A földtörténet sajátossága, hogy míg bizonyos események az élet elterjedésére, fenntartására, addig mások annak kipusztulására törekednek. Mindkét esetben közös, hogy a Föld belsejében zajló folyamatok kulcsfontosságú szerephez jutnak.
A kutatók szerint az ősi kőzetekben eltemetett higany szolgáltatja az eddigi legerősebb bizonyítékot, hogy a földtörténet legnagyobb kihalásaiért a vulkánok felelősek. Egy 252 millió évvel ezelőtt történt drámai és kiterjedt katasztrófa, amelyet a kutatók a Nagy Kihalásként emlegetnek, több százezer év alatt a földi élet több mint 95%-át kipusztította.
A Cincinnati és a Kínai Földtudományi Egyetem őslénykutatói szerint a világon földtani rekordokban talált közel egy tucat higanymaradvány meggyőző bizonyítékot szolgáltat az említett vulkanizmus okozta, világméretű kataklizmákra. Az erről szóló tanulmány nemrég jelent meg a Nature Communications tudományos folyóiratban.
A kitörések hatalmas széntelepeket lobbantottak be, amelyek aztán higanygőzt juttattak a légkörbe. Végül ez a csapadék révén a bolygó több pontján bekerült a mélytengeri üledékekbe, emléket állítva a katasztrófának, amely utat nyitott a dinoszauruszok uralmának.
„A vulkáni működés, amely magában foglalja a különböző gázok kibocsátását és szerves anyagok elégetését, bőséges higanymennyiséget bocsátott a Föld felszínére.” – mondta Jun Shen, a tanulmány fő szerzője, a Kínai Földtudományi Egyetem docense.
A kihalás a kutatók által perm-triász határvonalként emlegetett szakaszban történt. A dinoszauruszok felemelkedése előtti esemény a szárazföldi és tengeri élet jelentős részét kipusztította. Képviselőik közül néhányan meglehetősen furcsa, ősi szörnyetegek lehettek, mint például a kegyetlen Gorgonopsia alrend tagjai is, amelyeket leginkább egy kardfogú tigris és egy komodói varánusz keresztezéseként képzelhetnénk el.
A kitörések a jelenleg Közép-Oroszországot jelentő szibériai trapp elnevezésű vulkáni rendszerhez kötődtek. Ezek közül több nem pontszerű, kúp alakú tűzhányókban történt, hanem hosszan elnyúló, tátongó repedéseken keresztül. A kitörések gyakoriak, és hosszan tartók voltak, és haragjuk több százezer évig tombolt.
A nagyobb erupciók alkalmával általában rengeteg higany jutott a légkörbe. Ez az elem viszonylag új indikátornak számít a kutatók számára, tanulmányozása pedig felkapott témává vált a földtörténeti események vulkanikus hatásainak vizsgálatához. A szakemberek orsóhal-szerű élőlények, a konodonták éles fogazatának maradványait használták a higanyt bezáró kőzetek korának meghatározásához. Mint a legtöbb más élőlény a bolygón, a konodonták is megtizedelődtek a katasztrófa során. E kiterjedt időszak során a kitörések akár 3 millió köbkilométernyi hamut juttathattak a légkörbe. Összehasonlításként, a Mount St. Helens 1980-as kitörése Washingtonban „mindössze” 1 köbkilométer hamut bocsátott a levegőbe, ami még a több mint 1500 km-re lévő Oklahomában is belepte az autók szélvédőit. A szibériai trapp kitörései annyi anyagot juttattak a levegőbe, részben üvegházgázok formájában, amelyek a bolygó hőmérsékletét átlagosan 10 °C-al emelték meg. A változó éghajlat pedig valószínűleg a tömeges kihalás egyik fő okozója lehetett. A savas esők rengeteg víztestet károsíthattak, emellett hozzájárulhattak a világóceán elsavasodásához. A melegebb vizeket pedig az oldott oxigén hiánya miatt sokkal több kihalt terület jellemezhette. Az egymást követő kitörések pedig akadályozták a bolygó táplálékláncának felépülését, amely így csak nagyon lassan állt helyre.
Földünk 4,6 milliárd éves fennállása során öt nagyobb tömeges kipusztulást tapasztalt meg. Ezek vizsgálatára a kutatók a higanyon túl irídiumnyomokat is tanulmányoznak, hogy egy másik jelentős, 65 millió évvel ezelőtt bekövetkező, a dinoszauruszok kipusztulását eredményező kihalási esemény okaira is fényt derítsenek.
Óceán-benépesítő oxigén
Mára már világossá vált, hogy a földi élet és bolygónk geológiája szorosan összefonódik, egy nemrég megjelent tanulmány azonban most új bizonyítékkal szolgál, hogy a szó szoros értelmében milyen mély is ez a kapcsolat.
A Kaliforniai Egyetem földtudományi kutatói magmás kőzetek vizsgálata során olyan kémiai nyomot azonosítottak, amely megőrizte a Föld mély óceánjainak oxigenizációs információit. Ez a folyamat nagy jelentőséggel bír, hiszen ez alapján megbecsülhető, hogy a légköri és óceáni oxigén mennyisége mikor érhette el azt a szintet, amely lehetővé tette a változatos óceáni élet kialakulását.
Felfedezésük, amely a Proceedings of the National Academy of Science tudományos folyóiratban jelent meg, támogatja a jelenleg leginkább elfogadott elméletet a szigetívek magmáinak geokémiájáról, illetve a bolygónkon feldúsuló életető elem megjelenésének nyomairól.
Szigetívek szubdukció során keletkeznek, amikor egy óceáni lemez a másik, hasonló összetételű társa alá csúszik. Az alábukó lemez vízben gazdag fluidumokat szállít magával a felső köpenybe. Az ennek megolvadásából keletkező magma pedig idővel a felszínre tör. Ez a folyamat vulkáni szigetíveket épít, ilyeneket találhatunk a Japán- szigeteknél, vagy bárhol másutt a pacifikus Tűzgyűrűben. A lemeztektonikai folyamatok előre haladtával végül ezek az ívek egyszer találkoznak, ütközésük nyomán pedig kontinenssé olvadnak össze, hosszú évmilliók távlatában pedig megőrzik magukban keletkezésük körülményeinek legfontosabb információt.
A legelterjedtebb magmás vagy vulkanikus kőzetek a bazaltok – sötét színűek, finomszemcsések, és rendszerint lávafolyamokban találhatók. A legtöbb bazalt nem szigetíveket, sokkal inkább a mélyben húzódó óceánközepi-hátságokat formálnak. Jól ismert különbség a két kőzettípus között, hogy a szigetívek bazaltjai sokkal oxidáltabbak, mint a hátságokat alkotók.
Vezető, de vitatott elképzelés ezzel a különbséggel kapcsolatban, hogy az óceáni kéreg még mélytengeri körülmények között oxidálódik, mielőtt alábukna a köpenybe, amelynek nyomai később megjelennek a szubdukció során, a szigetíveknél felszínre bukkanó köpenyanyagban.
A Föld azonban nem rendelkezett mindig oxigéndús légkörrel és mély óceánnal. A kutatók úgy gondolják, hogy az oxigén megjelenése – és ezzel együtt a bolygó képessége az aerob élet fenntartására – két lépésben történt.
Az első esemény során, amely körülbelül 2,3-2,4 milliárd évvel ezelőtt zajlott le, a légköri oxigénszint több mint 100 000-szeresére emelkedett, elérve a jelenlegi koncentráció 1%-át.
A drámai növekedés ellenére a légköri O2-koncentráció még mindig túl alacsonynak bizonyult a mély óceánban történő oxidációs folyamatokhoz, és még jó ideig anoxikus maradt egészen addig, míg az oxigénszint hirtelen 10-50%-ra nem ugrott, ami viszont már lehetővé tette ezt.
Ahhoz, hogy az erre utaló nyomokat megtalálhassa, Daniel Stopler, a Kaliforniai Egyetem föld- és bolygótudományokkal foglalkozó docense a Caltech geológusával, Claire Bucholznal – aki ősi szigetívek magmás kőzeteit tanulmányozza – közösen végzett vizsgálatokat. A két kutató a már publikált tanulmányok eredményeit és geokémiai mérések adatait összegyűjtve meghatározta a több 100 millió évvel ezelőtt kitört ívvulkánokból származó kőzetek oxidációs állapotát.
Elemzésük egy határozott nyomot tárt fel: a kőzetmintákban lévő oxidált vas észlelhető növekedését 400-800 millió évvel ezelőtti periódusra becsülték, ami abba az intervallumba esett, amit egymástól független tanulmányok már korábban saccoltak. További vizsgálatok pedig igazolták, hogy a mély óceán oxidációja nem csak a Föld felszínére és a tengerekre hatott, hanem a vulkanikus kőzetcsoportok nagy részének geokémiai folyamataira is.
SZOUCSEK ÁDÁM
A cikk a Természet Világa 2019. júniusi számában (150. évf. 6. sz.) jelent meg.
