Puszta jégfalak és tűzhányók találkozása írta át az északi óceán kémiai történetét az elmúlt évezredekben. A Heidelbergi Egyetem Környezetfizikai Intézetének kutatói kimutatták, hogy az izlandi jégtakaró lüktető növekedése és visszahúzódása alapvetően megváltoztatta az Észak-Atlanti-óceán tengervizének kémiai összetételét az elmúlt 230 000 évben. A vulkáni kőzetek és a felettük elterülő jégtömeg állandó súrlódása olyan folyamatokat indított el, amelyek messze túlmutatnak a sziget közvetlen környezetén.
A paleoklimatológusok és paleooceanográfusok évtizedek óta keresik azokat a nyomjelzőket, amelyek segítségével hűen rekonstruálható a múltbéli óceáni áramlási rendszerek működése. Az egyik leggyakrabban használt elem a ritkaföldfémek közé tartozó neodímium, pontosabban annak izotópösszetétele. A Science Advances folyóiratban közzétett tanulmány szerint azonban a kutatóknak fel kellülvizsgálniuk a korábbi alapfeltételezéseiket, mivel az óceán ezen kémiai ujjlenyomata nem marad stabil az eljegesedési ciklusok során.
Kőzetpor és neodímium izotópok a mélytengeri üledékben
A Norbert Frank professzor vezette heidelbergi kutatócsoport az Atlanti-óceán északkeleti részén fekvő Rockall-fennsíkról származó mélytengeri üledékmagokat vizsgálta meg. Ezek a fúrási minták több százezer évre visszamenőleg őrzik a víztömegek kémiai emlékezetét. A laboratóriumi mérésekből kiderült, hogy a tengervízben feloldódott neodímium 143-as és 144-es izotópjainak aránya folyamatosan és jelentősen ingadozott a glaciális és interglaciális időszakok váltakozásával összhangban.
Amikor az izlandi jégtakaró a hidegebb éghajlati periódusokban kiterjedt, a hatalmas gleccserek és jégfolyók komoly mechanikai munkát végeztek. Ahogy a jég átpréselődött az izlandi bazaltos alapkőzeten, hatalmas mennyiségű finom, rendkívül reaktív kőzetport őrölt ki. Ez az anyagszállítás a tengerbe jutva kioldódott, és a radiogén 143-as neodímium izotópban gazdag vegyi jelet hagyott maga után a tengervízben.
Korábban a tudósok abból az alapvetésből indultak ki, hogy a nagy víztömegek karakterisztikus izotóp-ujjlenyomatai az időskálákon nagyrészt állandók maradnak, így az ingadozások kizárólag a víztömegek átrendeződését és az óceáni áramlatok sebességének változását tükrözik. A heidelbergi eredmények rámutatnak arra, hogy az izlandi jégtakaró által kibocsátott kőzetpor közvetlenül módosította a víz kémiai karakterét, felülírva ezt a feltételezett állandóságot.
A jégkorszakok ritmusa hajtotta az óceáni kémia változásait
A folyamat fizikai és kémiai hátterének feltárásához a német kutatók egy úgynevezett dobozmodellt fejlesztettek ki. A szimulációk igazolták, hogy a tengervíz kémiai átalakulása nem egyenletes, lineáris folyamatként zajlott le. A neodímium-izotópok aránya kifejezetten a gyors eljegesedési fázisok idején érte el a csúcspontját, amikor a jégtakaró gyors növekedése a legintenzívebb eróziót fejtette ki a bazaltos felszínen.
Antao Xu, a kutatócsoport munkatársa rámutatott, hogy az izotópszigmál csaknem lépésről lépésre követte a jégkorszakok ritmusát. Ez azt bizonyítja, hogy maguk az izlandi jégtömegek jelentették az elsődleges hajtóerőt, amely újra meg újra átformálta az észak-atlanti térség tengervíz-kémiáját az elmúlt 230 000 esztendőben. A vulkáni aktivitás és a jég alatti folyamatok kombinációja olyan egyedi kémiai koktélt bocsátott ki, amely áthatotta az egész északi medencét.
A felfedezés óvatosságra inti a geokémikusokat és klímakutatókat. Ha egy regionális jégtakaró képes önmagában lényegesen megváltoztatni egy teljes óceáni medence izotópjelzését, akkor a múltbéli óceáni cirkuláció rekonstrukciójára használt modellek finomításra szorulnak. Az izotópos nyomjelzők nem tekinthetők passzív jelzőfényeknek, mivel a szárazföldi jégtömegek és a tengeri kémia között közvetlen, dinamikus visszacsatolási hurok áll fenn.
Mikrotápanyagok és a globális szénciklus összefüggései
A jég és a vulkanizmus kölcsönhatása nem merült ki a neodímium izotópok átrendezésében. A bazaltos kőzetpor kioldódása során hatalmas mennyiségű létfontosságú mikrotápanyag, mindenekelőtt vas jutott a tengerbe. A vas az óceáni fitoplankton primary tápanyaga, így az izlandi jégtakaró által szállított hordalék közvetlenül befolyásolhatta a tengeri élővilág termelékenységét a jégkorszakok hideg szakaszaiban.
A növekvő fitoplankton-populáció több szén-dioxidot kötött meg a légkörből, ami beleszólhatott a globális szénciklus és a természetes üvegházhatás alakulásába is. Az izlandi jégtakaró tehát nem csupán passzív áldozata volt a globális felmelegedési és lehűlési hullámoknak, hanem aktív tényezőként szabályozta az északi tengerek kémiai és biológiai egyensúlyát.
A kutatás rávilágít a krioszféra, a szárazföldi kőzetlepusztulás és a tengeri kémia eddig alulértékelt összefüggéseire. A magas szélességi körökön található jégtakarók dinamikája kulcsszerepet játszik az óceánok geokémiai egyensúlyában, amit a jövőbeli klímamodellek megalkotásakor is figyelembe kell venni.
