„Zircon: a key mineral for dating and tracking geological processes” - Beszámoló a nemzetközi kurzusról

2013. szeptember 9-13 között Paviában (Olaszország) 5 napos rövidkurzus jellegű tudományos iskolán, workshop-on vett részt munkatársunk Lukács Réka. Az alábbiakban rövid beszámolóját olvashatják.

A nemzetközi szinten, elsősorban posztdoktor, PhD és MSc hallgatóknak meghirdetett kurzus, az alapoktól felépítve a tudomány mai állását és fő kérdéseit is bemutatva, vezette be a hallgatóságot a cirkon és egyéb akcesszórikus ásványok segítségével történő kormeghatározásba. Mindezek mellett ismertették az akcesszórikus ásványokra alapuló geológiai folyamatnyomozó, azaz a petrogenetikai és földtani eseményeket feltáró módszereket és azok határait.
A részletes program, az előadók nevei, valamint a kurzus résztvevői a http://www_crystal.unipv.it/GeochronologicalSchool/Home.html honlapon találhatók meg.
A kurzus során Fernando Corfu (ID-TIMS), Matt Horstwood (LA-ICP-MS), Jan Kosler (LA-ICP-MS) és Daniella Rubatto (SHRIMP) vezetett be minket az analitikai háttérismeretekbe és az U/Pb geokronológiai alapokba. Corfu az egykristályokon történő, hagyományos U-Pb kormeghatározási módszert mutatta be, amelyet ID-TIMS (Isotope Dilution Thermal Ionization Mass Spectrometry) módszerrel végeznek. A módszer mindezidáig a legkisebb hibahatárral és a legnagyobb pontossággal adhatja meg az egyes képződményekből származó cirkonok korát. Ez a módszer a legrégebben használt cirkon U-Pb kormeghatározási módszer, amelyet jelenleg többek között a geológiai korskála abszolút korának pontosítására alkalmaznak. Az ID-TIMS módszer hátránya azonban a hosszadalmas és rendkívül nagy tisztaságot igénylő labormunka mellett az, hogy a koradatokat egyetlen cirkon kristály, vagy egy cirkon populáció (kristályegyüttes) izotóparányaiból határozzák meg. Ez pedig nem ad lehetőséget arra, hogy akár egy cirkon kristályon belüli, vagy egy minta cirkon kristályaiban meglévő korbeli változékonyságot feltárjuk. A jelenlegi kutatásokban egyre nagyobb igény mutatkozik a mérések területi felbontásának növelésére, azaz pontszerű elemzésekre. Egyes cirkon kristályok növekedési zónái ugyanis akár igen jelentős, esetenként több százmilliós vagy milliárd éves különbségeket is adhatnak, amelyek fontos információt adnak a földkéreg fejlődéséről, kialakulásának történetéről. Ez a korbeli különbség bizonyos esetekben az ID-TIMS módszerrel is meghatározható, azonban ma már rendelkezésre állnak ennél egyszerűbb módszerek is. Ilyen módszerek az ionszondával (SIMS) végzett pontelemzések, valamint újabban az LA-ICP-MS (lézer ablációs induktívan gerjesztett plazma tömegspektrometria) módszerrel végzett kormeghatározások. Ezeknek további előnye, hogy a pontszerű (kb. 30-40 mikrométer nagyságú) területről kapott koradatok mellett vizsgálhatók az ásványok szöveti és geokémiai tulajdonságai is. Az így lemért adatok összekötve a kormérés eredményeivel mélyebb összefüggések feltárására adhatnak lehetőséget és hatékonyabban értelmezhetők a kormérési adatok is. A LA-ICP-MS módszer alapjait és korlátait rendkívül részletesen Matt Horstwood és Jan Kosler mutatták be, előadásaik anyaga részben megtalálható a http://www_crystal.unipv.it/GeochronologicalSchool/Presentations_files/M... http://www.geo.uib.no/ceia/downloads/ST-19.pdf linkeken. A lézertechnika fejlődésével egy ásvány akár 30 mikrométeres, különféle alakú területeiből is kaphatunk U/Pb izotóparány összetételeket és ez által koradatokat. A mérés módszertanával foglalkozó kutatótársadalom egyik legnagyobb megoldandó problémája jelenleg az, hogy egységesítse a laborokból kikerülő elemzések színvonalát. Fontos látnunk azt, hogy a koradatoknak nagy a jelentőssége és természetszerűen az értelmező geológusok minden koradatnak különleges jelentősséget tulajdonítanak. Mindeközben elveszhet az az ismeret, hogy vajon hogyan „keletkezik” egy mérési adat. A mérések eredményeit aprólékos számolások előzik meg, amelyben nem csak a radioaktív bomlás korrekt bomlási állandóit, a kiindulási ólom izotóparányokat kell figyelembe venni, hanem statisztikai módszerekkel kell kiértékelni az egyedi mérési adatokat. Ezekben a számolásokban még nincsen egységesen alkalmazott eljárási kulcs, ezért előfordulhatnak jelentős eltérések is különböző laborok mérési eredményei között. Egyes szakemberek ezért irányelveket igyekeznek megalkotni és elfogadtatni nemzetközi szinten, ennek részleteiről a http://www.plasmage.org/recommendations honlapon lehet tájékozódni.
A kurzuson az előadók számos esettanulmányt mutattak be, amelyeken keresztül felhívták figyelmünket többek között arra, hogy az U/Pb korokat ugyanolyan adatként kell kezelnünk, mint akár egy kőzet kémiai összetétel egyetlen elemének adatát. Felhívták figyelmünket, hogy az egyedi abszolút koradatok jelentését nem szabad túlértékelni, és főként nem szabad csupán ilyen adatokra építeni a geológiai értelmezést. Előfordulhat viszont akár az is, hogy a hosszadalmas minta előkészítés utáni mérésből származó adatokat végül kénytelenek vagyunk gyakorlatilag a kukába dobni, azaz az értelmezésből kihagyni. Fontos üzenet volt ezért a minta előkészítési és mérési módszerekben rejlő hibalehetőségek és a statisztikai értékelés jelentőségének átadása. Matt Horstwood egyik előadásában bemutatta például, hogy elvégeztek egy laborok közötti vizsgálatot, azaz összehasonlították a kapott koradatokat, reprodukálhatóságot, pontosságot és hitelességet tesztelő kísérletet végeztek. A vizsgálatban 8 LA-ICP-MS és 2 SIMS labor vett részt. Minden laborban ugyanabból a szintetikus cirkon szemcse együttesből kellett legalább 100 kristályszemcse izotópösszetételét lemérni. A szemcsék 6 különböző természetes korsztenderdet képviseltek. A különböző korsztenderd szemcsékre vonatkozó, esetenként meglepően eltérő laboreredményeket a Geostandards and Geoanalytical Research online folyóiratban publikálták 2013-ban (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1751-908X.2013.00245.x/abst...).
Az esettanulmányok között magmás és metamorf kőzetekből, valamint üledékekből származó különböző (cirkon, monacit, rutil) akcesszórikus ásványokon végzett kutatási eredményeket mutattak be. Meglepő eredményeket közölt például a francia J.-L. Paquette, aki előadásában fiatal vulkáni kőzetek cirkonjainak kormeghatározási eredményeit mutatta be. A geokronológus részt vett a Cappadociai ignimbritsorozat több egységének LA-ICP-MS U/Pb kormeghatározásában. Vizsgálataik rámutattak többek között arra, hogy a Kizilkaya ignimbritben lévő 5.11+/-0,37 millió éves cirkonok magja 3,03 milliárd évet adott (Aydar et al. 2012, JVGR; Paquette és Le Pennec 2012, Geology). E mellett, szlovákiai neogén gránáttartalmú andeziteket, dácitot is vizsgáltak, amelyekből 12-13 millió éves cirkon korokat határoztak meg in-situ LA-ICP-MS módszerrel (Boulton és Paquette 2013, Lithos). Ez alapvetően különbözött a korábban elfogadott 16 millió éves geokronológiai koroktól, aminek még meg kell keresni a földtani magyarázatát.
F. Wu, a LA-ICP-MS technikával történő Hf izotópösszetétel meghatározást ismertette, valamint bemutatta mindazokat az új eredményeket, amelyeket a Hf izotóp összetétel meghatározások eredményeképpen a kéreg-köpeny fejlődéséről tudunk (pl: http://www.geochemsoc.org/publications/geochemicalnews/gn143apr10/geoche...). Eredményei alapján ma ő az egyik leginkább hivatkozott földtudományi szakember.
Az előadások közül rám a legnagyobb hatással A. Zanetti előadása volt, aki a kurzus utáni egy napos kirándulást is vezette, és aki előadásában a kirándulás helyszínének geológiai ismereteit adta át. Az Ivrea-Verbano Zónában meghatározott Sesia magmás rendszer egy perm korú teljes kéregszelvényt jelent, ahol az alsókéregtől kezdődően a felszínig követni lehet egy összekapcsolódó, kb. 10 millió éven keresztül fennálló magmás-vulkáni rendszert. Előadásának összefoglaló kivonata Quick et al. (2009, Geology) publikációjában jelent meg. A kiránduláshoz kapcsolódó szakmai vezető a http://www_crystal.unipv.it/GeochronologicalSchool/Program_files/Sinigoi... linken keresztül hozzáférhető. 2013. október 16–án az MTA-ELTE Vulkanológiai Kutatócsoport szeminárium-előadásainak keretében a Sesia magmás rendszerről előadást tartottam kutatótársaimnak, amelynek powerpoint anyaga az alábbiakban tölthető le:
http://petrology.geology.elte.hu/Lukacs_Quicketal.pdf