Ekkor lehetett a leghidegebb a tengervíz bolygónkon

Ezelőtt 717 millió évvel a bolygónk az Egyenlítőtől a sarkokig (szinte teljesen) befagyott, majd hosszú időn át így is maradt – ezt a korszakot hógolyó-Föld néven ismerjük, tudományos neve kriogén időszak. Egy kínai vezetésű nemzetközi csoport nemrégiben számolt be a Nature Communications folyóiratban a vas izotópjainak mérése alapján becsült tengervíz-hőmérsékletről.

Az érték igen alacsonynak adódott: -15 Celsius-fokos hideg lehetett a jégréteg alatt. Ez egyúttal azt is jelenti, hogy igen magas lehetett a tengervíz sótartalma, hasonló egyes mai antarktiszi tavakéhoz. Jelenleg a kelet-antarktikai, jéggel borított Vida-tó vize a bolygó leghidegebb folyékony állapotú vize, itt -13 Celsius-fokot lehet mérni.

Bolygónkon számos alkalommal alakultak már ki jégkorszakok, jelentős eljegesedések, azonban bizonyítottan csupán a kriogén időszakban volt (szinte) teljes a jégtakaró. A hógolyó-Föld ezen időszaka két szakaszra oszlott, a korábbi (717-660 millió éve) és hosszabb sturti eljegesedés 57 millió éven át tartott – ezt vizsgálták most a kutatók. Ez a speciális éghajlatú időszak nagyon jól példázza azt, mi történik, ha egy fordulópontot átlépve egyes, a klímát meghatározó tényezők egymást erősítő folyamattá válnak.

A sturti eljegesedést az előzte meg, hogy a Rodinia szuperkontinens feldarabolódott. A kontinens feldarabolódása folyamatos vulkáni tevékenységgel járt, s így jelentős mennyiségben kerültek a felszínre friss vulkáni kőzetek. Ezek mállásával a légköri szén-dioxidot igen hatékonyan megkötő karbonátos kőzetek képződtek.

Mivel a szárazföldek jó része a trópusokon foglalt helyet, ahol meleg és csapadékos idő volt, ez szintén fokozta a kőzetek mállását, a szén-dioxid megkötését. Amint a jegesedés elkezdett a trópusi területek felé terjedni, egyre fokozódott a visszaverődő sugárzás miatti hűlés. Eközben, részben biológiai hatások miatt csökkent a légköri metán mennyisége is, vagyis még egy tényező csökkentette az üvegházhatást.

Ebben a különleges korban különleges, oxidált vasat tartalmazó kőzetek jöttek létre, azokon a helyeken, ahol a szárazföldeket borító gleccserek találkoztak az óceáni jégtakaróval. Az efféle vastartalmú kőzetek akkor tudnak kialakulni, ha sok a vízben oldott vas, és persze van oxigén is.

Jelenleg ilyen helyzet van például az Antarktika peremein, ahol a gleccserek által ledarált kőzetekből sok vas jut a vízbe. Ma ott az egysejtű élővilág ezt felhasználja, azonban a kriogén idején a jégtakaró olyan vastag volt, hogy szinte semmi esély se jutott a fotoszintetizáló mikrobáknak. Emiatt is maradt olyan sok van a vízben, hogy abból aztán kőzetek alakulhattak ki.

A sávosvasérc kőzetek képződése során a vas könnyebb izotópjai könnyebben épülnek be a kőzetbe – a nehezebb izotópok pedig kimaradnak, és ezek aránya egyre nagyobb lesz a tengervízben. Ahogy a kőzetrétegek létrejönnek, azok így egyre több és több nehéz vasizotópot tartalmaznak majd.

Van azonban még egy csavar a történetben: minél hidegebb a víz, annál könnyebben épülnek be a kőzetbe a nehéz izotópok. Ha tehát a nehéz izotópok az átlagnál nagyobb mennyiségben vannak jelen a kőzetben, akkor hideg vízből rakódtak ki. Az izotóparányok mérésével tehát lehet következtetni arra, hány fokos volt az a víz, ahol a kőzet létrejött.

Sávosvasércek bolygónk ifjúkorában is képződtek. Az akkori tengervíz-hőmérsékletről a konszenzus az, hogy 25 Celsius-fokos lehetett. A korabeli sávosvasérc izotóparányait összehasonlítva a hógolyó-Föld idején képződött sávosvasércével, a kutatók arra jutottak, hogy mintegy 40 fokkal lehetett hidegebb a víz, vagyis így jött ki a kb. -15 Celsius-fokos adat.

A kőzetekben felhalmozott további elemek izotópjai arról is meséltek, hogy nagyon magas, a jelenkorinak mintegy négyszerese volt e víz sótartalma. Ez az adat ráadásul összecseng más kutatók, más módszerrel végzett sótartalom-becslésével is.