Historie planety skrytá v oceánu
Když chcete zjistit, jaké bylo počasí před sto lety, podíváte se do dobových novin. Pokud toužíte znát počasí před tisícem let, při troše štěstí najdete zmínku v kronikách. Desetitisíce let staré informace o klimatických dějích jsou ukryté v masivech ledovců polárních oblastí. A archiv milion let starého počasí najdete na dně moří a oceánů.
Oceány pokrývají více než 2/3 povrchu naší planety, jsou nejen kolébkou života, ale vzniká v nich i mnoho usazených hornin. Je to vlastně taková kronika geologické historie Země. V každé hloubce moře se ukládá jiný druh usazenin. Nejblíže u břehu se ukládají materiály přinesené řekami z kontinentů, najdeme tam také plno schránek měkkýšů. Tam, kde je moře hlubší, jich už tolik nežije, a proto se v usazeninách vyskytují většinou schránky jednobuněčných organismů, prvoků. Jedná se o plankton, který se vznáší ve vodě a po smrti klesá ke dnu. Pokud půjdeme ještě hlouběji, několik kilometrů pod hladinu moře, do oblasti věčné tmy, tam se ukládají jenom rudé jíly, v nichž žádné stopy života nenacházíme. Podle toho, co je v usazenině uloženo, se dá poznat, v jaké hloubce daná hornina vznikla. A odhad hloubky je dokonce velmi přesný, plus mínus 100 metrů.
Je tedy možné odhadnout, jak hluboké bylo moře na příslušném místě třeba 2 miliony lety, k tomu ale potřebujeme znát podmínky v místě, kde byl vzorek odebrán. Množství usazeniny může totiž ovlivnit například to, jak se daří mikroorganismům a kolik materiálu přinášejí do této oblasti řeky.
Vysvětlí nám to Jaroslav Kadlec z geologického ústavu AV.
Například do Atlantského oceánu ústí 2/3 světových řek, a proto je sedimentární rychlost v tomto moři vyšší než například v oceánu Tichém. To znamená, že například 1 cm hlubokomořských sedimentů z Atlantského oceánu může reprezentovat období dlouhé stovky až tisíce let, zatímco vzorek o stejné tloušťce z Tichého oceánu reprezentuje desetitisíce let.
Kdybychom tedy vyvrtali na dně Tichého oceánu otvor do hloubky 1,5 metru, dostaneme se ke vzorkům usazeným před více než 2 miliony let. Vědci dokonce tvrdí, že pro období posledních zhruba 2,5 milionu let jsou tyto hlubokomořské usazeniny nejvýznamnějším přírodním archivem. Jak je možné z těchto válců kamene něco přečíst?
J. Kadlec: Je to možné na základě studia izotopů kyslíku. Konkrétně izotopů O18 a O16, které se v přírodě vyskytují v poměru 1:500. Koncentrace těchto izotopů se měří v karbonátových schránkách mořských organismů, které se označují jako Foraminifera, tedy dírkonošci. Tento prvok si bere z mořské vody pro stavbu svých karbonátových schránek oba izotopy a po ukončení jeho životního cyklu klesají schránky na mořské dno, kde se usazují v sedimentech. Jakmile se změní izotopické složení mořské vody, je tato změna zaznamenána i ve schránkách dírkonošců. V praxi vypadá situace tak, že z lodi se udělá vrt do mořského dna, čímž získáme sedimentární vrtné jádro v podobě válce dlouhého deset nebo dvacet metrů. Z profilu se odeberou vzorky, třeba po jednom centimetru, a v těchto vzorcích se pak vybírají ze sedimentů schránky Foraminifer. A tyto karbonátové schránky se analyzují na hmotovém spektrometru, kde se měří koncentrace obou izotopů O18 i O16.
Vědci tak zjistí, kterého izotopu kyslíku bylo v době usazování horniny více a kterého méně, což je údaj, o kterém se ještě v 50. - 60. letech minulého století, kdy se začala metoda používat, soudilo, že ukazuje, jakou teplotu měla v době usazování mořská voda. Ovšem změny izotopů záleží na množství vody v moři. Když nastane doba ledová, část vody moří se stěhuje do pevninských ledovců a bere s sebou i lehčí izotop kyslíku O16. V mořské vodě zůstává těžší izotop kyslíku O18 a tento těžší izotop ukládají do svých vápenitých schránek dírkonošci.
J. Kadlec: My jsme schopni studiem karbonátových schránek Foraminifer z hlubokomořských sedimentů zjišťovat, jak narůstaly nebo ubývaly ledovce na kontinentech a jak probíhaly změny mořské hladiny. Takže máme jednoznačný záznam klimatu, který tyto procesy řídí. Touto metodou se podařilo zjistit, že v období čtvrtohor proběhlo 52 teplých a 52 chladných oscilací. Někteří badatelé mají v poslední době tendenci říkat, že ve čtvrtohorách proběhlo 52 dob ledových a 52 meziledových, ale není to úplně korektní přístup. Každopádně tyto velké počty klimatických změn, ke kterým ve čtvrtohorách došlo, výrazně kontrastují se čtyřmi dobami ledovými, které před sto lety identifikovali rakouští geografové Penck a Brickner na základě studia alpských ledovců a sedimentů, které tyto alpské ledovce během čtvrtohor vytvořily.
Byla tedy představa, že došlo ke 4 dobám ledovým a 4 meziledovým, překonaná?
Svým způsobem ano. Potíž je v tom, že rakouské členění je vytvořeno ze záznamu pevninských ledovců a v těch není zdaleka tolik informací jako v mořích.
J. Kadlec: Co se týká kontinentálního prostředí, pracujeme ze záznamem, který po přirovnání ke skládačce puzzle obsahuje sotva 10 kousků, a my se z nich snažíme vytvořit ucelený obraz. Zatímco v hlubokomořských sedimentech máme záznam kontinuální, protože moře vlastně nikdy během čtvrtohor nevyschla, a ten záznam je také velmi detailní. Pravděpodobně v žádném jiném prostředí se nepodaří získat detailnější informace o klimatických změnách ve čtvrtohorách než z hlubokomořských sedimentů.
Záznam z moří tedy říká, že v tomto období byla hladina moří nižší, voda byla uvězněna v ledovcích na pevnině. V dalším období kontinentální ledovce roztály a voda se vlila opět do moří. A k tomu došlo během posledních 2,5 milionu let celkem 52krát. A dá se z mořských záznamů zjistit, o kolik metrů se výška hladiny změnila? Podle geologa Jaroslava Kadlece to lze rekonstruovat zkoumáním korálových útesů. Ty totiž nerostou ve větších hloubkách než 50 metrů pod hladinou. Když tedy dnes najdeme půl milionu let starý korálový útes v hloubce třeba 100 metrů pod hladinou, je jasné, že moře muselo mít tehdy hladinu minimálně o 50 metrů níže než dnes.
J. Kadlec: Například před 25 tisíci roky byly hladiny oceánu o 150 metrů níže. Na druhou stranu máme ovšem údaje z některých částí světa, že v období před 400 tisíci lety se hladina oceánu nacházela až o 20 metrů výše než dnes. A pokud by tomu tak skutečně bylo, tak by se muselo jednat o dobu meziledovou, během které roztál celý grónský ledovec a podstatná část antarktického ledovce. Ale na těchto výzkumech se teprve pracuje a informace budou ještě upřesňovány.