Razlike u ponašanju lantanida i elemenata u tragovima u oksidativnom i reducirajućem okolišu tla: primjeri usporedbe terra rossa i krednih paleotala na području Istre

Poslijediplomski studij

Autor: Ivor Perković, mag. geol.

Kredna paleotla i terra rossa taloženi u sklopu slijeda zapadnoistarske antiklinale nastali su u različitim redoks okolišima što ih čini savršenim kandidatima za međusobnu usporedbu, s obzirom na izrazite razlike u ponašanju elemenata u tragovima i lantanida, a ovisno o redoks potencijalu okoline.

slika1-odlagalište_hr.jpg

Slika 1. 1) geološka karta Istre prema podjeli na megasekvencije; 1 – bat do donji kimeridž,  2 – gornji titon do donji/gornji apt, 3 – gornji alb do gornji santon/ gornji cenoman, 4 – foraminiferski vapnenci (donji eocen), 5 – fliš (srednji do gornji eocen), 6 – kvartar, 7 – normalna granica, 8 – transgresivna granica, 9 – normalni rasjed, 10 – reversni rasjed, 11 – zapadnoistarska antiklinala, 12 – Savudrija-Buzet antiklinala, 13 – lokacije uzorkovanja krednih paleotala, 14 – lokacije uzorkovanja terra rossa; 2) profil terra rosse u kamenolomu Kanfanar, 3) profil krednog paleotla u kamenolomu Kanfanar

Tla tipa Terra rosse na istraživanom području nastale su pedogenezom iz ishodišnih materijala poput lesa, netopivog ostatka, tefre, fliša i drugih ne-karbonatnih materijala (Durn et al., 2007) u oksidativnom okolišu, na što jasno ukazuje njihova crvena boja (Sl. 1.). Crvena boja u terra rossi posljedica je procesa tzv. „rubifikacije“, nastanka hematita umjesto goethita (Boero i Schwertmann, 1989).

Kredna paleotla su nastala u reduktivnom močvarnom okolišu za vrijeme emerzije koja je obuhvatila jadransku karbonatnu platformu na području Istre u donjoj kredi prije 120 milijuna godina, a trajala je od 11 do 19 milijuna godina. Njihov pstanak povezuje se s vulkanskim materijalom pretaloženim u močvarama, koje su u to vrijeme prekrivale dio područja današnje Istre. Iz njega su u ovom okolišu pedološkim procesima nastala siva paleotla (Sl. 1.) koja možemo danas pronaći na izdancima u raznim kamenolomima istarskog žutog i zasjecima cesta u jugozapadnoj Istri.

Pet reprezentativnih uzoraka je odabrano za terra rosse i kredna paleotla, te su rezultati dobiveni različitim metodama poput: XRF-a, XRD-a, ICP-MS-a, ICP-OES-a te Tessierovom sekvencijskom ekstrakcijom pokazali značajne razlike u ponašanju glavnih i elemenata u tragovima.

Kredna paleotla imaju vidno veći udio minerala glina, mogu sadržavati pirit te imaju poptuni izostanak željeznih oksida u usporedbi s terra rossama, koje imaju pored minerala glina i druge silikate poput feldspata i kvarca te sadrže i željezne okside. Mineraloški sastav odražava se jasno i na kemijski sastav glavnih elemenata (Slika 2.).

 

20220429 2

 

Slika 2. 1 – mineraloški sastav krednih paleotala (CP) i terra rosse (TR), 2) udio glavnih oksida (gore) i elemenata u tragovima (dolje) u krednim paleotlima i terra rossi, 1 – vrijednosti pojedinačnih uzoraka terra rosse, 2 – srednja vrijednost uzoraka terra rosse, 3 – vrijednosti pojedinačnih uzoraka krednih paleotala, 4 – srednja vrijednost uzoraka terra rosse; 3) koncentracije lantanida u terra rossi (lijevi graf) te krednih paleotala (desno) u različitim koracima sekvencijske ekstrakcije, 1 – adsorbirana frakcija, 2 – frakcija unutar karbonata, 3 – frakcija vezana uz željezne okside, 4 – frakcija vezana za organsku tvar ili pirit, 5 – frakcija vezana uz slikate, 6 – ukupna vrijednost lantanida

Najistaknutije razlike su se pokazale u ponašanju elemenata u tragovima i lantanida. Kredna paleotla imaju izrazito obogaćenje s uranom, antimonom, vanadijem i molibdenom u usporedbi s terra rossama. To dodatno potvrđuje njihov nastanak u reduktivnom okolišu, zato što su u takvim redoks uvjetima ovi elementi stabilni kao netopivi kompleksi što dovodi do njihova obogaćenja u sedimentu.

Terra rossa nema značajnih obogaćenja u elementima u tragovima u usporedbi s krednim paleotlima, no tu su određene vrijednosti i trendovi u koncentraciji lantanida jasno ukazale na procese karakteristične za oksidativni okoliš. Feromanganski oksidi i organska tvar često su jedni su od glavnih nositelja lantanida u tlima općenito (Davranche et al., 2011; Laveuf et al., 2008, 2012a), a kao takvima su se pokazali i u terra rossi. Osim generalnog obogaćenja lantanidima, jasno se moglo utvrditi obogaćenje srednjih lantanida (Sm, Eu i Gd) i pozitivnu cerijevu anomaliju, što je često utvrđeno u sličnim materijalima u oksidativnom okolišu kao posljedica procesa adsorpcije i oksidacije između lantanida i manganskih oksida (Coelho i Vidal-Torrado, 2000; Laveuf et al., 2012b; Ohta i Kawabe, 2001) te organskoj tvari (Davranche et al., 2011).

Kredna paleotla ne sadrže organsku tvar i feromanganske okside što je posljedica njihove formacije u reduktivnom okolišu te je u konačnici rezultiralo s puno manjim udjelom lantanida u usporedbi s terra rossama. Ponašanje lantanida u krednim paleotlima ne ukazuje samo na reduktivni okoliš već i na cjelokupni okoliš u kojem su nastajali. Obogaćenje teških lantanida (Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb i Lu) može se povezati sa brakičnom ili morskom vodenom sredinom u močvarama u kojima je ovaj materijal nastao. Povišeni udio iona u morskoj vodi ometa adsorpciju lakih lantanida (La, Ce, Pr i Nd), dok ne utječe značajno na adsorpciju teških lantanida koji se mogu u većoj koncentraciji ugraditi i adsorbirati na minerale glina. To je također potkrijepljeno vrijednostima Sr/Ba većim od 0,2, što ukazuje na brakičnu vodenu sredinu (Wei i Algeo, 2020).

Reference:

Boero, V. and Schwertmann, U. (1989), “Iron oxide mineralogy of terra rossa and its genetic implications”, Geoderma, Vol. 44 No. 4, available at:https://doi.org/10.1016/0016-7061(89)90039-6.

Coelho, M.R. and Vidal-Torrado, P. (2000), “Cerium (Ce) in some nodular ferricretes developed in soils of the adamantina formation”, Scientia Agricola, Vol. 57 No. 2, available at: https://doi.org/10.1590/S0103-90162000000200021.

Davranche, M., Grybos, M., Gruau, G., Pédrot, M., Dia, A. and Marsac, R. (2011), “Rare earth element patterns: A tool for identifying trace metal sources during wetland soil reduction”, Chemical Geology, Vol. 284 No. 1–2, available at:https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2011.02.014.

Durn, G., Aljinović, D., Crnjaković, M. and Lugović, B. (2007), “Heavy and light mineral fractions indicate polygenesis of extensive terra rossa soils in Istria, Croatia”, in Mange, M. and Wright, D. (Eds.), Heavy Minerals in Use. Developments in Sedimentology, Vol. 58, Elsevier, pp. 701–737.

Laveuf, C., Cornu, S., Guilherme, L.R.G., Guerin, A. and Juillot, F. (2012a), “The impact of redox conditions on the rare earth element signature of redoximorphic features in a soil sequence developed from limestone”, Geoderma, Elsevier B.V., Vol. 170, pp. 25–38.

Laveuf, C., Cornu, S., Guilherme, L.R.G., Guerin, A. and Juillot, F. (2012b), “The impact of redox conditions on the rare earth element signature of redoximorphic features in a soil sequence developed from limestone”, Geoderma, Elsevier B.V., Vol. 170, pp. 25–38.

Laveuf, C., Cornu, S. and Juillot, F. (2008), “Rare earth elements as tracers of pedogenetic processes”, Comptes Rendus - Geoscience, Vol. 340 No. 8, pp. 523–532.

Ohta, A. and Kawabe, I. (2001), “REE(III) adsorption onto Mn dioxide (δ-Mn02) and Fe oxyhydroxide: Ce(III) oxidation by δ-MnO2”, Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol. 65 No. 5, pp. 695–703.

Wei, W. and Algeo, T.J. (2020), “Elemental proxies for paleosalinity analysis of ancient shales and mudrocks”, Geochimica et Cosmochimica Acta, Elsevier Ltd, Vol. 287, pp. 341–366.


Ivor Perković, mag. ing. geol. je doktorand na Zavodu za mineralogiju, petrologiju i mineralne sirovine na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Diplomirao je 13.7.2020. godine s diplomskim radom pod nazivom Hidrotermalne alteracije rudnog tijela Vršnik u bakarnom porfirnom ležištu Bučim, Republika Sjeverna Makedonija. Trenutno je zaposlen kao mlađi istraživač na HRZZ projektu WIANLab, u sklopu kojeg proučava boksite i druge terestričke materijale taložene u sklopu donjokimeridžke do gornjetitonske emerzije i gornjecenomanske/gornjesantnoske do donjoeocenske emerzije u sklopu slijeda zapadnoistarske antiklinale.

E-portfolio Link

ResearchGate Link

Google Scholar Link

CROSBI Link

Stranica projekta Link