Dolomit előállítása laboratóriumban

 

Az elmúlt évtizedekben a dolomitképződés pontosabb megismerése érdekében számos laboratóriumi kísérletet végeztek. A Föld felszínén uralkodó körülmények mellett, azaz viszonylag alacsony (100 °C alatti) hőmérsékleten és a légkörihez közeli nyomáson azonban eddig nem tudtak dolomitot előállítani. Ez többek között annak is köszönhető, hogy a laboratóriumban évmilliók, de még évszázadok, évtizedek sem állnak rendelkezésre, márpedig a dolomitképződés, illetve a dolomitosodás (CaCO3 kiinduló anyagból CaMg(CO3)2 keletkezése) időben elhúzódó folyamat. Magasabb hőmérsékleten azonban a reakciók gyorsabban játszódnak le, ezért azokat a laboratóriumban is követni lehet, és így fontos adatokhoz juthatunk a természetben lejátszódó folyamatokról is. 1994-ben tették közre amerikai kutatók (Sibley és munkatársai) a dolomitosodás laboratóriumi kísérletek alapján szerkesztett reakciógörbéjét (2. ábra).A kísérletek során a kiinduló anyag kalcit volt. Azt tapasztalták, hogy a dolomito- sodás három szakaszban megy végbe. Az elsőben a kalcitkristályokon igen nagy Mg-tartalmú kalcit és nem sztöchiometrikus (azaz nem pontosan a képletnek megfelelő összetételû) dolomit kristálycsírái jelennek meg. Ezt a szakaszt magképződési (nukleációs) fázisnak nevezték el, mert a dolomit kristálycsírák - magok - ekkor alakulnak ki. A második - ún. indukciós - szakaszban megindul a sztöchiometrikus dolomit kristálycsírák képződése is és növekszik az igen nagy Mg-tartalmú kalcit mennyisége. Az első és a második szakasz igen lassan megy végbe, még laboratóriumi körülmények között, tehát viszonylag magas hőmérsékleten is. A harmadik fázist helyettesítési szakasznak nevezték el. Ekkor a folyamatok felgyorsulnak, a kalcit előbb igen nagy Mg-tartalmú kalcittá, illetve nem sztöchiometrikus dolomittá, majd sztöchiometrikus dolomittá alakul át. Azt is megfigyelték, hogy a helyettesítési folyamat lefolyásában az oldat Mg/Ca aránya jelentős szerepet játszik.

 

 

A laboratóriumi kísérletek során fény derült arra is, hogy egyes ionok gátolják, mások gyorsítják a dolomitosodás folyamatát. Agátló, a folyamatot lassító ionok közül a SO4 2-ionok szerepe igen fontos, mivel ezek természetes körülmények között is gyakran jelen lehetnek. A gyorsító, katalizáló ionok közül elsősorban a Li+említhető. Természetesen fontosak a kiinduló anyag ásványtani, kristálykémiai (kalcit, magas Mg-tartalmú kalcit, aragonit), sőt fizikai jellegei is.

Dolomitképződés a természetben

 

A XIX. század első felében alkotó nagy természettudóst, az angol Charles Lyellta geológia atyjaként szokták emlegetni. Tőle származik az a geológiában ma is széleskörûen alkalmazott alapelv, hogy a jelen kulcs a múlt megértéséhez. Ma már persze e megközelítés korlátaival is tisztában vagyunk, sőt azt is tudjuk, hogy az a kor, melyben ma élünk, amit a geológia holocénnek nevez, tulajdonképpen kivételesnek tekinthető. Nem tükrözi még a földtörténet legutolsó félmilliárd éves történetének átlagos feltételeit sem. A „természet laboratóriumaiban" végezhető megfigyeléseket a geológia mégsem nélkülözheti. Egyrészt a természeti feltételek bonyolultságát a laboratóriumokban nem tudjuk tökéletesen imitálni, másrészt belép az idő problémája, ami a dolomitosodás esetében egyáltalán nem mellékes. A mai folyamatok és a holocén üledékek vizsgálatával legalább néhány ezer, esetleg tízezer évig visszanézhetünk, bár a dolomitosodás esetében olykor ez sem elégséges időtávlat.

 

 

Dolomit tavakban

 

 

Dél-Ausztráliában, a tengertől teljesen lefûződött Coroonglagúnában már az 1940-es években dolomitüledéket mutattak ki, de nem volt egyértelmû, hogy a dolomit milyen eredetû. Az 1970-es években azután kiderült, hogy tavi dolomitról van szó, amely a tengerparti mélyedésekben felszínre bukkanó talajvízből táplálkozó időszakos alkáli tavakban keletkezik, valószínûleg közvetlenül a vízből való kiválással. Jelenkori üledékben számottevő mennyiségû dolomitot találtak a kazahsztáni Balhas-tó északi részén, továbbá Kaliforniában a Deep Spring-tóban is.

 

 

Az 1960-as években German Müllernémet kutató kimutatta, hogy a Balaton uralkodóan mészanyagú holocén üledéke kis mennyiségben dolomitot is tartalmaz, amely a mainál szárazabb klímájú időszakokban keletkezhetett. Az 1970-es években a Fertő-tó osztrák részéről, később magyar területről vett mintákból is kimutattak dolomitot.

 

 

Talán még érdekesebb, hogy a Duna-Tisza köze időszakos szikes tavainak üledékei is számottevő mértékben dolomitosodtak. Ezeket az üledékeket és dolomitosodásukat részletesen vizsgálta Molnár Bélaszegedi geológusprofesszor. Kutatásai szerint a sekély tavak vize részben közvetlenül a csapadékból, részben a talajvízből származik. Nyár elején a felmelegedés hatására a párolgás fokozódik és ez a sókoncentrációt megnöveli. Ez, a tavi növények CO2 elvonásával együtt, karbonátkiválást eredményez. Az elsődlegesen kivált nagy Mg-tartalmú kalcit anyagú iszap azután dolomittá alakul, részben a nagy sókoncentrációjú tóvíz és az őszi esőzések során ehhez hozzáadódó kis koncentrációjú víz keveredése (a vízkeveredés szerepére még visszatérek), részben az üledék pórusvizében a Mg/Ca arány emelkedése miatt.