Kiderült, milyen folyamat okozhatta a Föld lehűlését az elmúlt 16 millió évben - legalábbis amíg az emberi tevékenység nem szólt közbe

Az északi és déli sarkot, Grönlandot, Alaszka és Kanada egyes részeit kiterjedt jégtakarók borították; az Alpok és más magasabb szélességeken lévő hegyvonulatok völgyeit gleccserek töltötték ki. Európában korai mamutpopulációk éltek. Közel 2.5 millió éve, a földtörténeti negyedidőszak kezdetén egy ilyen, eljegesedő bolygó fogadta volna a Földre látogatókat.

Ez a máig tartó, glaciális és interglaciális periódusok váltakozásával járó negyedidőszaki jégkorszak egy nagyjából 16 millió évvel ezelőtt kezdődő, szinte folyamatos lehűlési trend eredménye. A neogén, 23 milliótól 2,58 millió évvel ezelőttig tartó földtörténeti korszakban bekövetkező klimatikus változás pontos okai mindeddig tisztázatlanok voltak. Az eddig uralkodónak tekinthető hipotézis szerint az elmúlt néhány millió évben a kőzetek megnövekedő sebességű kémiai mállása tehető felelőssé a légköri szén-dioxid és ezzel a globális átlaghőmérséklet hosszútávon mutatott csökkenéséért.

A Föld átlaghőmérsékletének alakulása az elmúlt 540 millió évbenIllusztráció: Glen Fergus/Wikipedia, Tóth András/Qubit.hu

Egy új vizsgálat most ezt a feltételezést látszik megcáfolni. Egy svájci és egy amerikai egyetemen, illetve egy német kutatóintézetben dolgozó kutatóhármas által írt, a Nature-ben a múlt héten megjelent tanulmány egy új, számítógépes modellel alátámasztott hipotézist javasol a lehűlési trend magyarázatára. Eszerint a változásért a felszíni ásványok megnövekedett kémiai reakcióra való hajlandósága, így szén-dioxid-elnyelése volt a felelős, nem pedig a mállás sebességének növekedése.

A Föld átlaghőmérséklete, ami  kb. 12 Celsius-fokkal volt magasabb, mint ma, kisebb megszakításokkal az 55 millió évvel ezelőtti paleogén-eocén hőmérsékleti maximum (PETM) óta csökkenő tendenciát mutatott, lehetővé téve az emlősök virágzását és fajunk kialakulását. Az emberi tevékenység által okozott globális felmelegedés teljesen felborítja a földi klíma természetes alakulását és a geológiai időskálán zajló folyamatokat, és a negyedidőszaki jégkorszak végét jelentheti. A pesszimista forgatókönyvek alapján pedig a globális felmelegedés akár az 55 millió évvel ezelőtti PETM körüli állapotba röpítheti vissza bolygónk klímáját.

Az ehhez az új tanulmányhoz hasonló, a Föld ősi légköri és környezeti viszonyait vizsgáló paleoklimatikus kutatások kulcsfontosságúak a Föld éghajlatát befolyásoló folyamatok jobb megértéséhez. Ez még inkább egyértelművé válik, ha figyelembe vesszük, hogy a földtörténet öt tömeges kihalása közül négyért drasztikus klimatikus változások voltak felelősek.

Az erózió nőtt, de a felszín mállása nem gyorsult fel

Bolygónk klímáját több milliárd évig részben a kőzetek kémiai mállása szabályozta. Az esővízben feloldódó légköri szén-dioxid gyengén savas szénsavat hoz létre, amely a mészkőben található kalcium-karbonáttal reakcióba lépve vízben könnyen oldódó kalcium-bikarbonátot képez, amely feloldódik az esővízben.

Kémiai mállásnak kitett mészkő az angliai Yorkshire-banForrás: Childzy/Wikipedia

A neogén lehűlés eddig elfogadott magyarázata az Alpokhoz, az Andokhoz vagy a Himalájához hasonló magashegységek formálódásához és kőzeteinek mállásához kötődött. A hipotézis alapján ebben a 15-20 millió éve elkezdődött időszakban a fenti hegyvonulatok miatt megtöbbszöröződött a kőzetek mállása, ami egyre több szén-dioxidot távolított el a Föld légköréből. Eddig úgy tűnt, hogy ez a geológiai folyamat vezetett végül a negyedidőszakra kiteljesedő eljegesedéshez.

„Ezzel a hipotézissel azonban van egy nagy probléma. Ha a légkör tényleg annyi szén-dioxidot veszített, mint amennyit az elképzelt erózió okozott volna, alig lett volna maradék szén-dioxid a légkörben kevesebb mint egy millió évvel később. Minden megfagyott volna a felszínen, és az élet nehezen tudta volna átvészelni ezt az időszakot. De nem ez történt.”

- mondta Friedhelm von Blanckenburg, a potsdami GFZ német földtudományi kutatóközpont munkatársa, aki a zürichi ETH egyetemen kutató Jeremy Caves-Rugensteinnel és a Stanford Egyetemen kutató Dan Ibarrával együtt írta a Nature által közölt cikket.

A korábbi elgondolás már eleve bizonytalan lábakon állt, von Blackenburg egy 2010-ben, szintén a Nature-ben megjelent tanulmánya miatt. Az a berillium 10-es és 9-es tengeri izotóp arányainak vizsgálatával kimutatta, hogy a földfelszín kémiai mállásának sebessége egyáltalán nem növekedett a kérdéses időszakban, és nagyjából állandó volt az elmúlt 16 millió évben.

De akkor miért nyelt el több szén-dioxidot a földfelszín?

A mostani tanulmányukban a kutatók a berillium mellett az akkumulátorok kulcsfontosságú összetevőjének, a lítiumnak a tengeri mintákban megtalálható 6-os és 7-es stabil izotópjait használták fel annak kiderítésére, hogyan csökkenhetett a légköri szén-dioxid szintje a neogén korszakban, ha egyébként a felszíni kémiai mállás intenzitása állandó volt.

Von Blackenburgék  lítium- és berillium-izotóparányokból nyert adataikat a globális szénciklust az elmúlt 16 millió évben modellező számítógépes szimulációba táplálták, ami meglepő eredményt adott. A modell megmutatta, hogy az állandó 10Be/9Be berillium és a növekvő 7Li/6Li izotóparány a tengeri üledékes mintákban, valamint a csökkenő szén-dioxid szint összeegyeztetéséhez a felszíni kőzetek reaktivitásának növekedésére volt szükség.

„A reaktivitás azt írja le, hogy mennyire könnyen vesznek részt a kémiai anyagok vagy elemek egy reakcióban. Ahhoz, hogy ez megnövekedjen, egy geológiai folyamatra van szükség, amely újrafiatalítja a felszínt.”

- magyarázta von Blackenburg.

Ha tehát több, a kémiai mállás hatásától mindaddig eltakart, frissen előbukkanó, esetleg eleve „reaktívabb” ásványok kerülnek a felszínre, ezek több szén-dioxid elnyelésére képesek. Mindez magyarázza a szén-dioxid-szint csökkenését a 16 millió évvel ezelőttől az ipari forradalomig tartó korszakban, a mállás felgyorsulása nélkül. A szakemberek szerint a felszín megújulása alatt alapvetően nem nagy hegységrendszerek kialakulását kell érteni, hanem kicsivel jobb eróziós potenciállal rendelkező kőzetek felszínre kerülését.

A kutatás mindemellett arra is utal, hogy a Föld a korábban gondoltnál valamennyivel védettebb lehet a szénciklus zavaraival szemben. Ez talán valamennyivel csökkentheti az emberi tevékenység miatt növekvő légköri szén-dioxid-szint negatív hatását az óceánok kémiai egyensúlyára.

Childzy/Wikipedia