet tudunk a kőzetek keletkezéséről, a Föld folyamatairól? A magmás folyamatoknak nyilvánvaló szerepe van számos ásványi nyersanyag kialakulásában, azaz a magmás kőzetek megjelenése, kialakulási körülményeik feltárása hozzájárul az emberiségnek fontos nyersanyagok kutatásában. Továbbá, a magmás folyamatok megértése nélkülözhetetlen a vulkáni kitörések okának megfejtésében is. A vulkáni veszély előrejelzésben ma már szervesen beépültek a magmás kőzettani vizsgálatok. Ma már egyre erősödik az a felfogás, hogy a vulkáni működés megértésében a forrástól a felszíni folyamatig szemlélet adhat egyre nagyobb segítséget. Ez azt jelenti, hogy a vulkáni kitörések vizsgálatában lényeges tudnunk azt, hogy hol a kezdet, hogyan zajlott, hogyan zajlik a magmaképződés, mi ennek az oka, mik ennek a mozgatórugói. E nélkül ugyanis nincs vulkáni működés sem. A vulkáni működés mechanizmusát a magmaképződés is jelentős mértékben befolyásolja. A vulkáni kitörés lefolyását közvetlenől a kitörés előtti események befolyásolják. Meg kell tehát értenünk azt, hogy mi zajlik a magma feláramlási csatornában, a magmakamrában. Miért vannak robbanásos kitörések, miért annyira változatosak ezek, miért ömlik, vagy türemkedik a magma a felszínre láva formájában. Mindezek más oldalról lényeges információt adnak a vulkanológusnak is ahhoz, hogy előrejelezhesse, hogy egy adott tűzhányó esetében milyen kitörés várható, milyen folyamatok valószínűsíthetők és ez alapján milyen veszélyekkel kell szembenézni. Kialakulóban van tehát az úgynevezett kőzettani vulkanológia, amelynek tudományos eredményeit ma már a vezető szakfolyóiratok, mint például a Nature és Science közlik.

I.1. ábra – Magmás kőzetek terepi vizsgálata.

Mit lehet kezdeni a magmás kőzetek vizsgálatával térségünkben, a Kárpát-Pannon térségben? E területet méltán tartják természeti laboratóriumnak hiszen egy bonyolult lemeztektonikai eseménysor eredményeként alakult ki, ahol a kutatások továbbnyúlnak az elmúlt 20 millió év közvetlen kialakulási folyamatain és bepillantást engednek a mezozoikumi, sőt a paleozoikumi geodinamikai folyamatokba. E területet azonban joggal tarjuk természeti laboratóriumnak a vulkanológiai folyamatok vizsgálatában, valamint a magmás kőzetképződés kutatásában is. E viszonylag kis, jól lehatárolható területen a magmás kőzetek széles tárháza jelenik meg, szinte minden magmás kőzet megtalálható és ezek az építőkockák hasznosan épülnek be a geodinamikai modellekbe. E térségben a magmás kőzetek tehát fontos tudományos és természetesen látványos természeti értéket is képviselnek. Azonban egy természeti kincs is akkor válik értékké, ha ismerjük annak kialakulását, ha megértjük annak különleges voltát. A magmás kőzettani vizsgálatok tehát térségünkben nem csak a tudományos megismeréshez, a lemeztektonikai modellek tökéletesedéséhez járulnak hozzá, hanem ahhoz is, hogy a földtani hagyaték értékét fel tudjuk tárni, hogy bemutathassuk, hogy a felszínen lévő magmás képződmények milyen értéket képviselnek. Nyilvánvalóan másképpen tudunk nézni egy sziklaalakzatra, mondjuk a délnyugat bükki Szarvaskő közelében lévő útkanyarban, ha abban nem csak egy szürke sziklaformát látunk, hanem hozzátehetjük, hogy ez egy tengeralatti lávafolyás során alakult ki, amihez jelenleg nagyon hasonló folyamatok zajlanak az óceáni hátságok mentén és tanúi az új óceáni földkéreg keletkezésének. A kőzetek, így a magmás kőzetek kialakulásának jobb megismerése hozzájárul földtani értékeink jobb megbecsüléséhez is, ami megalapozhatja például geoparkok létesülését is. Jelenleg már két geopark nyert hivatalos elfogadást térségünkben. Mindkét esetben, a Novohrad-Nógrád Geopark és a Bakony-Balaton Geopark pályázata esetében is jelentős hozzájárulást jelentett a földtani múlt, a magmás képződmények által adott értékek, ismeretanyag összefoglalása. Térségünkben az elmúlt 20 millió év során nagyon változatos vulkáni működések zajlottak és még egyáltalán nem lehetünk biztosak abban, hogy ez az eseménysor befejeződött. A legutolsó vulkánkitörések 30-100 ezer éve zajlottak. E 20 millió éve vulkáni képződményeinek vizsgálata, a bazaltoktól kezdve az andeziteken és dácitokon át a riolitokig mind olyan ismereteket adnak, amelyek a kőzettani vulkanológia tudományát erősítik, és amelyek ezzel hozzájárulnak a tűzhányók, a vulkáni kitörések okának jobb megismeréséhez, akár segíthetik a vulkáni veszély előrejelzést is. Van tehát teendő bőven, van tehát indok bőven arra, hogy miért is érdemes magmás kőzeteket vizsgálni.

A magmás kőzettani vizsgálatok térségünkben nagy hagyományra tekint vissza. Nehéz felsorolni mindazokat, akik magmás kőzettani kutatásaikkal megalapozták azt, hogy jelenleg regionális szinten, de lehet azt is mondani, hogy nemzetközi szinten is a hazai magmás kőzettani kutatásoknak ismertsége van, sőt e kutatások során térségünk természeti laboratóriumi jellege is erősödik. Egy felsorolás természetszerűen mindig szubjektív és mindig lehet találni olyat, aki kimarad. Felvállalva mindezt, ehelyütt csupán néhány nevet említünk meg. Szabó József nemzetközi szinten is maradandóan alapozta meg a hazai kőzettani és ezen belül a magmás kőzettani kutatásokat és elévülhetetlen érdemei voltak mindennek a felsőoktatásba való helyezésében. Mauritz Béla kőzettani vizsgálatai példaértékűek, leírásai olyan pontosságról árulkodnak, amelyek követendőek mind a mai napig, amely eredmények fontos alapot adnak a modern kutatásokban is. A későbbiekben többek között Pantó Gábor, Szádeczky-Kardoss Elemér, Pantó György és Kubovics Imre erősítette a hazai magmás kőzettani kutatásokat és vetették meg ennek intézményes hátterét. Az ő tevékenységük nélkül nem alakulhatott volna ki az 1980-as évektől kezdve az a magmás kőzettani iskola, amely már a modern vizsgálati eszközöket is alkalmazva nemzetközi hírűvé tette a hazai magmás kőzettant, az itteni tudományos munkát. Mindez erős alapot ad a jövő nemzedékének, hogy tovább erősítse ezt a hírt és további tudományos eredményekkel erősítse helyünket a tudomány életben.

Ez a könyv az előzőekben vázolt szellemben igyekszik bevezetni a magmás kőzetek vizsgálatába, gyakorlati ismereteket adni e képződmények petrográfiai és geokémiai elemzéséhez. A tankönyv anyaga számos egyetemi kurzushoz kapcsolódik a BSc és MSc kereteiben egyaránt. Az első blokkban a magmás kőzettani alapfogalmak kerülnek tisztázásra és ismertetjük a magmaképződés és magmás differenciáció folyamatát. Az ezt követő blokkban a magmás kőzetek terepi, makroszkópos és mikroszkópos elemzési módszerei kerülnek terítékre, az elsődleges vulkáni törmelékes kőzetek (piroklasztitok) leíró és genetikai osztályozásán keresztül rövid bepillantást nyújtunk a fizikai vulkanológiai vizsgálatokba is. Ezután a geokémiai elemzési módszerek következnek. Teljességre itt sem törekedhetünk a terjedelmi korlátok miatt, így elsősorban arra koncentráltunk, hogy a petrográfiai vizsgálatokat szorosan kiegészítő, a magmás folyamatokat, akár kvantitatív módon is feltáró módszerek ismertetésre kerüljenek. A rendszeres magmás kőzettan blokk egyenként veszi végig a legfontosabb magmás kőzetcsoportokat és képekkel illusztrált segítséget a felismerésükre. A bevezetőben említettük, hogy a Kárpát-Pannon térség a magmás kőzetek tárháza, e területen e képződmények nagy változatosságban jelennek meg. Adja magát a helyzet, hogy ezeket az előfordulásokat is részletesen ismertessük. E területen sem törekedhettünk teljességre, hiszen a lelőhelyek hiánytalan bemutatása több kötetes anyagra rúgna. A kőzettani vizsgálatokra vonatkozó részletes leírások mellett sok esetben nagy segítséget adnak az összefoglaló táblázatok. Ennek szellemében készítettünk el a kőzetek makroszkópos, valamint a kőzetalkotó ásványok mikroszkópos felismerését segítő táblázatokat és ismertetjük részletesen a geokémiai vizsgálatokban alkalmazott CIPW normaszámítás példákkal illusztrált menetét. E tankönyv számos saját tapasztalaton alapuló anyagot tartalmaz, de felhasználtunk sok hasonló jellegű könyv anyagát is. Tovább, számos tématerületet nem tudtunk teljességben kidolgozni, ezért a könyv végén további hasznos olvasnivalót ajánlunk.

Az e-book keretei lehetőséget adtak, hogy a könyv illusztrálásában a sok színes fotón kívül animációkat és videofelvételeket is beépítsünk. Ezek mind saját munkák eredményei, amelyek reményeink szerint hasznosan segíthetik a kőzettani vizsgálatok megértését.

A tankönyv megírásában olyanok vettek részt, akik sokévnyi, mondhatni évtizedes tapasztalattal rendelkeznek e témakörök oktatásában, számos segédanyagot készítettek, amelyek alapot jelentettek e könyv összeállításához. Továbbá, az oktató munka mellett végzett tudományos kutatások során olyan tapasztalatokat szereztek, amelyek a megfogalmazott anyagrészeket élővé teszik. A fiatal munkatársak e kutatások részeseként segítettek abban, hogy a modern magmás kőzettani vizsgálati eredmények is hangsúlyosabbá váljanak, hogy a hagyományos leírások és nevezéktani besorolásokban megfelelően képviselve legyen az új szemléletű eredmények is, és természetesen óriási munkát végeztek, hogy az illusztrációk gazdagon előálljanak.

A következő fejezetekben olvasható magmás kőzettani vizsgálatokhoz, az e-book kereteit kihasználva egy videofilm összeállítással ajánlunk kedvet, bemutatva a magmás kőzetképződés felszíni folyamatának, a vulkáni működésnek különböző típusait.

I.1. videó: Hawaii-típusú kitörés (Hawaii, Kamoamoa kitörés, 2011). Forrás: http://www.youtube.com/watch?v=WwBVG0Si7rs&feature=youtu.be

I.2. videó: Etna kitörés hawaii-típusú lávaszökőkúttal (2012.01.05). Forrás: http://www.youtube.com/watch?v=8T4zIVWG-lM&feature=youtu.be

I.3. videó: Hawaii-típusú kitöéres pahoehoe lávafolyással (Hawaii)- Forrás: http://www.youtube.com/watch?v=xK2WGBn8Ojs&feature=youtu.be

I.4. videó: Etna kitörés aa-lávafolyással (2011.04.10). Forrás: http://www.youtube.com/watch?v=gL2gUcW98e8&feature=youtu.be

I.5. videó: Freatomagmás robbanásos kitörés (Ruapehu, Új Zéland). forrás: http://www.youtube.com/watch?v=h8W_sGYAQlc&feature=youtu.be

I.6. videó: Vulcanoi-kitörés (Anak Krakatau). forrás: http://www.youtube.com/watch?v=nXzQT52Sdec&feature=youtu.be

I.7. videó: Vulcanoi-kitörés piroklaszt-ár lezúdulásával (Soufriére Hills, Montserrat, 2010.02.11). forrás: http://www.youtube.com/watch?v=2T1VH-rN8mI&feature=youtu.be

I.8. videó: Piroklaszt-ár a jávai Merapi tűzhányón. Forrás: http://www.youtube.com/watch?v=Bz7WCttwXQk&feature=youtu.be