Fordulatot hozhat az ősi klíma kutatásában egy magyar eredmény | MTA

Fordulatot hozhat az ősi klíma kutatásában egy magyar eredmény

A cseppkövek felületén képződő amorf, vagyis kristályos szerkezet nélküli kalcium-karbonát jelentősen módosítja a barlangi karbonátokon alapuló paleoklimatológiai eredményeket – állítja a Demény Attila akadémikus által vezetett kutatócsoport a Nature folyóiratcsaládhoz tartozó Scientific Reports folyóiratban megjelent publikációjában. 

2017. január 6.

Egy A teljes cikk itt olvasható.terület klímaváltozás során mutatott viselkedésének meghatározására a viszonylag rövid időtávot átfedő meteorológiai adatsorok elemzésén kívül a múltbeli klímakörülmények vizsgálata szolgáltat adatokat. A cseppkövek a paleoklíma-kutatás legfontosabb tárgyai közé tartoznak, a barlangi karbonátképződmények információkat szolgáltatnak a régmúlt hőmérséklet- és csapadékviszonyairól.

Magyar kutatók az UNESCO Világörökséghez tartozó Baradla-barlangban végeztek vizsgálatokat az Aggteleki Nemzeti Park támogatásával, amelynek során a cseppkövek és egyéb barlangi karbonátképződmények képződési mechanizmusát és paleoklimatológiai alkalmazhatóságát vizsgálták. A munkában az MTA CSFK Földtani és Geokémiai Intézet, az MTA TTK Anyag- és Környezetkémiai Intézet, az ELTE TTK Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék kutatói és a Stieber Bt. barlangi szakértői vettek részt, a projektet az Országos Tudományos Kutatási Alap (OTKA) finanszírozta.

Éves rétegzettséget mutató, a gyűjtéskor aktívan képződő cseppkő a Baradla-barlangból Forrás: MTA CSFK

Cseppkőbe zárt cseppek mesélnek a múltról

A cseppkövek növekedése során a karbonátfelszín inhomogén fejlődése miatt a lecseppenő víz kis része zárványként bezáródik, ami a karbonát belsejében optikai mikroszkópban is látható. A bezárt oldat a csepegővizet és így a barlang fölött lehulló csapadékvizet reprezentálja. A csapadékvíz stabil hidrogén- és oxigénizotóp-összetétele (2H/1H és 18O/16O aránya) a klimatikus körülményektől függ (hőmérséklet, csapadékmennyiség- és eredet stb.), így ez az információ megjelenhet a bezárt oldatzárványokban is.

Cseppkőbe zárt oldatzárványok Forrás: MTA CSFK

A cseppkövek oldatzárványainak stabilizotópos elemzésével csak néhány laboratórium foglalkozik a világon, ezek között van a Földtani és Geokémiai Intézet laboratóriuma is, ahol új módszert dolgoztak ki a bezárt víz hidrogén- és oxigénizotóp-összetételének meghatározására.

Az adatokból mind a csapadékvíz eredete (az Atlanti-óceánból vagy a Földközi tengerből származó párából képződő csapadék), mind a karbonátkiválás hőmérséklete meghatározható, feltéve, hogy az elemzés megfelelően pontos, és a cseppkőréteg kiválása után nem történt változás az összetételben. A kutatócsoport megfigyelte, hogy a 10 °C alatti barlangok esetében a karbonátba zárt oldatzárványok víztartalmának oxigénizotóp-összetétele eltér a kiindulási értékektől. Legújabb eredményeik arra utalnak, hogy az eltérést amorf kalcium-karbonát kristályos karbonáttá (kalcittá) történő átkristályosodása okozza. A folyamat során megváltozik a karbonát és a víz közötti egyensúly, az új egyensúlyi körülményekhez való közeledéssel pedig módosul a víz összetétele.

Az MTA CSFK Földtani és Geokémiai Intézetben a cseppkövek oldatzárványainak vizsgálatára létrehozott és lézerspektroszkóphoz csatolt vákuumrendszer Forrás: MTA CSFK

Hűvös érzetű a barlang? Segít az ACC!

Az amorf kalcium-karbonát (ACC) egy instabil karbonátmódosulat, amely percek alatt átkristályosodik, vagyis szokványos mintagyűjtéssel csak az ACC-ből átalakult kalcit vizsgálható. Ennek elkerülésére a kutatócsoport egy innovatív mintagyűjtési és -elemzési protokollt dolgozott ki, a további nagyműszeres vizsgálatokhoz használt mintatartót közvetlenül helyezték a barlangi csepegővíz alá, majd a mintát hűtve szállították a laboratóriumba, ami megakadályozta az ACC átalakulását.

Így a világon elsőként mutatták ki az ACC kiválását a barlangi csepegővízből, majd átalakulását a tárolás során. A kutatócsoport széles nagyműszeres arzenált vetett be, pásztázó és transzmissziós elektronmikroszkópoktól a Magyar Tudományos Akadémia támogatásával beszerzett infravörös spektrométerig és mikro-röntgendiffraktométerig. Az ACC jelenlétének kimutatása mellett meghatározták annak stabilizotópos tulajdonságait is, amivel konkrét adatokkal sikerült alátámasztani a korábbi feltételezést, hogy az amorf kalcium-karbonát oxigénizotóp-összetétele eltér a kristályos kalcitétól, így a kalcittá történő átalakulás a feltétezéseknek megfelelően változtatja meg a karbonát-víz egyensúlyi rendszert.

Az MTA infrastrukturális támogatással beszerzett Rigaku Dmax Rapid II típusú mikro-röntgendiffraktométer Forrás: MTA CSFK

Tekintettel arra, hogy az amorf karbonát elsősorban 10 °C alatti hőmérsékleten válik ki, a hatás elsősorban a Bradtke-féle index szerint hűvös érzetű típusba sorolt barlangokban képződő cseppköveket érinti, míg a trópusi területek cseppköveiben ez a folyamat nem fordul elő. Ez megmagyarázhatja azt a megfigyelést, hogy egyes tanulmányok szerint felhasználható az oldatzárványok oxigénizotóp-összetétele a paleoklimatológiai értelmezéshez, míg mások problémás adatokról számoltak be. Az átkristályosodásra való hajlam nem csak a zárványok szempontjából érdekes, mivel az átkristályosodás során a karbonátszerkezet nyitottá válik a külső oldatok számára, és így az egyéb, paleoklimatológiai szempontból fontos kémiai összetételek is megváltozhatnak. Az új tanulmány felhívja a figyelmet erre a várhatóan számos barlangban előforduló jelenségre, valamint egy sor fontos és további kutatást igénylő kérdést vet fel az ACC képződésével és stabilitásával kapcsolatban, a barlangi csepegővíz kémiai összetételétől a mikrobiális folyamatok szerepéig.

Demény Attila akadémiai székfoglaló előadását hasonló témában 2017. január 17-én tartja. A részletekről itt olvashatunk.

A címlapkép forrása Flickr/alliecat1881.