Egy új tanulmány szerint nem a vulkánkitörések okolhatók a globális felmelegedésért
Mivel éghajlatunk a történelmi mértéket meghaladóan melegszik, a tudósok rájöttek: a múlt éghajlatát kell tanulmányozniuk ahhoz, hogy információt kapjanak a jövőnkről. A tanulmány egyik tárgya a miocén klímaoptimum (MCO) néven ismert, körülbelül 17-15 millió évvel ezelőtti felmelegedési esemény. Ez egybeesett a bazaltláva áradásával, amely az Egyesült Államok északnyugati részének nagy területét érintette, létrehozva az úgynevezett „Columbia-folyó bazaltjait”. Ez arra utal, hogy a vulkáni széndioxid-kibocsátás okozta a felmelegedést.
Ezek a kitörések voltak a legfrissebb példái a „nagy vulkáni tartományoknak” – egy olyan jelenségnek, amely bolygónk múltjában többször is okozott éghajlati változásokat és tömeges kihalásokat. A miocén változat viszonylag jóindulatú volt. A CO2-szint és a globális hőmérséklet ugyan emelkedett, ami ökoszisztéma-változásokat és az antarktiszi jég jelentős olvadását okozta, de nem váltott ki tömeges kihalást.
A Geology című folyóiratban most megjelent tanulmány, amelyet Jennifer Kasbohm, a Carnegie Science’s Earth and Planets Laboratory munkatársa vezetett, megdönti azt az elképzelést, hogy a kitörések váltották ki a felmelegedést, ugyanakkor továbbra is őket okolja az éghajlati csúcsmelegért.
A tanulmány a világon elsőként alkalmazza sikeresen a nagy pontosságú radiometrikus kormeghatározást az óceáni üledékek fúrásával nyert éghajlati adatokon, ami lehetővé teszi a múltbeli éghajlati változások jobb mérését.
Egy múltbeli éghajlat a mai CO2-szintekkel
Thomas Westerhold, a Brémai Egyetem munkatársa szakértőként értékelte Kasbohm tanulmányát. Bár a CO2-szintünk megfelel, a globális hőmérséklet még nem érte el az iparosodási korszakhoz képest legfeljebb 8 °C-kal magasabb miocén klímaoptimum-hőmérsékletet. „Az úgynevezett jégház világból… teljesen ellentétes irányba mozdítjuk el a Föld rendszerét” – mondta Westerhold.
Amikor Kasbohm 2015-ben elkezdte vizsgálni a bazaltok és az miocén klímaoptimum (MCO) felmelegedése közötti kapcsolatot, azt tapasztalta, hogy az összefüggésnek hatalmas bizonytalanságai vannak. Ezért nagy pontosságú radiometrikus kormeghatározást alkalmazott, amely a cirkon kristályokban rekedt urán radioaktív bomlását használja a bazaltok korának meghatározásához. Megállapította, hogy az új korok már nem fedik le az MCO felmelegedést. „Az összes ilyen kitörés a miocén klímaoptimumnak csak egy kis részébe zsúfolódott bele” – mondta Kasbohm.
De az MCO dátumait illetően is hatalmas bizonytalanságok voltak, így lehetséges, hogy emiatt alakult ki az eltérés. Kasbohm nekilátott, hogy ugyanezt a nagy pontosságú kormeghatározást alkalmazza az MCO-t rögzítő tengeri üledékekre is.
Egy régi probléma új megközelítése
„Ez az első alkalom, hogy valaki ezt a technikát alkalmazza az óceáni fúrómagok üledékeire, és ez igazán izgalmas!” – mondta Kasbohm.
A tengerfenékről fúrt óceáni üledékek keletkezésének időpontját általában a fosszilis változások, a mágneses mező megfordulása és az üledékrétegek mintázatának a csillagászok által kiszámított pályaingadozásokkal való összehangolása alapján határozzák meg. E módszerek mindegyike bizonytalanságokkal jár, amelyeket tovább erősítenek a fúrási folyamat által az üledékben keletkezett hézagok és az anyag lerakódása során keletkezett természetes hézagok.
A bizonytalanságok miatt az MCO időzítése nem volt egyértelmű.
A miocén idején a Karib-tengerbe hullott vulkáni hamuból származó cirkonkristályok.
A radiometrikus kormeghatározás megkerülné ezeket a bizonytalanságokat. Csakhogy körülbelül 15 évvel ezelőttig a radiometrikus datálások olyan nagy hibákat mutattak, hogy emiatt alkalmatlanok voltak az olyan kérdések megválaszolásához, mint amilyen pl. a MCO kormeghatározása. A technikának általában egy kilogrammnyi anyagra van szüksége ahhoz, hogy elegendő urántartalmú cirkon kristályt találjon, míg az óceáni fúrómagokból csak grammnyi anyagot lehet kinyerni.
A tudósok azonban jelentősen csökkentették e korlátok mértékét.
A megfelelő anyagra volt szükség
Kasbohmnak olyan fúrómagra volt szüksége, amely egyaránt tartalmazott miocén üledékeket és vulkáni hamurétegeket. A vulkáni hamu tartalmazza az urán-ólom dátumokhoz használt cirkon kristályokat, emiatt a hamurétegek úgy működnek, mint az üledékrétegek közé illesztett könyvjelzők, amelyek a szekvencia meghatározott pontjait datálják.
A kutató megtalálta azt a magot, amelyet 1996-ban egy fúrás alkalmával nyertek ki a Karib-tenger medréből Nicaragua és Jamaica között. „Azt hiszem, ez főként a helyszínnek köszönhető” – mondta Kasbohm. A helyszín ugyanis szélárnyékban van, védve a sok cirkont tartalmazó hamut termelő vulkánoktól.
Az apró cirkon kristályokat el kell választani a mintában lévő összes anyagtól – ez rendkívüli gondosságot igényel a szennyeződés elkerülése érdekében.
A cirkonok elkülönítésére Kasbohm többféle módszert is alkalmazott, többek között a klasszikus aranymosási technikát. Ezután savban áztatta a cirkonokat, hogy lemarja az egyes kristályok sérült részeit, mielőtt tömegspektrométerrel megmérte a hamu kitörése óta ólommá bomlott urán mennyiségét, így meghatározva annak a korát.
Kasbohm és munkatársai éghajlati proxieket is mértek az üledékekből: oxigénizotópokat a hőmérséklet-változások meghatározásához és szénizotópokat, amelyek a szénciklus változásait tükrözik.
Meglepő módon az eredmények azt mutatták, hogy az MCO felmelegedése körülbelül 200 000 évvel az árvízi bazaltkitörések előtt kezdődött. „Ez nem egyezik… először a felmelegedés, majd a vulkanizmus – ez nem a szokásos ok-okozati kronológia!” – jegyezte meg Kasbohm.
A felmelegedés eddig feltételezett kezdetével kapcsolatos eltérés ellenére a tanulmány egyezést talált a kitörések és a későbbi csúcsmelegedés között az MCO alatt. „Határozottan látható, hogy a miocén klímaoptimum legnagyobb tartós melegedési intervalluma egybeesik a Columbia folyó bazaltjainak kitörésével” – mondta Kasbohm.
A bazalt megrekedt a kéregben
Megmagyarázhatja-e egyetlen tényező a vulkánkitörések előtti felmelegedést és a kitörésekkel járó csúcsmelegedést?
Tian és Buck kimutatták, hogy a bazaltmagmának felhajtóerő-problémája van, ezért hajlamos a kéregben elakadni, és vízszintes alakú lapokba, úgynevezett „küszöbökbe” gyűlni. Ahogy azonban egyre több és több küszöb képződik, a kéreg egyre sűrűbbé válik, ami felerősíti a magma felhajtóerejét. Ezután képes teljesen a felszínre emelkedni és kitörni a talajból. Tian és Buck számításai szerint ez a folyamat több százezer évig tart, és minden egyes küszöb CO2-t bocsát ki, miközben lehűl. Ezek az üvegházhatású gázkibocsátások megmagyarázhatják, hogy miért kezdődött a felmelegedés a bazaltok kitörése előtt.
Lassan leáldozik az amerikai óceáni fúrások ideje: idén leselejtezik a JOIDES Resolution fúróhajót.
Ez magyarázatot adhat a bazaltkitörések és az éghajlati hatások időzítése közötti kis eltérésekre, amelyeket más nagy vulkáni tartományok esetében, például a perm-triász végi tömeges kihalásoknál figyeltek meg. Hasonlóképpen jelentős éghajlati felmelegedés következett be a kréta végén, mielőtt a Dekkán-csapdák láváinak fő mennyisége kitört Indiában.
Thomas Gernon, a Southamptoni Egyetem professzora, aki nem vett részt Kasbohm tanulmányában, egyetért, és azt mondja: „valószínű, hogy ezeknek az árvízi bazaltoknak a felszínre kerülése… hozzájárult az éghajlat tartós felmelegedéséhez”, bár megkérdőjelezi a kapcsolatot a földalatti magma és az MCO között.
„A miocén felmelegedés és a vulkanizmus kezdete közötti 200 000 éves időintervallum nem illik bele az olyan nagy vulkáni tartományok, mint a Columbia River bazaltok megértésébe” – mondta Gernon. „A legegyszerűbb magyarázat tehát az, hogy nem a Columbia-folyó bazaltjai váltották ki a miocén klímaoptimumot, ami felveti a kérdést, hogy akkor mi volt az ok.”
Csillagászati modellek megerősítése
A nagy pontosságú radiometrikus kormeghatározás első sikeres alkalmazásának jelentősége a fúrómagokban lévő tengeri üledékekre messze túlmutat a miocén klímaoptimumon. A több százmillió éves geológiai éghajlati adatok révén megnyitja az utat a környezeti változások jobb megértéséhez.
„Ez tényleg kiemelkedő” – mondta Westerhold az újságról.
Az üledékek kormeghatározása céljából Westerhold a csillagászok által kiszámított pályaingadozásokat használja fel: „Ezek az ingadozások olyan vonalkódhoz hasonlítanak, amelyet a csillagászok képesek reprodukálni. Ha illeszkednek a vonalkódokhoz, akkor meg lehet határozni a keletkezési időt” – magyarázta Westerhold.
Kasbohm és munkatársai összehasonlították eredményeiket a Csendes-óceán két olyan helyéről fúrt üledékekkel, amelyek szintén rögzítették az MCO-t. Ezek az üledékek az orbitális „vonalkódok” segítségével kelteztek, ám nem úgy Kasbohm karibi magja. A csendes-óceáni magok esetében a kiszámított korok közel álltak Kasbohm karibi magjának radiometrikus korához.
„Erre bizony felkapja az ember a fejét” – mondta Westerhold – „hiszen két különböző módszerrel elért két eredményről van szó: semmi közük egymáshoz, mégis ugyanarra a megoldásra jutottak”.
Ez azt mutatja, hogy a csillagászok bolygópálya-modelljei a mélyidőben is érvényesek. „Ez alapvetően a pályaelmélet alapvető megerősítése” – mondta Westerhold.
A régi mag újszerű felhasználása…
A tudományos óceánfúrások munkagépét, a JOIDES Resolution 2024-ben leselejtezik. Nincs arra utaló jel, hogy ezt a gépet idővel pótolnák, pedig közel 500 kilométernyi magot termelt, amelyet Texasban, Németországban és Japánban tárolnak. Ezen régi magok révén Kasbohm tanulmánya új eredményeket hozhat.