Izotópklimatológiai kutatások az ATOMKI-ban

Magyarország 28 kiemelkedő kutatási infrastruktúrája közül három az Atommagkutató Intézetben (ATOMKI) található. Az egyik az Izotóp­klimatoló­giai és Környezet­­kutató Központ (IKER), mely a természeti folyamatokat az izotópok segítségével kutató Herte­lendi Ede Környezet­analitikai Laborató­rium­ból fejlődött ki a „Recens és paleo-kör­nye­zet­­­geo­kémiai kutatás-fejlesztési irányok megerősítése” című GINOP pályázat segítségével.


Az ATOMKI-nak több mint fél évszázados hagyománya van a környezetünkben található nyomelemek, radio­aktív és stabil izotópok vizsgálatában. Az ATOMKI alapítója, Szalay Sándor már az 1940-es évek végén érzékeny, környezeti radioaktivitásméréseivel uránlelőhelyet talált a Mecsekben. Földtudománnyal kapcsolatos kutatásaikat egyéb geokronológiai módszerek meghonosításával folytatta az ATOMKI kutatógárdája, ezek közül meghatározóak a radiokarbon és a kálium-argon kormeghatározási eljárások lettek. A technika alkalmazási területeinek kiszélesítéséhez, az érzékenység és a pontosság nö­ve­léséhez egyre több olyan fejlesztési igény jelent meg, amelyhez olyan fizikusi, műszaki tudásra volt szükség, amely megtalálható volt az ATOMKI-ban. Elődeink olyan műszereket, számlálórendszereket, tömegspektrométereket építettek, amelyekkel a legfontosabb környezeti elemek: a szén, a hidrogén, az oxigén, a nitrogén és a kén izotóp-összetételét tudták vizsgálni.

Ahogy fejlődtek az analitikai módszerek, ahogy egyre több egyetemi hallgatót, fiatal és tapasztalt kutatót vonzott magához a kutató­csoportunk, úgy nőttek a lehetőségeink is. Európai és hazai pályázatokon újabb műszereket tudtunk beszerezni, valamint a kutatások finanszírozására is lett elegendő forrásunk. A továbblépésben mérföldkövet jelentett a 2016-ban induló IKER projekt. Az 1,996 milliárd forint költségvetésű, több mint 70 részt­vevő kutatóval megvalósult projekt költségeinek bő harmada műszerbeszerzésre, harmada a résztvevők bérére, míg a fennmaradó harmada a kutatások dologi kiadásainak fedezésére lett felhasználva.

Az ATOMKI korábbi, néhány speciális célra kifejlesztett izo­tóp­arány tömeg­spektro­méterei­hez a globális kutatási trendekkel összhangban olyan új területeket megnyitó cél­berendezé­se­ket szereztünk be, amelyek­kel megerősíthettük anali­tikai képességein­ket, egy merede­kebb fejlődési pályára tudtuk ál­lítani klimatológiai, hidrológiai és környezet-geokémiai kutatási irány­vonalain­kat. A periódusos rendszer legtöbb szilárd halmaz­állapotú elemének pontos izotóp­arányá­nak mérésére használható multi­kollekto­ros, in­duktív csatolású plazma-ionforrású tö­meg­spektro­méter (MC-ICPMS) egyedül­álló hazánkban. A Nep­tune Plus elnevezésű műszerrel (1. kép) a tisztatéri minta-elő­készítést követően mono­elemes oldatok precíz izotóp­arány-elemzé­sét végezzük.

1. kép. Neptune Plus (Thermo Scientific) multi­kollekto­ros ICP-MS

Az üzemelés első két évében számos elem és környezeti minta preparálását és méréstechnikáját dolgoztuk ki. Újdonságszámba megy a régészeti leletek, felszín alatti vizek, kőzetek, ásványok, talaj stroncium izotóparányának (87Sr/86Sr) vizsgálata, mellyel a képződés helyére tudunk következtetni. Az anyagok ólom izotóp­arányának (208Pb/206Pb, 207Pb/204Pb) vizsgálatával még pon­tosabb következtetésre lehet jutni ezen a területen. Mészkőréte­gek 238U/235U arányának 0,05 ezrelék pontosságú vizsgálatával az ősóceán oxigénszegény állapotait ta­nulmányozhatjuk. Régi vá­gyunk volt, és most sikerült megvalósítani cseppkőrétegek urán-tórium korolását, melyet kiegészítünk urán-ólom korolással is. Je­lenleg is magyar, ecuadori és macedón cseppkövek alapján vizsgáljuk az adott terület múltbeli klimatikus viszonyait (2. kép).

2. kép. Egy cseppkőszelet a micromill berendezésen

A klíma, és ezen belül a múltbeli klíma kutatása során egyik alapvető kérdés, hogy mikor mekkora volt a hőmérséklet, mely­nek egyik legfrissebb meg­határozási módszere azon alapul, hogy a karbonátok egyszerre két ritka izotópot tartalmazó izotopológjai (azonos mole­kula­szerkezet, de eltérő izotóp-összetétel) mennyisége hőmérséklet­függő. Európában is kevés olyan kutatóhely van, amely képes karbonátok úgynevezett kapcsolt (clumped) izotóp­ará­nyá­nak mé­­résére. A projektünk során beszereztük a 253 Plus tömeg­spekt­­ro­métert a Kiel–IV automata feltáró rendszerrel (3. kép), mely a karbonátból savasan feltárt szén-dioxid 13C18O16O moleku­lái­nak mennyiségét határozza meg 0,01 ezrelék pontossággal.

A módszer alkalmazható a karsztrendszerek vizsgálatára, illetve a cseppkőképződési folyamatok jellemzésére is. A Csillagászati és Földtudományi Kutatóintézet Földtani és Geokémiai Intézetének kutatóival a kapcsolt izotópos termometria alkalmazhatóságát vizsgáltuk úgynevezett cseppkőlefolyás (flowstone) cseppkőformációk esetében, valamint kimutattuk a cseppkövek képződését befolyásoló baktériumok kapcsolt izotópokra gyakorolt hatását is.

Kutatásainkat elsősorban a Kárpát-medencére és annak környezetére fókuszáljuk, de annak érdekében, hogy eredményeinket a globális változások tükrében tudjuk értékelni, széles körben nemzetközi együttműködéseket építettünk ki, ami biztosítja a kutatási irány nemzetközi beágyazottságát. Az utóbbi években alkalmunk nyílt számos nemzetközi együttműködés keretében nemcsak magyarországi, hanem külföldi terepi expedícióban részt venni, majd pedig a kutatásunk eredményeit közösen publikálni. A teljesség igénye nélkül: paleoklíma-rekonstrukció marokkói és bulgáriai mintaterületen; Ecuadorban cseppkövet gyűjtöttünk, Macedóniában gleccsertavak tavi üledékének fúrásos minta­vételezé­sét, Szerbiában karszthidrológiai vizsgálato­kat; Dél-Afrikában sekély vizek 39Ar korolását végeztük; az Alpok­ban a Colle Gnifetti gleccser akkumulációs területén (4. kép) jégmagfúrással vettünk mintát.

4. kép. Jégmagfúrás az Alpokban a Colle Gnifetti gleccser tetején

A kiépített új infrastruktúra nemcsak az ATOMKI, hanem Magyarország kiemelt, izotópalapú környezettudományi központja, amely nemzeti laboratórium jelleggel már eddig is gyakorla­tilag minden, a Kárpát–Pannon régió klimatológiai, hid­rológiai, geológiai kutatásával foglalkozó egyetemi és kutató­intézeti csoportnak izotópanalitikai, instrumentális és szak­értői hátteret biztosított.

Az utóbbi négy évben a központ eredményei­ről több mint 70 nemzetközi­leg jegyzett tudományos cikk je­lent meg.•


 
Archívum
 2011  2012  2013  2014  2015  2016  2017  2018  2019  2020  2021
Címkék

Innotéka