Földrajz | Geológia » Zámbó-Ford-Telbisz - Baradla-barlangi cseppkőkoradatok a késő negyedidőszaki klímaingadozások tükrében

Földtani Közlöny 132/különszám, 231-238 (2002) Budapest Baradla-barlangi cseppkőkoradatok a késő­ negyedidőszaki klímaingadozások tükrében Age data of speleothems in the Baradla Cave, with reference to climatic oscillations in the Quaternary period 1 2 Z Á M B Ó L á s z l ó - F O R D , D e r e k - TELBISZ T a m á s 1 (6 ábra) Tárgyszavak: cseppkő-kormeghatározás, paleoklíma Keywords: speleothem dating, palaeoclimate Abstract An important goal of current research into the Quaternary period is the reconstruction of the palaeoclimate. Since the karst processes are influenced by many climatic factors (mainly temperature and precipitation), the intensity of karstification changes according to climatic oscillations. T h e speleothems enclose much information about the palaeoenvironment. First of all, their occurence suggests a relatively humid and warm climate, since both arid and cold conditions are limiting factors in speleothem formation. In this paper, a

speleothem growth intensity diagram is presented from Useries age data of speleothems from Baradla Cave (NE Hungary) The diagram is compared with the results of other investigations (malacological, palinological, loess-chronological, stable isotope and NW European speleothem records) and a detailed analysis of Late Pleistocene climate is given. Összefoglalás A sok szálon futó negyedidőszaki kutatás egyik fő célkitűzése az őséghajlat rekonstrukciója. Mivel a karsztos folyamatokra számos éghajlati tényező (elsősorban a hőmérséklet és a nedvesség) jelentős befolyást gyakorol, ezért a karsztosodás erőssége az éghajlat-ingadozásoknak megfelelően változik. A cseppkövekből sokféle információ olvasható ki az őskörnyezetre vonatkozóan. Már önmagában az előfordulásuknak is jelzésértéke van: viszonylag nedves és meleg éghajlatra utalnak, hiszen mind a szárazság, mind pedig a hideg korlátozó tényezőt jelent a cseppkőképződés

szempontjából. Jelen cikkben a Baradla-barlangban végzett U-sorozatos mérésekből kapott koradatokra épülő cseppkőnövekedési intenzitást bemutató grafikont vetjük egybe más vizsgálatok eredményeivel (malakológiai, palinológiai, löszkronológiai, stabil izotópos és ENy-Európára vonatkozó cseppkő­ adatsorokkal). Ezek alapján a késő-pleisztocén éghajlatingadozások részletes elemzésére kerül sor Bevezetés A k a r s z t j e l e n s é g e k r e n a g y hatással v a n n a k az ő s k ö r n y e z e t b e n b e k ö v e t k e z e t t változások. M i v e l az éghajlat rendkívül m e g h a t á r o z ó , á m - h o s s z a b b időlépték­ b e n - változó t é n y e z ő j e a karsztosodásnak, ezért a k l í m a i n g a d o z á s o k hatása j ó l tükröződik a karsztfolyamatok intenzitásának változásában (WHITE 1988). Ennélfogva a c s e p p k ö v e k k ü l ö n ö s e n fontos szerepet j á t s z h a t n a k az őséghajlat

jellemzésében. legerőteljesebb, A karsztosodás mivel a mészkő a talajjal oldásában borított a mészkőterületeken talajban termelődő C 0 a 2 a legfontosabb t é n y e z ő . A m a i M a g y a r o r s z á g területén a talajképződés csak a 1 2 ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, 1117 Budapest, Pázmány P sétány, 1/c. MacMasterUniversity, Hamilton, Canada 232 Földtani Közlöny 132/különszám pleisztocén m e l e g e b b interglaciális és interstadiális szakaszaiban mehetett végbe. A talaj mellett a csapadék hiánya is korlátozó tényező a karsztos oldódásban, ezért a cseppkővekből származtatott éghajlati következtetéseket kétféleképpen lehet értelmezni: az intenzív cseppkőképződés meleg-nedves feltételekre utal, míg a csökkent mértékű cseppkőképződés egyaránt lehet a hideg vagy a száraz időszakok e r e d m é n y e . A késő-pleisztocén során Közép-Európában lejátszódott

éghajlatváltozások m e g i s m e r é s e és a Baradla-barlang fejlődésmenetének j o b b megértése érdekében, U-sorozatos kormeghatározásokat végeztünk cseppköveken (2. ábra) A 24 k m h o s s z ú Baradla-barlang kitűnő példája a FORD & WILLIAMS ( 1 9 8 9 ) osztályozása szerinti „ideális karsztvízszint barlangnak". Allogén folyóvizes barlang, amit a s z o m s z é d o s n e m k a r s z t o s területekről a m é s z k ő h e g y e k b e folyó p a t a k o k alakítottak ki. A főágban m a már főleg csak árvizek alkalmával folyik jelentősebb m e n n y i s é g ű víz, egyébként - „normális" hidrológiai k ö r ü l m é n y e k között - a c s e p p k ő k é p z ő d é s az uralkodó folyamat. 2. ábra Mintavételi helyek a Baradla-barlangban Fig. 1 Sampling sites in the Baradla Cave A korábbi kutatások több eróziós illetve üledékképződési időszakot mutattak ki a n e g y e d i d ő s z a k során (PIROS &

GYURICZA 1 9 8 6 ; SZENTES 1 9 6 5 ) . Az alsó, m a is aktív vizes j á r a t o k kialakulása óta számottevő szélesedéssel n e m számolhatunk a főágban. Az alkalomszerűen előforduló nagyobb áradások a z o n b a n hozzá­ j á r u l t a k a főág üledékeinek, cseppkőkiválásainak rombolásához (JAKUCS 1 9 5 6 ) . Továbbá az üledékképződés ü t e m e is eltérő lehetett a késő-pleisztocén különböző éghajlatú korszakaiban. A korábbi vizsgálatokból kevés kormeghatározás áll r e n d e l k e z é s ü n k r e a Baradla-barlang fejlődésének megítéléséhez: LAURITZEN & L E É L - Ö S S Y ( 1 9 9 4 ) végezte el n é h á n y cseppkő gyűrűinek U-sorozatos kormeghatá­ rozását, de az ő adataikhoz nincs megadva szórás, így az alábbi analízisben ZÁMBÓ L . et al:Baradla-barlangi cseppkőkoradalok és a késő-negyedidőszaki klímaingadozások 233 (grafikon szerkesztésben, 2. ábra) emiatt n e m lehetett felhasználni az

ő eredmé­ nyeiket (3. ábra) Saját vizsgálataink elsősorban a főág idősebb (feltehetően legidősebb) csepp­ k ö v e i n e k kormeghatározását célozták. 16 helyről ( L ábra) gyűjtöttünk mintát, m e l y e k első n a g y o b b csoportja kidőlt sztalagmitok alapi részéből illetve a rajtuk kialakult újabb cseppkövekből származott (1: „Kardbojt", 7, 1 0 , 1 3 , 1 5 : „Fatörzs", 16). A minták másik csoportját a barlangi teraszokon illetve üledékeken kivált mészlerakódásokból (flowstone) választottuk. ( 2 , 3 , 8 , 1 2 ) , némelyik alól a későbbi erózió az üledéket mostanra kimosta. A harmadik csoportba a jelenlegi m e d e r fölött 2 0 - 8 0 cm-re elhelyezkedő kisebb, erodált sztalagmitok ( 4 , 5 , 6 , 1 4 ) tartoztak. A jelenlegi izotóparányok megismeréséhez n é h á n y szalmacseppkövet is meg­ mintáztunk ( 9 , 1 1 ) . A korokat alfa-spektrometriás U-sorozatos módszerrel határoztuk meg. A Baradla-barlangi

cseppkőmintákat alacsony U-tartalom és kis ^ T h / ^ arány jellemezte (feltehetően az áradások által behordott viszonylag jelentős m e n n y i ­ ségű törmelék hozzákeveredése miatt). Ezek a k ö r ü l m é n y e k a mérések pontos­ ságát csökkentik, mindazonáltal az adatok jól felhasználhatónak bizonyultak egy széleskörű összehasonlító elemzésben, m e l y n e k során az itt nyert adatokat összevetettük más vizsgálati módszerekkel elért eredményekkel [malakológiai (KROLOPP 1978; SÜMEGI & KROLOPP 1995, 4. ábra) és löszkronológiai adatokkal (PÉCSI 1975, PÉCSI et al. 1979) Magyarországról, északnyugat-európai cseppkő koradatokkal (BAKER et al. 1993, 5 ábra), stabil izotópos ( 0 ) vizsgálatokkal (MARTINSON et al. 1987, 6 ábra), és pollen elemzésekkel (GuiOT et al 1989)] Ezek alapján megállapítható, hogy a Baradla-barlangi e r e d m é n y e k m e g l e p ő e n j ó e g y e z é s t m u t a t n a k m á s idősorokkal, ami

a késő-pleisztocén ő s k ö r n y e z e t i változások cseppkőkoradatok alapján történő vizsgálatát alátámasztja. 2 3 2 1 8 Eredmények Következtetések a Baradla-barlang fejlődésére 1 nézve 1. A lerakódások (a legnagyobb kidőlt sztalagmitok legöregebb részeit is beleértve) egyike sem valószínű, h o g y idősebb lenne 2 0 0 0 0 0 évesnél. A barlang keletkezése ugyan feltehetőleg a késő-pleisztocénnél korábbi (JAKÁL 1 9 7 5 ; MÓGA 1 9 9 8 ) , de az utolsó nagy eróziós időszakban az idősebb lerakódások maradványai m i n d lerombolódtak és kipucolódtak a barlangból. 2 . A főág valószínűleg m i n i m u m 1 5 0 0 0 0 éves 3. A főági m e d e r méretei az utolsó interglaciális óta n e m sokat változtak a m e d e r k ö z e l é b e n található c s e p p k ő illetve m é s z k é r e g k o r m e g h a t á r o z á s o k alapján (az azóta bekövetkezett erózió főleg a patak által behordott üledékeket

érintette és n e m a sziklaágyazatot). 4 . A teraszlerakódások koradatai azt sugallják, h o g y a w ü r m időszakban a barlang valószínűleg j o b b a n ki volt töltve, mint manapság. Azok az árvizek a m e l y e k a jelenlegi m e d e r fölött 4 , 5 m-rel található kavics és agyaglerakódásokat létrehozták, m i n d e n bizonnyal a legnagyobb cseppkőoszlopok kidöntésében is főszerepet játszottak. Földtani Közlöny 132/különszám 234 Őskörnyezeti változások a késő-pleisztocén során A cseppkőkoradatokból a növekedés intenzitására utaló gyakorisági görbe szerkeszthető. Ez a következő két lépésen keresztül valósítható meg: a, A cseppkőkoradatokból készülő egyszerű hisztogram helyett egy olyan ábrázolást választottunk, ahol a „pontszerű" koradatokat egy egyszerű való­ színűségi eloszlással helyettesítjük, amelyet a kor és a szórás értékéből számí­ tunk. Ezeket az eloszlásokat összegeztük

a 2 ábrán, amely így k ö n n y e b b e n értelmezhető, mint egy hisztogram. b, Mivel a gyakorisági értékek az a lépésben módosulnak, ezért m i n d e n értéket el kell osztani az időszak átlagértékével, így az Y-tengelyen v é g e r e d m é n y b e n egy %-ban kifejezett skálát kapunk. 2. ábra Cseppkőképződés intenzitásának változásai a Baradla-barlangban cseppkőkoradatok alapján Fig. 2 Speleothem growth intensity based on speleothem age data from Baradla Cave Az e r e d m é n y e k e t a 3-6. ábrán látható idősorokkal hasonlítottuk össze M é r é ­ seink időhatára a 180 000 éves kortól 10 000 évesig terjed. A m á h o z közelebbi időhatár a m é r é s e k célkitűzéséből származik (hiszen a mintázás elsősorban a főág idősebb c s e p p k ő k é p z ő d m é n y e i n e k mintázására irányult), és természetesen n e m azt jelenti, h o g y a holocén során hiányzott volna a cseppkőképződés a Baradla

barlangból. A mérési e r e d m é n y e k a riss glaciális, a riss-würm interglaciális és a w ü r m glaciális idejére esnek. A diagramon megfigyelhető csúcsokat és völgyeket római számokkal jelöltük. Az éghajlati periódusokat e szerint a grafikon szerint vesszük sorra a legrégibb koradatoktól kezdve. ZÁMBÓ L. et al:Baradla-barlangi cseppkőkor adatok és a késő-negyedidőszaki klímaingadozások 235 !. ; 0 20 40 .1 60 L 80 . i 1 100 120 i 140 Kor (1000 év) ábra. Cseppkőkoradatok a Baradla-barlangból számegyenesen ábrázolva ( 1 9 9 4 adatai alapján) 3. 160 LAURITZEN & Fig. 3 Speleothem age data from Baradla Cave (edited from data in LAURITZEN & LEÉL-ÖSSY 4. ábra. Molluszka-vizsgálatokra alapozott éghajlatingadozások L 180 LEÉL-ÖSSY, 1994) (SÜMEGI & K R O L O P P 1 9 9 5 ) Fig. 4 Climate oscillations based on Molluscs (SÜMEGI & KROLOPP 1995) 1. A riss glaciális v é g é n korlátozott mértékű c s

e p p k ő n ö v e k e d é s és hideg éghajlat volt j e l l e m z ő (5. ábra) ÉNy-Európában és Magyarországon (kb 125 000 évvel ezelőttig). 2. A r i s s - w ü r m interglaciális kisebb éghajlati ciklusokra tagolható: 3 interstadiális (eemian: 125 000 é v - 1 1 5 000 év; brDrup: 105 000 é v - 9 5 000 év; odderade: 85 000 é v - 7 5 000 év) különböztethető m e g az O - i z o t ó p o s adatok alapján. Az e e m i a n (a legmelegebb?) mind a magyarországi, m i n d pedig az Ény-európai c s e p p k ő n ö v e k e d é s i diagramon felismerhető ( V I I I . , J 3 ) , bár a későbbi interstadiálisok i d ő b e n elcsúszni látszódnak a karsztadatokon ( V I I , J l : 90 000 év) és az o d d e r a d e interstadiálisban a cseppkőképződés intenzitása n a g y o n alacsony ( V I . ; I , H , G ) . A k r o n o l ó g i a i t é v e d é s e k kizárásával B A K E R et al (1993) arra a következtetésre jutott, h o g y ez a helyzet a viszonylag m e l e g

interstadiális száraz jellegével m a g y a r á z h a t ó . Az interstadiális v é g é n kezdődött a Fennoskandiai jégpajzs előrenyomulása, amely magas n y o m á s ú rendszert és szárazodást hozott. Más bizonyítékok is e n n e k a korszaknak a száraz jellege mellett szólnak (pl. szél által szállított h o m o k brit b a r l a n g o k b a n , l ö s z l e r a k ó d á s o k A n g l i á b a n ) . U g y a n a k k o r a Franciaországból származó pollenadatok szerint (GUIOT et al. 1989) az o d d e r a d e interstadiális csak csekély mértékben lehetett szárazabb, jóllehet közvetlenül előtte és utána nagyon száraz időszakok vették körül. ls 236 Földtani Közlöny 132/különszám 5. ábra Cseppkőképződés intenzitásának változásai nyugat-európai cseppkőkoradatok alapján (BAKER et al. 1 9 9 3 ) Fig. 5 Speleothem growth intensity based on speleothem age data from NW Europe (BAKER et al 1993) 80 100 Kor (1000 év) 6. ábra

Oxigénizotópos adatsor (MARTINSON et al 1 9 8 7 ) Fig. 6 Oxygen isotope record (MARTINSON et al. 1987) 3. A k o r a - w ü r m b e n ( V I ; G) az éghajlat erőteljes zordabbra fordulása játszódott le, a m e l y e t Magyarországon löszképződés, Dánia és Lengyelország területén p e d i g glaciális üledékek jellemeztek (TL korok: 60 0 0 0 - 8 0 000 év; KRONBERG & MEJDAHL 1990). A w ü r m l - 2 interstadiálisban a klíma melegebb, de viszonylag