Przewidywanie zmian klimatu na podstawie skamieniałego fotosyntezującego planktonu
Aby dowiedzieć się, jak klimat zmieni się w przyszłości w odpowiedzi na rosnące stężenia dwutlenku węgla w atmosferze, warto spojrzeć w przeszłość, w czasy, gdy warunki na Ziemi były podobne. Istnieje konieczność zwiększenia dokładności wskaźników poziomu dwutlenku węgla i temperatury powierzchni morza, szczególnie w przypadku mórz tropikalnych. Naukowcy potrzebują nie tylko informacji o trendach zmian temperatury oceanów, ale także dokładnych szacunków dotyczących wartości bezwzględnych z odległej przeszłości. Korzystanie z bieżących wskaźników wiąże się z ograniczeniami, przez co szacunki te nie są wiarygodne. Celem finansowanego ze środków UE projektu EPISODE było przetestowanie wskaźnika na potrzeby oceny dawnych temperatur powierzchni oceanów, szczególnie w erze kenozoicznej, która rozpoczęła się 66 mln lat temu i trwa do dziś. Prace badawcze w ramach projektu zostały zrealizowane dzięki wsparciu udzielonemu w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”. Kokolitofory są powszechnie występującym w ocenach typem fitoplanktonu. Odpowiadają one za połowę węglanów wytwarzanych w oceanach, co czyni je istotnymi modulatorami klimatu. Wiążą dwutlenek węgla w materii organicznej podczas fotosyntezy, procesu wymagającego światła. W związku z tym żyją w siedliskach w pobliżu powierzchni oceanu. „Badając skamieniałe kokolity z użyciem metod geochemicznych, można zatem uzyskać informacje na temat stanu powierzchni oceanów w przeszłości, czyli dane niezwykle przydatne przy opracowywaniu modeli klimatu”, wyjaśnia Luz María Mejía, adiunkt na Politechnice Federalnej w Zurychu i kierowniczka badań w projekcie EPISODE.
Kalcytowy szkielet zewnętrzny
Kokolitofory wytwarzają blaszki kalcytowe nazywane kokolitami, które stanowią ich szkielet zewnętrzny. Szkielety takie przebadano z zastosowaniem stosunkowo nowej techniki, nazywanej termometrią opartą na izotopach skupionych. Metoda ta pozwala szacować temperatury powierzchni oceanu na podstawie analizy zbudowanych z kokolitów egzoszkieletów węglanowych: naukowcy zliczają wiązania 13C-18O nadmiarowe w porównaniu do rozkładu losowego. Wiązania te są stabilniejsze w niższych temperaturach, dlatego pomiar liczby wiązań obecnych w skamieniałościach może ujawnić warunki temperaturowe, w jakich żyły te organizmy. „Co istotne, pomiar ten jest zupełnie niezależny od składu izotopowego i chemicznego wody morskiej. Odróżnia go to od innych powszechnie stosowanych wskaźników temperatury”, dodaje Mejía.
Obiecujące wyniki
„W ramach tego projektu wykazaliśmy, że izotopy skupione zawarte w kokolitach mogą być bardzo przydatne podczas rekonstrukcji temperatur warstwy dobrze wymieszanej”, mówi Mejía. Zespół odczytywał podobne temperatury podczas pomiarów z użyciem kokolitów rożnych rozmiarów, co wydaje się udowadniać wiarygodność zastosowanej techniki. Porównanie temperatur uzyskanych na bazie kokolitów ze współczesnego Morza Islandzkiego i pomiarów satelitarnych potwierdza, że wskaźnik ten jest dokładny. „Co najważniejsze, badania izotopów skupionych zawartych w kokolitach wskazują, że 15 mln lat temu temperatury Północnego Atlantyku faktycznie były wyższe od dzisiejszych, ale nie tak wysokie jak mogą sugerować inne wskaźniki. Oznacza to, że arktyczne wzmocnienie w przypadku ocieplania się klimatu jest łagodniejsze oraz że przyszłe ocieplenie na wysokich szerokościach geograficznych wywołane przez antropogeniczny CO2 może nie być tak znaczne, jak wynikało z poprzednich szacunków”, zaznacza Mejía. Mejía będzie kontynuować badanie na Uniwersytecie w Bremie. „Użycie tej metody do badania starszych kokolitów pochodzących zarówno z wysokich, jak i niskich szerokości geograficznych może dostarczyć dodatkowych informacji o temperaturach warstw dobrze wymieszanych w ciepłych klimatach oraz o czułości klimatu Ziemi na wzrost stężenia CO2 w cieplejszych okresach”, wyjaśnia.
Słowa kluczowe
EPISODE, kokolit, szkielet zewnętrzny, izotop, zmiana klimatu, wskaźnik paleoklimatyczny
