A Balaton limnogeológiai vizsgálata

A Balaton limnogeológiai vizsgálata (Cserny Tibor)

Bevezetés

A Balaton környezetében a turizmus fellendülése, a gyors és gyakran átgondolatlan településfejlesztések és területhasznosítások a tó vízminőségének rohamos és látványos romlását idézték elő a nyolcvanas évek elejére. Több hatóság (Vízügyi, Környezetvédelmi, Földtani), egyetemi tanszék (Budapesti Műszaki, Keszthelyi Agrártudományi) és kutató intézet (MTA Balatoni Limnológiai) egymással párhuzamosan, de más szempontok és módszerek segítségével próbáltak és jelenleg is igyekeznek megoldást találni a tó számtalan környezetvédelmi problémájára. A teljesség igénye nélkül, az egyes szakterületek fontosabb összefoglaló munkáját és szakemberét feltétlenül meg kell említeni: CHOLNOKY (1897, 1918), LÓCZY (1913), KÉZ (1931), ENTZ & SEBESTYÉN (1942), ZÓLYOMI (1952, 1987), ZÓLYOMI & NAGY L.NÉ (1992), BULLA (1958), ERDÉLYI (1963, 1983), SZESZTAY et al. (1966), BENDEFY & V.NAGY (1969), RÓNAI (1969), MAROSI & SZILÁRD (1981), MÜLLER (1970), MÜLLER & WAGNER (1978), MIHÁLTZNÉ (1983), MÁTÉ (1987), MÁTÉ et al. (1981), MIKE (1976), SOMLYÓDI (1983), HERODEK et al. (1984, 1988), ISTVÁNOVICS et al. (1989), VÖRÖS et al. (1984).
A Magyar Állami Földtani Intézet 1965-től napjainkig folyamatosan részt vállal a környezeti kutatásokban, a tó és vízgyűjtőjén végzett földtani munkálatok révén. A Balaton mintegy 780 km2-nyi parti sávjának 1:10.000-es méretarányú építésföldtani térképezése 1965 ? 1979 között folyt (BOROS & CSERNY 1983, BOROS et al. 1985, CSERNY et al. 1997), melyet a kiterjesztett üdülőkörzet mintegy 5.200 km2-nyi környezetföldtani térképezése követett, 1:50.000-es méretarányban, 1981-1990 között (PAPP 1992, CSERNY 1997). 1981-ben indult meg a Balaton komplex földtani kutatása, mely napjainkban is tart. A költségvetésből, közte számos OTKA (550, T 022371), OMFB, sőt EU (PECO 92) pénzügyi forrásokból támogatott balatoni kutatás négy szakaszra osztható: aktuálgeológiai (BODOR 1987, BRUCKNER WEIN 1988, CSERNY 1987) földtani-geofizikai (CSERNY 1993), környezetföldtani (CSERNY, HERTELENDI & TARJÁN 1995, CSERNY 1999 NAGY-BODOR & CSERNY 1998), és limnogeológiai (NAGY ET AL. 1996, CSERNY & NAGY-BODOR 2000).
1.A komplex módszerekkel elvégzett földtani kutatás a következő kérdésekre keresett választ: Milyen fizikai, kémiai, szedimentológiai tulajdonságokkal rendelkeznek a balatoni üledékek?
2.Milyen a tavi üledékek térbeli helyzete és vastagsági viszonyai?
3.Mikor és hogyan alakult ki a Balaton? Hogyan változott a tó mélysége és vizének minősége?
4.Hogyan hasznosíthatók a komplex földtani alapkutatás eredményei a tó környezetvédelme érdekében?
A feltett kérdésekre a negyedidőszaki tavi üledékek több kutatási szakaszban elvégzett vizsgálatainak eredményei adtak választ.

A balatoni mederfúrások és geofizikai szelvényvonalak helyszínrajza Az aktuálgeológiai program keretében lemélyített 33 db mederfúrás (1. ábra) rétegsorai és több száz minta laboratóriumi vizsgálata alapján ismeretessé vált a balatoni üledékek számos fizikai, kémiai és szedimentológiai tulajdonsága, továbbá bizonyossá vált, hogy a Balaton negyedidőszaki tavi üledékei cca. 15.000 év B.P.-től kezdődően napjainkig folyamatosan rakódtak le, és diszkordánsan települnek az idősebb pleisztocén korú folyóvízi vagy felső-pannóniai tavi képződményekre.

A földtani térképező és geofizikai szelvényező munkákat felölelő második kutatási fázis eredményei adtak választ az üledékek vastagsági viszonyaira és térbeli kiterjedésükre vonatkozóan. A kubai-magyar tudományos együttműködés keretében elvégzett szeizmoakusztikus szelvényezés (1. ábra) kiváló minőségű folyamatos regisztrátumai és a tó parti sávjának térképezése segítségével először váltak ismertté a Balaton aljzatának fontosabb tektonikai elemei és anyagminőségbeli különbözőségei.
A környezetföldtani célú, harmadik kutatási fázisban a tavi üledékek paleontológiai és izotóp-geokémiai vizsgálata, valamint azok eredményeinek közös kiértékelése alapján ismertté vált a tó kialakulásának ideje, paleohidrológiai fejlődéstörténete, a környezetében előforduló vegetáció időbeli alakulása, valamint rekonstruálni lehetett a térség klímaváltozásait az eltelt közel 15 ezer évre vonatkozóan.
Az alkalmazott földtani (ú.n. limnogeológiai) kutatásaink sorában három téma érdemel említést: a Kis-Balaton szűrőhatásának, a Keszthelyi-öbölben folyó rétegkotrások hatékonyságának és a tavi üledékek foszfortartalmának vizsgálata.

A kutatás tudományos eredményeinek rövid összefoglalása

A Balaton fejlődéstörténete és üledékképződése két alapvetően eltérő szakaszra osztható: az első szakaszban, mely a holocén kezdetéig (10.000 évvel ezelőtt) tartott, a törmelékes üledékképződés és a tőzeglápok kialakulása játszott meghatározó szerepet. A második szakaszban, mely a holocén elején kezdődött és jelenleg is zajlik, elsődlegesen a kémiai úton kivált agyagos mésziszap dominál, mellyel párhuzamosan a törmelékes alkotók aránya fokozatosan visszaszorul (CSERNY 1987). A Balaton üledéksora néhány centiméter vastag kavicsos, homokos bázisképződménnyel kezdődik, ezen általában néhány deciméter vastag tőzegréteg található, majd végig többé-kevésbé homogén összetételű karbonátos, agyagos kőzetliszt. A déli partnál és a Tihanyi-szoros körzetében 1,0 - 2,5 m vastag homok települ az aljzatra, s csak ezután találjuk meg a mésztartalmú kőzetlisztet. Az üledék szemcseösszetételét tekintve legtöbbször agyagos kőzetliszt, melynek karbonát-tartalma 50-70 ezért az üledék valójában mésziszap. Színe szürke, különböző színárnyalatokkal. A tavi üledékek testsűrűsége a mélység felé fokozatosan nő, agyagos mésziszap esetében 1,4g/cm3-ről 1,8g/cm3-re, mésziszapos finomhomoknál 1,7g/cm3-ről 2,0g/cm3-re. Anyagsűrűségük 2,2-2,3g/cm3 között mozog. Porozitásuk az iszap felszínén 50 feletti (szuszpenzió), mely a szemcseméret és a mélység függvényében 20-30ra csökken. Konzisztencia index alapján, mely a képződmény állapotáról ad felvilágosítást, az üledék az "igen lágy"-tól a "puha" állapotba megy át. A képződmények plasztikus indexe az agyagtartalom függvényében változik, nem egyszer a 100ot is eléri. A vártnál nagyobb érték a nagy montmorillonit tartalomnak (több mint 10 köszönhető. Az aljzatot és a balatoni üledékeket bemutató elvi földtani rétegoszlop a 2. ábrán látható.

A rétegek ásványtani és geokémiai vizsgálata alapján a holocén tavi üledékek igen nagy elsődleges porozitású mésziszapok, melyek elsősorban magnézium tartalmú kalcitból, alárendelten dolomitból és kalcitból, sőt néhol protodolomitból állnak. Az alkotó ásványok kémiailag nagyon instabilak. A magnézium tartalmú kalcitban a Ca/Mg arány a mélységgel csökken, azaz a Mg-tartalom relatíve nő. A MgO-tartalom a fúrások anyagának egy részében két maximumú. Mg-kalcitot egyáltalán nem tartalmazó fúrásanyagok a tó nyugati részén, csak kevés Mg-kalcitot a tó hossztengelyének középtáján, míg Mg-kalcitot és normál kalcitot tartalmazó fúrásanyagok a keleti medencében találhatók (MÜLLER 1970, CSERNY 1993). Ez a jelenség a Zala által szállított víz hígító hatásának következménye, mivel a karbonát főként anorganikus kicsapódás, alárendelten a fitoplankton anyagcseréjét kísérő folyamatok és héjtöredékek maradványainak eredménye. Tehát, már a rétegsorokban talált karbonátásványok jellege alapján megállapítható, hogy a Siófoki-részmedencében erőteljesebben jelentkezik a tavi üledékképződés jellege, mint a Keszthelyiben. A tavi rétegsor alsó harmadában, mely a felső pleisztocén legvégét reprezentálja, elemi kén kiválást, nagy elemi szén feldúsulást, szideritet és esetenként gipsz-kristályt találtunk (BRUCKNERNÉ 1988). Mindez az üledék-felhalmozódás idején uralkodó oxigén-szegény környezetre és a víz magas szervesanyag-produktivitására utalnak.

A negyedidőszaki üledék jellegében megfigyelhető váltás a klímában és az e nyomán kialakult paleoökológiai és -hidrológiai körülményekre vezethető vissza. A tó környezetében, kezdetben gyér volt a vegetáció és a szélsőséges klíma hatására intenzív az areális, a lineáris erózió, valamint a defláció. Később, a klíma melegebbé és csapadékosabbá válásával a parti régióban egyre gazdagabbá vált a vegetáció, mely csökkentette az eróziót, azaz az allochton eredetű törmelékes üledékképződés fokozatosan a háttérbe szorult. A vízi növényzet elszaporodása, különösen a boreálistól kezdve (9.000-7.500 év B.P.), a biogén eredetű mésziszap keletkezésének előtérbe kerülését, arányának növekedését okozta a tavi üledékben. Ehhez hozzáadódott az éghajlat szárazabbá és melegebbé válása következtében kicsapódott abiogén eredetű karbonát-üledék, mely a fúrás rétegsorokban általában két szintben is megfigyelhető, a magas Mg-tartalmú karbonát-ásványok (pl. protodolomit, Mg-tartalmú kalcit) formájában. Szintén a melegedő klíma következménye egyes területek kiszáradása, illetve elmocsarasodása miatt helyenként előforduló második tőzegszint és néhány rétegsorban tapasztalt üledékhiány is.

A Balaton negyedidőszaki üledékeinek átlagos vastagsága 5 m, melynek felső 10-20 cm-es szakasza lágy kolloid. A jelenlegi kiegyenlített mederfenékhez viszonyított üledékvastagság a mederben nagyon változó, ami változatos morfológiájú aljzatot jelez. Egyes aljzat-kiemelkedések felett a tavi képződmények vastagsága 1,0-1,5 m-re is lecsökken, míg a mélyedéseknél 8,0 m-re megnő. Maximális vastagságot a Zala torkolatában (10 m) mértünk (3. ábra). A szelvényeken és a megszerkesztett balatoni aljzat térképen jól követhetők a tektonikailag preformált meridionális völgyek töréses zónái. Láthatók a kezdetleges, "embrionális" részmedencék helyei is. A tó nyugati medencéiben az átlagos üledékvastagság 6 m, középső részén 5 m, míg a keleti részmedencében 4 m körüli (CSERNY 1993, CSERNY & NAGY?BODOR 2000). A rendelkezésre álló radiokarbon korok (4. ábra) és üledékvastagság-adatok tanúsága szerint a feliszapolódás sebességének mértéke, a teljes negyedidőszaki szelvényre vonatkoztatva 0,38-0,48 mm/év között adódik. A kisebb értéket a Siófoki-részmedencében, a nagyobbat a Keszthelyi-medencében tapasztaltuk. Mindez az egységnyi vízfelületre jutó vízgyűjtő terület nagyságával és a tápláló vízfolyások által szállított üledék mennyiségével magyarázható. Ugyanakkor, a feliszapolódás sebességének értéke a rétegsorok felső szakaszában nő, és helyenként eléri az 10 mm/év mértéket is (pl. Keszthelyi-öböl, a tó északi partja menti védett öblök helyén).
Az üledékminták palinológiai vizsgálata során statisztikailag külön lett értékelve a szárazföldi (parti) területen elterjedt fás szárú (Arbor Pollen) és lágyszárú (Non Arbor Pollen), továbbá a vízben élt növényi vegetáció pollen és spóra anyaga, illetve az algák maradványa. Az AP főként az időbesorolást és a klíma rekonstruálását segítette, a NAP a klimatikus viszonyokat, a vízi növények kiértékelése pedig a részmedencék vízborítottságát és a víz trofitásának változásait mutatta (BODOR 1987). A vízmélységében és vízminőségében bekövetkezett ökológiai változások rekonstruálását finomították az ostracoda, diatóma és mollusca vizsgálatok eredményei. A paleontológiai eredményekkel elsősorban párhuzamba állított izotóp-geokémiai, de más egyéb földtani (szedimentológiai, ásvány-kőzettani) vizsgálatok elősegítették a Balaton környezetében bekövetkezett éghajlat- (hőmérséklet, csapadék) és a vízi környezet (vízszint, vízminőség) változások további pontosítását (NAGY-BODOR & CSERNY 1998). A klímaváltásokra az élőlények bizonyos mértékig mindig toleránsak, ezért pl. a pollen-asszociációból megállapítható változások esetenként időbeli késéssel (max. 200 év) jelentkeztek az izotóp-geokémiai és az ásványtani paraméterek által kijelölt szinthez képest. Utóbbiak szinte azonnal tükrözték a klímában bekövetkezett változást: pl. felmelegedés hatására a tó vizének intenzív párolgását és eutrofizálódását, melynek következtében a lerakódott üledékek karbonátjaiban mért oxigén és szén izotóp-arányok eltolódtak pozitív irányba. A módszerek eredményeinek párhuzamba állítását azonban nem befolyásolja a geológiai szempontok alapján nem nagy időeltolódás, mivel 200 év alatt max. 8 ? 10 cm üledékréteg keletkezik, ami 2 - 3 vizsgálati mintát jelent.

A palinológiai meghatározások alapján (BODOR 1987, NAGY-BODOR & CSERNY 1998), a tőzegrétegek radiokarbon korának és az üledék szedimentológiai jellegének (CSERNY & NAGY-BODOR 2000) figyelembe vételével a mederfúrások rétegsorait az uralkodó éghajlati jelleget tükröző zónákra lehetett felosztani (5. ábra). A fontosabb fúrások rétegsorainak felosztását és korrelációjukat a 6. ábra mutatja be, melyről leolvasható, hogy:
A balatoni üledékek a dryas I-től (cca. 17 - 15 ezer év B.P.) kezdve halmozódtak fel, a medence nyugati részén korábban, mint a keleti félteken. A tőzegek radiokarbon kora, az üledékek jellege, és a bennük talált pollen asszociáció alapján a vízborítás időbeli eltolódása mintegy 2-3.000 évre tehető (BODOR 1987, NAGY-BODOR & CSERNY 1998).
Gyakorlatilag egyetlen fúrás sem tartalmaz a dryas I-től napjainkig bezárólag folyamatos és hiánytalan rétegsort. A tó nyugati felénél ugyan megtalálhatók a legidősebb üledékek is, viszont a felső-pleisztocén vége és a holocén kezdete táján (11.000 - 9.000 év B.P. között) általában üledékhiány tapasztalható. A réteg-diszkordancia feküjében észlelt tőzeg, tömeges mollusca héj felhalmozódás és a vegetáció kép a tó vízszintjének jelentős csökkenését, elmocsarasodást, illetve területek szárazzá válását mutatja. A középső és a keleti részmedencékben a rétegsor folyamatos, de az üledékképződés csak a dryas II és Allerőd (13.000-11.000) között kezdődik el.
A parti fúrásokban a tó közepén lévőkhöz képest időben kissé eltolódva jelentkeznek az üledékek, és a réteghiányok is hosszabb időtartamban tapasztalhatók. Ez viszonylag sekélyvizű vízborítást és változásások lassú folyamatát jelzi. A déli part mentén 11.000-5.000 év B.P. között tapasztalt üledékhiány pedig azt mutatja, hogy ez időtartam alatt a Balaton vize nagyon sekély volt.
Összesen 11 fúrásban harántolt tőzegréteg radiokarbon kora 10.140 ( /-300) és 12.490 ( /-300) év BP (Before Present, azaz 1950 előtt) között váltakozott. Tehát, a Balaton területén a tőzegesedés a dryas II-ben indult meg, főként az allerődben tartott, és a dryas III elején fejeződött be. A tőzegképződés cca. 1.000 - 1.500 évig tartott (CSERNY, HERTELENDI & TARJÁN 1995). A fúrásokban harántolt tőzegréteg vastagságát, képződésének korát, továbbá a tőzegképződés sebességét, illetve a tavi üledék-felhalmozódás sebességét az adott fúrás teljes rétegsora alapján az alábbi táblázat mutatja be.

A Keszthelyi- és Szigligeti-öblök mederfúrásaiban több és vastagabb tőzeg található, mint a Szemesi- és Siófoki-öblökben mélyültekben. Mivel a tőzeg képződésének idején a ma már egységes tavat alkotó részmedencék még különálló, önálló kis tavak voltak, a tőzeg előfordulásban tapasztalt eltérések a részmedencék közvetlen környezetének domborzati, hidrológiai és klimatológiai körülményeivel magyarázhatók. A ma is jól megfigyelhető különbségek önálló víztestek esetében felerősödve jelentkeztek. Ezek, röviden a következők lehettek:
1.a nyugati tavacskák felszíni vízgyűjtője lényegesen nagyobb volt, mint a keleti részé.
2.a nyugati részen a felszínalatti vízutánpótlás a Keszthelyi-hegység felöl jelentős volt, míg a Balaton-felvidékről minimális.
3.a nyugati vízgyűjtőn a csapadékosabb atlanti klímahatás érvényesült, míg keleten a melegebb és szárazabb kontinentális hatás.
4.a nyugati területet széles és lapályos környezet vette körül (Kis-Balaton környezete, a Tapolcai-medence és a Nagyberek), míg a keleti rész magasabb morfológiai helyzetben lévő területek közé szorult be.
A fenti okok miatt, nyugaton nagyobb felszíni és felszínalatti vízmennyiség jelentkezett, ez azonban nem tudott lényeges vízszintemelkedést a tavakban létrehozni, legfeljebb nagyobb felületű mocsarakat, vizenyős területet hozott létre. Ezért találunk ma a Keszthelyi- és Szigligeti-öblök mederfúrásaiban és partmenti régióiban gyakran tőzeget. A keleti részeken, a kevesebb csapadék és felszíni hozzáfolyás, a relatíve szűkebb térben is elegendőnek bizonyult a sekély mélységű, de többé-kevésbé kiegyensúlyozott rezsimű tavi környezet fenntartásához.

A 7. ábrán, ahol a Balaton részmedencéit reprezentáló fúrások stabil izotóp szelvényei láthatók, három élesen elváló szakasz különböztethető meg. Az alsó szakasz görbelefutása szerint az aljzat képződményeinek lerakódása során a mainál csak alig hűvösebb éghajlati viszonyok voltak. Ezt követi a görbe legnegatívabb értékekkel rendelkező szakasza, mely a felső-pleisztocénban uralkodó mainál lényegesen hűvösebb éghajlatot mutat. Az elmúlt tízezer év éghajlati görbéjén megfigyelhető pozitív értékek felé mutató ív az atlantikumi (cca. 5 ezer év B.P. körül) klíma-optimumot jelzi, ahol a mainál melegebb és csapadékosabb volt az éghajlat. Az autochton tavi karbonátok stabil-izotóp (18O és 13C) összetétele nem csak a klíma rekonstrukciót segítette, de az említett értékek keresztkorrelálása hidrológiai következtetések levonására is alkalmas volt (8. ábra). Eredményeink bizonyították, hogy a Balaton cca. 15 - 17 ezer évvel ezelőtti kialakulása óta olyan zárt vízrendszer, ahol a vízszint (és a víz minősége) meghatározó mértékben a mindenkori éghajlati viszonyok (hőmérséklet, csapadék, párolgás) függvénye (Medve 1996).

A karbonátos üledékek stabil-izotóp értékeinek mérésével és az eredmények értelmezésével sikerült bebizonyítani, hogy a balatoni üledékek alatt, azaz a jelenkori Balaton aljzatában, a mostanáig felső-pannóniai korúnak tartott képződmények helyett (és részben mellett), a balatoni tavi üledékeknél idősebb, de pleisztocén korú üledékek (is) megtalálhatók. A mederfúrások rétegeinek stabil-izotóp összetételében tapasztalt különbözőségek, továbbá a Balaton és a Pannon tavak üledékei között található rétegek felső-pannóniainál hűvösebb és szárazabb klímára utaló értékei csupán közvetetten utalnak a réteg relatív korára. Annak eldöntése, hogy a mindenképpen vízi környezetben (nagy valószínűséggel időszakos vízborításból, vagy folyóvízből) kiülepedett rétegek a felső pleisztocén interstadiálisában, vagy idősebb pleisztocén interglaciálisokban jöttek-e létre, még nem egyértelmű. Ennek részletes földtani kutatása a jövő feladata és sok érdekes újdonságot rejt.
A Balaton és környezetének negyedidőszakban lejátszódott földtani fejlődéstörténete korábbi szerzők (LÓCZY 1913, CHOLNOKY 1918, ERDÉLYI 1983, MAROSI & SZILÁRD 1981, RÓNAI 1969, ZÓLYOMI 1987) véleménye és saját kutatásaink eredményei alapján a következőképpen foglalható össze:

A pleisztocén nagyobb részében a már korábban kialakult, és a pleisztocénban továbbra is aktív törések mentén a Balaton környezetének differenciált mértékű emelkedése folytatódott, miközben erőteljes denudációs folyamatok (erózió, defláció) mentek végbe. Az egymáshoz képest különböző gyorsasággal emelkedő blokkok területén tektonikailag preformált relatív süllyedékek, völgyek és deflációs mélyedések egyaránt kialakultak. A lepusztulás az eredeti pannóniai felszíntől minimálisan 100-150 métert ért el. A Balaton-felvidék völgyeiből kilépő időszakos, vagy esetenként hosszabb ideig is tartó vízfolyások, melyek a Balaton déli partjának meridionális völgyeiben a déli erózióbázis felé törtek, jelentős mennyiségű üledéket is leraktak (ezek elsősorban a déli parton tanulmányozhatók). A teljes pleisztocén során igen szélsőséges éghajlati viszonyok uralkodhattak, hiszen a déli parton ismertes meleg éghajlatra utaló eluviális vörös agyag, nedves klímát feltételező folyóvízi kavics és homok, illetve száraz és hűvös pusztákon kihulló lösz. A szeizmoakusztikus szelvényeken nagy energiájú folyóvízre utal a Zánka előtti mederaljzatban látható szilárd (miocén) kőzetbe bevágódott széles, több-teraszú völgy és az azt kitöltő kereszt-rétegzett üledékösszlet. A térségre jellemző volt az intenzív exogén földtani folyamatok mellett a neotektonikai mozgás is. Valószínű, hogy a középső pleisztocén végére, a differenciált szerkezeti mozgások és intenzív denudációs folyamatok következtében mai tómedencétől délebbre eső rögök kissé megemelkedtek, illetve a Balatont helyén mélyedések jöttek létre. A felső-pleisztocénban beköszöntő würm eljegesedés idejére, a külső és belső földtani folyamatok a vízhálózat megváltozását eredményezték. A hosszú hideg és száraz würm glaciálisban egyrészt folytatódott a részmedencék lassú süllyedése és a korábban felhalmozott üledékek denudációja, másrészt lösz rétegek rakódtak le a déli part rögein.

A felső-pleisztocén végi posztglaciálisban (cca. 15.000 és 17.000 év BP között) a klíma csapadékosabbá és melegebbé válása következtében a mai Balaton helyén több kis mélységű, tiszta és hideg vizű tavacska alakult ki. A részben csapadékvízzel, másrészt felszín alatti vizekkel (talaj-, réteg- és karsztvízzel) feltöltődő medence-rendszer vízzel borítottsága nyugatról kelet felé egyre később következett be. Ennek magyarázata lehet, hogy a nyugati rész vízgyűjtője jelentősen nagyobb volt, továbbá a közelebbi karszt- és talajvízforrások is nagyobb vízbetáplálást biztosítottak. A nyugati medencéket mocsaras, többször kiszáradó, nyugodt, mezotrof illetve mezo-eutrof vízminőségű, nádassal gazdagon övezett sekélyvíz borította. Kelet felé haladva a mocsaras állapot egyre később következett el, és egyre rövidebb ideig tartott, amit a tőzegrétegek radiokarbon kora és a pollen vizsgálatok bizonyítottak. A legkeletibb Siófoki-részmedencében egy kisebb északi part-menti öböl kivételével, a vízborítás csak a felső-pleisztocén legvégén alakult ki. A víz minősége huzamosan mezotrof és mezo-eutrof között ingadozott, tartósan nem vált eutroffá.
A holocén során a Balaton vízi és szárazföldi környezetében két jelentős változás játszódott le. Az első a felső-pleisztocén és a holocén határán, a preboreális kezdetén (cca. 10.300 év B.P.). Ekkor, a még külön életet élő részmedencékben mezotrof illetve mezo-eutrof minőségű sekély víz uralkodott. A boreális (9.000 - 7.500 év B.P. között) idején a részmedencék vize - először történetük során - már tartósan eutroffá vált. A második jelentősebb változás a szubboreális kezdetén (cca. 5.100 év B.P.) következett be, amikor a hőmérséklet további melegedése és az éghajlat csapadékosabbá válása azt eredményezte, hogy a még egymástól elkülönült tavacskákban a vízszint fokozatosan megnőtt, és a parti abrázió következtében az elválasztó gátak megszűntek, és létrejött az egységes vízfelület.

Ezt követően, a tó mélysége és vizének trofitása elsősorban a hőmérséklet és a csapadék függvényében többször változott. A tó vízszintjének közel szabályos, de nem azonos időközökben történő megemelkedését illetve visszahúzódását a tavi rétegsorban talált sporomorfák és az alga maradványok minősége és mennyiségi aránya alapján rekonstruálhattuk. A tartósan magas vízszintet a Balaton környékén a 112,5 m A.f. magasságig nyomozható színlők is igazolják, bár ezekből egyértelműen nem következik a mainál 8 méterrel magasabb vízszint (azaz 13 - 14 m átlagmélységű tó) megléte. Valószínű, hogy a mainál 3 méterrel magasabb vízállás (azaz 6 - 7 m átlagmélység) és max. kétszeres vízfelületű tó tartósan kialakulhatott. Számítások szerint (Bendefy, V. Nagy 1969) a Balaton 106,5 - 107,0 m A.F. vízszintnél került természetes hidrológiai egyensúlyba. Az ettől történő eltérések (magasabb szintek) mesterséges beavatkozások eredményeként, csupán időszámításunk kezdete óta mehettek végbe. Ilyen periódusok voltak a népvándorlások, a kelta invázió, a mongolok betörése és a török uralom korában. Ekkor, csapadékos időszakokban a Balaton vízállása 108 - 109 m A.f. magasságig is megemelkedett, ami átlagosan 8 méter mélységet és a mainál max. 2,5-szer nagyobb vízfelületet eredményezett. Ennél nagyobb kiterjedés nem valószínű, mivel a megnövekvő vízfelületről jelentősebb vízmennyiség elpárolgása történt, mint amelyet a felületre eső csapadék és a változatlan nagyságú vízgyűjtőről érkező hozzáfolyás ellensúlyozni tudott volna. Ezért, az említettnél magasabb morfológiai szinteken nyomozható idősebb színlők mai helyzetükbe, valószínűleg neotektonikai, differenciált mozgások következtében kerülhettek.
Az ember megjelenése a térségben az atlantikus elején (cca. 7.500 év B.P.) feltételezhető, míg a földművelő és egyéb tevékenységének hatása a szubboreális kezdetétől (cca. 5.000 év B.P.) nyomozható.

Az alkalmazott kutatások eredményeinek rövid összefoglalása

A Balaton földtani alapkutatásának eredményeire támaszkodó alkalmazott kutatások egyik feladata a Keszthelyi-öbölben 1992 óta, környezetvédelmi szempontból folytatott lepelkotrás hatékonyságának és az üledékek víz alatti mozgásának (kúszása, felkeveredése és reszuszpendálása) vizsgálata. A feliszapolódás mértékének és az üledék átrendeződések meghatározása érdekében, a korábban már jól bevált laboratóriumi módszereink (szedimentológia, talajfizika, geokémia) mellett, a tavi képződmények felső rétegeiben megtalálható radioaktív izotópok (cézium, ólom, kálium, stb.) eloszlását vizsgáltuk. Ennek során, a mintegy fél méter vastag felső üledékrétegben kimutattuk, többek között a 134Cs és a 137Cs izotóp szennyeződéseket, amely csak az 1951-es évektől, a légköri atomrobbantások óta kísérhető nyomon a légkörben. A rétegekben általában jól kimutatható két maximum: az 1964-es atomcsend egyezmény előtti év és az 1986-os csernobili baleset maximumai. Meglétük alapján becsülhető a tó feliszapolódásának sebessége (9. ábra). Hiányuk a víz alatti elmosást, kiegyenlített, átlagolt értékük az átdolgozott üledék víz alatti felkeveredését és akkumulálódását jelzi (CSERNY, HERTELENDI & TARJÁN 1995). Az iszapfelhalmozódás sebessége nyugodt hidrológiai körülmények között, pl. a Szigligeti-öböl közepén, az elmúlt 40 év során, 14 mm/év; míg az öböl keleti határán 5 mm/év értéket mutat (ezek az értékek magas nedvességtartalmú, laza, konszolidálatlan üledékekre vonatkoznak).

Egy másik kutatási témánk a Zala-folyó - Kis-Balaton - Keszthelyi-öböl rendszerben vizsgálta a kiülepedett és a lebegtetett üledékek, továbbá a víz nyomelem, illetve nehézfém tartalmának elterjedését, a Kis-Balaton szűrőhatásának megítélése céljából. A terepen meghatározott paraméterek (pH, Eh, lúgosság, KOI) mellett, a főelemek (Na, K, Ca, Mg, Fe, PO4-P, NO3-N, Cl) és 16 nyomelem (V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, Rb, Sr, Mo, Cd, Sb, Cs, Ba, Pb) koncentrációját határoztuk meg. A víz - üledék kölcsönhatás vizsgálatához a lebegtetett és kiülepedett üledék ásványos összetételét is meghatároztuk (RTG, DTA). Az eredmények alapján elmondható, hogy a fenti vízrendszer fémekkel nem szennyezett, a kapott koncentrációk összemérhetők az óceáni értékekkel, kivéve az ólom, cink, kadmium, réz, amit légköri szennyezés okoz (10. ábra). Az egyes elemek előfordulási mennyisége összetett (biológiai, hidrológiai, kémiai) folyamatok eredménye, ami a nyitott, sok paraméteres rendszer bonyolultságából fakad (NAGY et al. 1996). Ilyen például néhány redox elem (Mo, V és U) viselkedése, melyek reduktív környezetben csapdázódnak a Kis-Balaton üledékeiben, ugyanakkor a Balatonban, ahol oxidatív körülmények uralkodnak, vízben oldott koncentrációjuk megnő. Másik példa: a cink és az ólom, melyek oldatba vitele elsősorban a pH és így közvetve a biológiai aktivitás függvénye. A cink esetében kimutattuk, hogy algavirágzás idején (utóbbit a víz pH értékének növekedése is jelzi) csökken a vízben oldott mennyiségük. Ennek oka, hogy a cink az algák számára esszenciális elem, melyet a vízből kivonva szervezetében felhalmoz, majd elpusztulása után az üledékrétegben felhalmoz. Hasonlóan, algavirágzás esetén csökken a vízben oldott ólom mennyisége is. A jelenség azonban egészen más okkal magyarázható. Az alga mennyiségének növekedése következtében nő a nagy fajlagos felületű szerves anyag és az algák termelte karbonát mennyisége, melyek felületére adszorbeál az ólom.

Harmadik kutatási témánk a tavi üledékekben előforduló foszfor mennyiségének és a víz eutrofizációjának kapcsolatát vizsgálja. A Balaton négy részmedencéjében mélyült meder fúrások rétegsorainak összevont foszfor szelvénye azt mutatja, hogy a maihoz hasonló össz-foszfor értékek a Balaton üledékeiben annak kialakulása óta, sőt az azt megelőző időszakban lerakódott képződményekben is megtalálhatók. Mivel a foszfor az üledékekben nem mozgékony, ezért feltételezhető, hogy az egyes rétegek 600 g/g körüli átlagértéke szingenetikus eredetű, a háttér területek földtani képződményeiből származik. A rétegsorok némely helyén tapasztalható feldúsulás a víztömeg csökkenését (kevés csapadék, magas hőmérséklet és intenzív párolgás következtében) és a vegetáció burjánzását feltételezi. Ezt támasztja alá pl. a Tó-33. fúrásban mért foszfor szelvény is (11. ábra), ahol az össz-foszfor maximális értékei a holocén boreális szakaszában és az aljzat idős-pleisztocén korú üledékeiben találhatók. Ezen időszakokban ? a palinológiai és izotóp-geokémiai adatok tanúsága szerint is - száraz és meleg éghajlat volt jellemző. A rétegsorok frakcionált foszfortartalma a balatoni tavi üledékek és az aljzat idősebb pleisztocén és pannóniai üledékeiben eltérő képet mutatnak. Az üledékszemcsékhez lazán adszorbeált, ezért könnyen (NH4Cl-al) kioldható foszfor aránya a nehezebben oldható vashoz és aluminiumhoz (NaOH-al kioldott), illetve a szinte oldhatatlan kalciumhoz kötődő foszforhoz (HCl-al oldódó) képest a fiatal tavi üledékek esetében lényegesen nagyobb arányban fordul elő, mint az aljzatot alkotó idősebb pleisztocén és pannóniai üledékek esetében (11. ábra). A vízi növényzet elszaporodásakor, amennyiben a könnyen oldódó foszforban deficit lép fel, a vízi szervezetek foszfor szükségleteiket képesek a nehezebben hozzáférhető foszforvegyületekből is biztosítani. Ezért, tömeges elhalásuk és az üledékben történő felhalmozódásuk után, a szervezetükbe beépült foszfor miatt az adott üledékréteg relatív foszfor tartalma megnőhet.

Összefoglalás, fontosabb megállapítások

A tavi üledék átlagvastagsága 5 m, a legvastagabb (8 m) a Zala torkolatában, míg a Tihanyi kút körzetében nincs üledékképződés. A mederüledék összetétele az aljzattól felfelé törmelék, tőzeg, majd egyre magasabb karbonát-tartalmú mésziszap. Az 50-70 nyi karbonát ásvány (Mg-kalcit, dolomit, kalcit, protodolomit és aragonit) főleg allochton (anorganikus kicsapódás, fitoplankton anyagcseréjének terméke, héjtöredék), alárendelten autochton eredetű (vízfolyások hordaléka, hulló por). Az iszap további 30-50 a a vízfolyások által beszállított, ill. a parti abrázió által bemosott aleurolit, homok és agyag. A mederfúrásokban harántolt rétegek földtani vizsgálata, elsősorban paleontológiai és izotóp-geokémiai módszerekkel, lehetőséget adott a tó kialakulásának és fejlődéstörténetének megismerésére.
A Balaton helyén a pleisztocén végén, kb. 15.000 - 17.000 év BP között több kis mélységű, tiszta és hideg vizű tavacska alakult ki. Nyugatról kelet felé a vízzel borítottság egyre később következett be. A hőmérséklet melegedésével és az éghajlat csapadékosabbá válásával a vízszint növekedett, a tavakat elválasztó gátak az abrázió hatására fokozatosan megszűntek, és cca. 5.000 év BP. kialakult az egységes vízfelület. Ezt követően a tó vízszintje, az éghajlat váltakozásának függvényében a mai vízszinthez képest 6m és -1m között váltakozott. A tó vize kialakulásakor tiszta volt, de hamar mezo- majd eutroffá vált. A Balaton trofitása fejlődéstörténete során gyakran változott, de általában a mezotrof állapot volt rá a legjellemzőbb. A tó környezetében, a holocén kezdetéig tűlevelű ligetes, majd lombos erdők voltak jellemzőek, az uralkodó éghajlat függvényében.
A tavi üledékek felhalmozódási sebessége a teljes üledékvastagságra vonatkozóan átlagosan 0,4mm/év. Ezt az érték konkrét helyhez kötötten azonban függ a víz alatti áramlások iszapmozgató hatásától, a tó mélységétől, a tóval borított terület nagyságától, a víz minőségétől, továbbá az éghajlattól és a parti területek növénytakaróval borítottságától. A jelenlegi Balaton mederében felhalmozott iszap mennyisége hozzávetőlegesen 1,5-szerese (kb. 2,5-3,0 km3) a víz mennyiségének (kb. 2 km3), azaz a tó a természetes elöregedés fázisába lépett.
A balatoni üledékek komplex földtani kutatásának tudományos eredményei és a kipróbált módszerek gyakorlatban történő alkalmazásai (pl. a kotrási stratégia megalapozása, a lepelkotrás hatékonyságának ellenőrzése, a feliszapolódás mértékének meghatározása, a Kis-Balaton szűrőhatásának vizsgálata, stb.) bizonyítékai annak, hogy a földtan érdemben képes hozzájárulni a Balatont érint környezetvédelmi feladatok megoldásához.

Irodalomjegyzék

BENDEFY L. & V. NAGY I. 1969: A Balaton évszázados partvonalváltozásai. - Műszaki Könyvkiadó, (in Hungarian)
BENDEFY L. 1972: Természeti és antropogén tényezők hatása a Balaton vízállására. Földrajzi Értesítő XXI. 3. pp. 335-358
BODOR E. 1987: Formation of the Lake Balaton palynological aspects. - In: Pécsi M.-Kordos L. (eds.): Holocene environment in Hungary, Geographical Research Institute Hungarian Academy of Sciences, Budapest, 77-80.
BOROS, J. & CSERNY, T. 1983: A Balaton-környék negyedidőszaki képződményeinek építésföldtani jellemzése. - Építőanyag 35/4, 146-152. (in Hungarian with English abstract)
BOROS, J., CSERNY, T., CSILLAG, G. & KURIMAY, Á. 1985: Engineering geological map series of the environs of Lake Balaton, scale 1:50 000, MÁFI, Budapest.
BRUKNERNÉ WEIN A. 1988: Az 1982. évi balatoni aktuálgeológiai kutatás során mélyült fúrások szerves-geokémiai vizsgálata.- Földt. Int. Évi Jel. 1986-ról, 569-582. (in Hungarian with English abstract)
BULLA B. 1958: A Balaton és környéke földrajzi kutatásairól. - Földr. Közlem. 6. (82), 4, 313--324. (in Hungarian)
CHOLNOKY J. 1897: A Balaton limnológiája. - In a Balaton tudományos tanulmányozásának eredményei (I. kötet, III rész). - M. Földrajzi Társaság Balaton-bizottsága. (in Hungarian)
CHOLNOKY J. 1918: A Balaton hidrográfiája. - In: A Balaton tudományos tanulmányozásának eredményei (I. kötet, 2. rész). - M. Földrajzi Társaság Balaton-bizottsága. (in Hungarian)
CSERNY T. 1987: Result of recent investigations of the Lake Balaton deposits. - In: Pécsi, M. & Kordos, L. (eds.). Holocene environment in Hungary. Budapest, Geogr.Res.Ins.Hung.Acad. of Sci. 67-76.
CSERNY T. 1993: Lake Balaton, Hungary. - In Gierlowski-Kordesch, E. & K. Kelts (eds): A Global Geological Record of Lake Basins, Cambridge University Press. 397-401.
CSERNY T. 1997: Environmental geological research in the Lake Balaton region, Geomorph. N.F. 110., 137-144.
CSERNY T. 1999: A Balaton üledékeinek környezetföldtani célú vizsgálata. ? In: "Víz alatti talajok szerepe a tavak környezetvédelmében" tudományos konferencia kötete (szerk. Anda A.), KGI, VEAB és PATE közös kiadványa, Keszthely, 1999., 47-72. (in Hungarian)
CSERNY, T., HERTELENDI, E. & TARJÁN, S. 1995: Results of isotope-geochemical studies in the sedimentological and environmental geologic investigations of Lake Balaton. - Acta Geologica Hungarica, Vol. 38/4, 355-376.
CSERNY, T., HIDVÉGI, M. & TULLNER, T. 1997: A Balaton partvidékének környezetföldtana. - CD-lemez, Országos Földtani Szakkönyvtár, L.sz.: K36/1-6
CSERNY, T. & NAGY-BODOR E. 2000: Limnogeological investigations on Lake Balaton. ? In: Gierlowski-Kordesch, E. & K. Kelts (eds): Lake Basins Through Space and Time, AAPG Studies in Geology 46, 605 ? 618.
ENTZ G. & SEBESTYÉN O., 1942: A Balaton élete. - A Királyi Magyar Term.tud. Társ. Kiadv. (in Hungarian)
ERDÉLYI M. 1963: A Balatonnak és környezetének változásai az ember tevékenysége következtében. - Hidr. Közl. 43/3, 219--224. (in Hungarian with English abstract)
ERDÉLYI M. 1983: A Balaton mélységi vízforgalma, Hidrológiai Közlöny 63./10, 429 ? 476. (in Hungarian with English abstract)
HERODEK, S., LACZKÓ L. & VIRÁG Á., 1988: Lake Balaton: research and management. - Nexus Nyomda Budapest, 110 p.
HERODEK, S. & MÁTÉ, F. 1984: Eutrophication and its reversibility in Lake Balaton (Hungary). Proceedings of SHIGA Conference'84 on Conservation and Management of World Lake Environment, Lecs (Japan).
ISTVÁNOVICS, V., HERODEK, S. & SZILÁGYI F. 1989: Phosphorus adsorption by the sediments of shallow Lake Balaton and its protecting reservoirs. - Water Research 23, 1357--1366.
KÉZ A. 1931: A balatoni medencék és a Zala-völgy. - Term.tud. Közl. pótfüzet. (in Hungarian)
LÓCZY L. 1913: A Balaton környékének geológiai képzdményei és ezeknek vidékek szerinti telepedése. In A Balaton tudományos tanulmányozásának eredményei (I. kötet, I. rész, I. szakasz). - M. Földrajzi Társaság Balaton-bizottsága. (in Hungarian)
MAROSI, S. & SZILÁRD J. 1981: A Balaton kialakulása. - Földr. Közlem. 29(105), 1, 1--30. (in Hungarian with English abstract)
MÁTÉ F. 1987: A Balaton-meder recens üledékeinek térképezése. - Földt. Int. Évi Jel. 1985-rl, 367--379. . (in Hungarian with English abstract)
MÁTÉ, F., VÖRÖS, L., HERODEK S. & ENTZ B. 1981: Eutrophication and induced changes in lake Balaton. - Man and Biosphere Programme Survey of 10 Years Activity in Hungary. Hungarian National Committee for UNESCOMAB Program, Budapest 1981, 167--196.
MIHÁLTZNÉ-FARAGÓ M. 1983: Palynológiai vizsgálatok a Balaton fenékmintáin. - Földt. Int. Évi Jel. 1981-rl, 439--448. (in Hungarian with English abstract)
MIKE K. 1976: A Balaton kialakulása és fejldése. - Vízrajzi Atlasz-sorozat 21. (in Hungarian)
MEDVE A. 1996: A Balaton vizének és holocén üledékének stabil izotópos vizsgálata, Szakdolgozat, ELTE Alkalmazott és Környezetföldtani Tanszék, Budapest, p 168
MÜLLER G. 1970: High-magnesian Calcite and Protodolomite in Lake Balaton (Hungary) Sediments. - Nature. 226/5247, 749--750.
MÜLLER, G. & WAGNER F. 1978: Holocene carbonate evolution in Lake Balaton (Hungary): a response to climate and impact of man. - In: Modern and ancient lake sediments. Blackwell Sci. Publ., 57--81.
NAGY, A., ELBAZ-POLICHET, F., CSERNY, T. & POMOGYI, P. 1996: Nyomelem geokémiai kutatások a Zala -- Kis-Balaton -- Keszthelyi-öböl területén. Kis-Balaton Ankét 1996. Összefoglaló értékelés a KBVR 1991-1995. közötti kutatási eredményeiről, 106-117. (In Hungarian)
NAGY-BODOR, E. & CSERNY, T. 1998: A balatoni öblök vízborítottságának fejlődéstörténete a palynológiai vizsgálatok eredményei alapján. - Hidrológiai Közlöny 78. 1988/5-6., 360-363. . (in Hungarian with English abstract)
PAPP P. 1992: A Balaton környékének két földtani térképezésérl. - In Bíró, P. (ed.): 100 éves a Balaton-kutatás. - XXXIII. Hidrobiológus Napok Tihany, 1991, 130?139. (in Hungarian)
RÓNAI A. 1969: The geology of Lake Balaton and surroundings. - Mitt. Internat. Verein Limnol. 17, Stuttgart, 275?281
SOMLYÓDY L. 1983: A Balaton eutrofizálódása. - VITUKI Közlem. 38, 62 p. (in Hungarian)
SZESZTAY K. et al. 1966: A Balaton feliszapodásával kapcsolatos kutatások 1963-1964, Kézirat. (in Hungarian)
VÖRÖS L., V. BALOGH K., MÁTÉ F. & LIGETI L. 1984: A feltöltdés meghatározása paleolimnológiai módszerekkel. - Vízügyi Közlem. 66/1, 104--113. (in Hungarian with English abstract)
ZÓLYOMI B. 1952: Magyarország növénytakarójának fejldéstörténete az utolsó jégkorszaktól. - MTA Biol. Oszt. Közl. 1. (4), 491-543. (in Hungarian with German abstract)
ZÓLYOMI B. 1987: Degree and rate of sedimentation in Lake Balaton. - In Pécsi, M. (ed.): Pleistocene environment in Hungary (Contribution of the INQUA Hungarian National Committee to the XIIth INQUA Congress Ottawa, Canada 1987), 57--79.
ZÓLYOMI, B. & NAGY L.-NÉ. 1992: A Balaton múltja a pollensztratigráfiai vizsgálatok tükrében. - In Bíró, P. (ed.): 100 éves a Balaton-kutatás, XXXIII. Hidrobiológus Napok Tihany, 1991, 25 - 32. (in Hungarian)

Ábrajegyzék

1.ábra: a balatoni mederfúrások és geofizikai szelvényvonalak helyszínrajza
2.ábra: a Balaton negyedidőszaki tavi üledékeinek elvi rétegoszlopa (General geological sequence of the Quaternary lacustrine sediments of Lake Balaton)
3.ábra: a Balaton üledékvastagság térképe (Map of mud thickness of Lake Balaton)
4.ábra: A mederfúrások tőzegrétegeinek radiokarbon kora, részmedencénként, a mélység függvényében
5.ábra: Korrelációs kortáblázat
6.ábra: A mederfúrások korrelációs táblázata (Cserny T. szedimentológiai, Hertelendi E. radioizitóp és Nagyné Bodor E. palinológiai adatai alapján)
7.ábra: Mederfúrások rétegsorainak stabilizotóp (18O és 13C) értékei (Stable isotope values (18O and 13C) of drilling sequences)
8.ábra: Balatoni negyedidőszaki karbonátos üledékek stabilizotóp (18O és 13C) értékeinek korrelációja (Correlation of stable isotope values (18O and 13C)in the Quaternary calcareous sediments of Lake Balaton)
9.ábra: Tó-22 sz. fúrás rétegsorának radioaktív (137Cs) szelvénye (Radioactive (137Cs) profile of the drilling Tó-22)
10.ábra: A Balaton vizének néhány nyomelemértéke (Some trace element values in the water of Lake Balaton)
11.ábra: A Tó-33. sz. fúrás rétegsorának foszfortartalma extrahálhatóság szerinti eloszlásban (Phosphorous content in the profile of drilling Tó-33 in a distribution according to its extractibility)

A cikk előadás formában, Powerpoint alakban is megtekinthető, ha ide kattint.