Odkrywanie kodu klimatycznego: Naukowcy odkrywają wskazówki sprzed 380 milionów lat

Porowata skała dolomitowa z jaskiniami, które byłyby idealne do wykorzystania geotermalnego. Kredyty: RUB, Marquard

Płyny krążące pod ziemią stopniowo zmieniają skały w czasie. Te procesy muszą być uwzględnione podczas korzystania ze skał jako archiwów klimatycznych. Doktor Mathias Müller z grupy badawczej Geologii Osadów i Izotopowej na Uniwersytecie Ruhr w Bochum, Niemcy, wraz z międzynarodowymi kolegami, szczegółowo opisał, jakie informacje klimatyczne zachowują się w 380-milionowych wapieniach z Hagen-Hohenlimburg.

Ponadto analizy pozwalają mu wyciągać wnioski na temat tego, jak odpowiednia jest dzisiaj ta skała do głębokiego wykorzystania geotermalnego. Wyniki jego badań zostały opublikowane w czasopiśmie Geochimica et Cosmochimica Acta 1 lipca 2024 r.

Widok jednej strony kamieniołomu Steltenberg: Różnokolorowe skały są efektem procesów diagenetycznych pod ziemią, które zmieniały oryginalny wapień. Kredyty: RUB, Marquard

W celu lepszego zrozumienia dzisiejszego klimatu, warto spojrzeć w przeszłość. Badacze używają tzw. proxy do tego celu: pośrednich wskaźników klimatu w archiwach naturalnych, takich jak rdzenie lodowe, pierścienie drzewa czy stalaktyty. "Jeśli chcemy dowiedzieć się czegoś o klimacie kilka milionów lub nawet miliardów lat temu, badamy skały osadowe, które mogły nawet przechować temperaturę morskiego wody sprzed setek milionów lat", wyjaśnia Mathias Müller.

Szczątki koralowców i ramienionogów w szarym wapieniu Massenkalk, które zostały częściowo przekształcone diagenetycznie w jasny wapieniec dolomitowy wzdłuż pęknięcia pionowego. Kredyty: Mathias Müller

Co może znacząco utrudnić tego rodzaju badania klimatu sięgające w przeszłość, to późniejsza zmiana sygnatur klimatu przechowywanych w tych skałach. Ten proces nazywa się diageneza. Rozpoczyna się krótko po osadzeniu się osadu w wodzie morskiej i może trwać do dziś. "Bardzo stare skały są zazwyczaj pogrzebane na głębokości kilku kilometrów", mówi Mathias Müller. "Zmiany w informacjach klimatycznych są spowodowane wtedy przez gorące płyny krążące na głębokości". Tam, gdzie mogą przeniknąć skałę, często prowadzą one do rekrystalizacji lub nowego wzrostu minerałów w skałach. Ponadto, kiedy skały są podnoszone z głębokości na powierzchnię ziemi, są one narażone na warunki atmosferyczne. Ta tzw. diagenetyczna diagenza może również wpłynąć na stare informacje klimatyczne lub sprawić, że będą one całkowicie bezużyteczne.

Wspólnie z międzynarodowym zespołem badawczym, Mathias Müller szczegółowo odtworzył, jakie informacje klimatyczne z płytkiego morza podczas okresu dewońskiego są nadal przechowywane w skałach w okolicy Hagen-Hohenlimburg oraz jakie procesy i pod jakimi warunkami uległy zmianie od tego czasu. Badacze zanalizowali liczne systematycznie zebrane próbki skał z kamieniołomu Steltenberg, używając metod petrograficznych i geochemicznych.

"Byliśmy zaskoczeni, że zmiany w skałach pozwoliły nam zidentyfikować wiele istotnych wydarzeń geologicznych, takich jak otwarcie Atlantyku Północnego w jurze i rozpoczęcie fałdowania oraz następującego po nim wyniesienie Alp setki kilometrów stąd od późnej kredy", wymienia Mathias Müller. Uważa, że kluczem do chronologicznego klasyfikowania tzw. zjawisk nadpisywania przechowywanych w skałach jest datowanie radiometryczne izotopów uranu i ołowiu. "Byliśmy szczególnie zadowoleni z odkrycia podczas naszych badań, że informacje klimatyczne z okresu dewońskiego można wciąż znaleźć nawet w silnie nadpisanych skałach", podkreśla badacz.

Mathias Müller analizuje zmiany, jakim uległy skały przez miliony lat. Kredyt: RUB, Marquard

Wyniki aktualnego badania są również istotne w kontekście wykorzystania skał do głębokiej energii geotermalnej, co może być czynnikiem przyczyniającym się do transformacji energetycznej. Przewidywanie, jakie warunki napotkane zostaną w różnych obszarach podziemnych, stanowiło do tej pory duże wyzwanie dla badaczy. "Szczególnie w skałach węglanowych nadpisywanie diagenetyczne może prowadzić zarówno do zjawisk sedymentacji, jak i rozpuszczania w skałach, co może dramatycznie wpłynąć na potencjalną sprawność energii geotermalnej", mówi Mathias Müller.

Wyniki obecnego badania pozwalają na wstępne optymistyczne wnioski, że niektóre z zidentyfikowanych procesów w głębszych warstwach podziemnych mogły zwiększyć użyteczność energii geotermalnej. Wspólnie z badaczami z Instytutu Badawczego Fraunhofera ds. Infrastruktur Energetycznych i Energetyki Geotermalnej IEG i Państwowego Urzędu Geologicznego Nadrenii Północnej Westfalii, Mathias Müller obecnie stara się ustalić, jakie implikacje wynikające z badań powierzchni Ziemi mają dla zastosowania energii geotermalnej na głębokości.