Jégmag segítségével tárják fel a múltat a geográfusok


Olvasási idő: 5 perc

A múltat kutató szakemberek megfigyelés adta lehetőségei rendkívül korlátozottak és behatároltak.

A különféle, még fellelhető információforrások jó esetben már sérültek, hiányosak, rosszabb esetben pedig már nem is léteznek. Éppen ezért a kutatók igyekeznek tágítani az ismeretszerzési lehetőségeiket. A kőzetminta-vétel és a szénizotópos eljárás közismert, a jégmag analízise viszont már kevésbé.

A történészeknek, paleontológusoknak geológusoknak, régészeknek, valamint kulturális antropológusoknak egyaránt nehéz dolguk van, amikor kronológiai sorrendbe állítják az általuk vizsgált eseményeket. Szerencsére nem csak a tudomány segítségére számíthatnak ilyenkor, hanem a természetére is, mert a Földünk nem csak kérdéseket, de magyarázatokat is bőséggel kínál. Persze ezeket gondosan kódolva, nyomok formájában teszi. Innentől a tudósokra vár a feladat, hogy megfejtve ezeket, kifürkészhessék a múltat vagy válaszokat keressenek.

Egy kronológiai archívum létrehozására talán az egyik legegyszerűbb módszer a mélyfúrással felszínre hozott minta!

Jégmagminta. Forrás: icecores.org
Jégmagminta. Forrás: icecores.org

Témánk esetében az elgondolás egyszerű: egy spirálfúró által penetrált jégtakaró vagy gleccser az, ami a jégmagmintákat szolgáltatja. Az eljárást tudományos okokból legkorábban a múlt század 30-as évei óta használják, de felfutása már a 60-as években elkezdődött. Ugyanakkor nyersanyag lelőhelyek feltérképezéséhez vagy egyéb okok miatt már sokkal régebb óta gyűjtenek különféle mintákat a felszín alól. Igaz, ezek többsége egyszerű talajtani minta, nem hó és jég! Ha a talaj szelvényezettségéből és a rétegek egymásra rakódásaiból kiválóan tudunk olvasni, akkor mi szükség az illékony, folyton változó, fagypont alatti vízre?

Michael Crichton híresen zseniális techno-thrillerjében a gazdag kövér pasas, Hammond szerte a világban megvásárolja a megkövesedett borostyánokat. A szintén géntechnológiában utazó konkurenciájának közben lövése sincs, hogy mire is kellhetnek neki valójában a leletek. Nos, ő végül elmondja az általa összehívott kis tudós csapatának, hogy nem a borostyán az érdekes, hanem amit az magában hordoz: a szúnyog, amely jó pár millió éve még őslények vérét szívta! Ezesetben a fikció (bizonyos mértékig persze) paralel a valósággal.

Bolygónk felszínének nagy részén a jég csak időszakosan van jelen. Ez alól kivételt csak a sarkok jégpáncéljai és a hegyek örök hó borította csúcsai képeznek. A globális klímaváltozás pedig ezeket a ,,lelőhelyeket” is jelentősen erodálja. Akár idővel meg is szüntetheti. Szerencsére ez utóbbi eset még jódarabig nem áll fenn. A hó és jégtakaró a hideg éghajlatú területeken állandóan rendelkezésre áll, miközben változik. A felszíni jégrétegek akkumulálódnak, sűrűségük megnő és lefelé taszítják az alsóbb rétegeket, miközben tömör jégdarabokat hoznak létre.

A jégtestek ilyesfajta mozgását a jégtakaró-dinamika írja le.

A jégtakaró-dinamika a fizika fogalmaival ad pontos leírást a kötések állapotáról, hosszú és rövid távú változásokról és az áramlásokról. Továbbá az olyan szubglaciális – a jégben végbemenő – folyamatokról, mint a porózusság, olvadás vagy hajszálcsövesség. A fagyás során úgynevezett firn keletkezik, amelyben a vízmolekulák új, ezáltal erősebb kristályszerkezetet hoznak létre. A firn-eket nagyon nehéz exkaválni, köszönhetően a szerkezetüknek. A folyamat hasonló ahhoz, mint amikor a gyerekek az összegyűjtött hó felső rétegeit a kezük melegével felolvasztják, majd újra gömbbé formálják, így jutva nehezebb és keményebb hógolyóhoz. A firn-ek tetején természetesen fennmaradnak az évszakoknak, illetve egyéb adott éghajlatra jellemző hőmérsékletváltozásoknak kitett, kiterjedésükben és sűrűségükben gyorsan változó rétegek, az úgynevezett névé-k.

A firn-ek és névé-k kapcsolata, mozgásai és alakulása vezet el ahhoz a glaciális, páncélszerű jégsűrűséghez, ami a vizsgálatokhoz kell!

A kutatóknak megfelelő sűrűségű jégpáncél kell, mert a hidrogénatomok és izotópok arányaiból vonják le, adott időpontra vonatkozó, következtetéseiket! Mivel a levegő a jégből utat talál ki- vagy felfelé, meghatározott sűrűségű jégtáblára, glaciális jégre van szükség, hogy a méréseket el lehessen végezni. A megfelelő sűrűség körülbelül 830 kg/m3. Az, hogy ez pontosan milyen mélységben van, változó, de általában 64 és 113 méter mélységben már előfordul.

A légbuborékok csapdába esése a jégben folyamata. Forrás: antarticglaciers.org
A légbuborékok csapdába esése a jégben folyamata. Forrás: antarticglaciers.org

A méreteket jól szemlélteti, hogy 60-90 cm hóból kevesebb, mint 30 cm-es jég keletkezik, amihez évszázadok lassú munkájára van szükség!

A grönlandi Summit Camp kutatóállomáson, 77 méteres mélységből felhozott jég 230 éves volt. Az Antarktiszon a Dome Concordia bázis tudósai 2500 (!) éves jégre leltek, alig 95 méteres mélységben. Az arányok egyáltalán nem elnagyoltak! Ahogy a rétegek szisztematikusan épülnek egymásra, az alsó rétegekre nehezedő nyomás egyre csak nő, ennek hatására a kristályszerkezet hatszögű (hexagon) formája kockaszerűvé alakul – ez körülbelül 1500 méteres mélységben történik meg. Mindez pedig lehetővé teszi a levegőmolekuláknak, hogy a kockákban úgynevezett klatrátokba – kémiai ketrecekbe – kerülve kipukkadjanak, ezáltal még átlátszóbbá változtatva a jeget.

A jég szelvényezettsége jól kivehető ezen a táblán. Forrás: antarticglaciers.org

Mint már említettük, a jégből nyert legfontosabb adatok az oxigén és a hidrogén izotópjainak az aránya, de találhatunk hamut, kormot, vagy egyéb anyagi részecskét is, mint például a pollen. Előbbi megmutatja az adott korra jellemző csapadékmennyiséget, a felhők távolságát, röviden az éghajlatváltozást. Ha a deutérium hidrogénizotóp mennyisége nagy a jégmagban, akkor a hőmérséklet magasabb volt, ha kevés, akkor alacsonyabb. Utóbbi pedig erdőtüzekre vagy éppenséggel ott táborozó élőlényekre utalhat.

A jégmag segítségével egészen korainak mondható földtörténeti eseményeket is megtudhatunk, mint például a vulkanizmus.

A vulkánok kitörését a szulfátkoncentráció megnövekedése kíséri. A szulfát a kénsav vegyületében (H2SO4) kerül a jégben klatrátokba, méghozzá aeroszol formájában. Ezen kívül a légkör összetevői is megtalálhatóak ,,odabent”, mint például a szén-dioxid és a metán. Ezek koncentrációjának vizsgálatával bizonyították az összefüggést az éghajlat változása és az üvegházhatású gázok között. Nem csoda, hogy főleg a klímával foglalkozó szakemberek területe lett idővel a jéganalízis.

A paleoklimatikusok – akik a földtörténeti klimatikus viszonyokat kutatják – sorra nyitják meg kutatóállomásaikat szerte a sarki területeken és Grönlandon. A magas, ámde fiatal gyűrthegységek, mint a Himalája egyelőre kimaradnak a terep nehézsége és az expedíciók költségessége miatt. A csúcsok kihagyása szerencsére semmilyen tudományos lemaradással nem jár; a sarki bázisok mintái is ugyanazt a légköri összetételt mutatják meg, mint amelyeket a hegyekben találnánk. Azonban még így is elmondható, hogy a jégmagok begyűjtése nem egyszerű folyamat!

Az Antarktiszi bázisok és elhelyezkedésük. Forrás: antarticglaciers.org
Az Antarktiszi bázisok és elhelyezkedésük. Forrás: antarticglaciers.org

A sarki expedíciók tudós tagjai már a XIX. század derekától kezdve vettek mintákat a jégből, kezdetleges fúróikkal, vágó eszközeikkel. Természetesen ezekkel maximum 60 méteres mélység elérésére voltak képesek, ami egyáltalán nem számítana rossz eredménynek, ugyanakkor a technikájuk miatt a minták jelentősen sérültek, mivel a felszíni zúzalék nyomó hatást fejtett ki az alacsonyabb szelvényekre és egy idő után meg is akasztotta a fúrást. Továbbá a mintákat nem tudták fejlett (glachio)kémiai és fizikai analíziseknek alávetni, amint azt száz évvel később! A mérnökök, akiket a Föld méhében rejlő nyersanyagok elhelyezkedésének és mennyiségének felfedezése hajtott, professzionális(abb) műszereikkel pusztán felszíni próbafúrásokat végeztek és azokat sem a sarkkörökön túl. Emiatt a rohamosan fejlődő fúrási technológiák csak lassan kerültek át a tudományos használatba.

A szisztematikus és tudományos igényű jégmag-minták professzionális begyűjtése az 1930-31-es Alfred Wegener-expedícióhoz köthető. Wegener neve ismerős lehet, hiszen ő írta le a kontinensvándorlás elméletét, amely később a lemeztektonika diszciplínája lett. Ugyancsak ő fedezte fel a nagy magasságban keletkező gyors és állandó szeleket a jet stream-eket és szintén ő fúrt ki jégmagot, a grönlandi áttelelése közben. A német geológus 1930-ban bekövetkező halála után, a szintén expedíció-tag Ernst Sorge vette át a vezető szerepet. Sorge megírta az erről szóló tanulmányát, valamint tökéletesítette a fúrási technikát.

Optimális módon a fúrás a megfelelő súlyeloszlás szempontjaiból egy három lábú állványon, tripodon történik.

Erre függesztik a köpenyes spirálfúrót. A köpeny, amely hasonlóan néz ki és ,,mozog”, mint a szépia úszóköpenye, ezentúl a fúró alul késekben végződik a hatékonyabb behatolás érdekében. A meghajtás kezdetben kézzel, majd elektromos motorral történt, viszont ezzel csak kis mélységeket tudtak elérni. Az áttörést az elektromechanikai és termálfúrók hozták. Ezek azon egyszerű elv mentén működnek, hogy a munkavégzés által termelt hőt energiává alakítva, megsokszorozzák és működtetik a fúróberendezést. Az ipari fúrók többsége ma is ezen az elven működik. A könnyű szállítás is fontos; a tömeget jelentősen csökkenti, hogy a fúrófej csőszerű, ezért a felesleges melléktermék távozni tud, miközben a jégmag stabilan és sérülésmentesen kivehető a furatból.

Jégmag fúró 3D-s ábrázolása. Forrás és műszaki adatok: The Eclipse
Jégmag fúró 3D-s ábrázolása. Forrás és műszaki adatok: The Eclipse

Természetesen az ilyen jégmagminta-fúrókat vizezni kell, hogy a már kibányászott firn-kását eltüntessék.

A folyadéknak azonban specifikusnak kell lennie, már csak azért is, hogy a lyuk ne omoljon be. Ezért a legjobb, ha alacsony kinetikus viszkozitással rendelkezik. Rendkívül tisztának is kell lennie, mert a szennyezés befolyásolja a vizsgálódást. Továbbá a folyadék toxikussága, környezetszennyezése is kizárható kell, hogy legyen. Ezeknek a kitételeknek leginkább a kerozin-származékok fluorkarbonátos mixe, illetve az alkoholalapúak felelnek meg.

A kinyert jégmag ezután különféle vizsgálatok alanya lesz, az egyszerűtől a bonyolultabb és többszereplős felé haladva. Először a kort határozzák meg, leggyakrabban szénizotópos vizsgálattal. Majd vizuálisan határolják be a szinteket. Ezután jönnek az izotópos vizsgálatok, amelyek közül a legérdekesebb talán a berrilium10-izotóp (10Be) vizsgálata (és az ebből írt 2011-es tanulmány), amelyet a kozmikus sugárzás hoz létre. Az izotóp koncentrációjának mértéke alapján tudják megmondani a szakemberek, hogy milyen hatás érte a talajt vagy felszínt és, az hogy alakult a későbbiekben.

Végül a jégmag mintáját különféle tudományos szekciók veszik át vizsgálatra, amelyek a paleoatmoszférikus gázokkal foglalkoznak a klímakutatás érdekében; glaciokémikusok, akik a kémiai összetétellel foglalkoznak; radiológusok és fizikusok, akiket az újdonságok felfedezése motivál a saját szakterületükön belül. A jégmag sokféle területnek szállít tehát alapanyagot, ezáltal a hasznossága igencsak nagy. Richard Blane Alley fogalmazott úgy, hogy:

sok tekintetben a jégmagok olyan Rosetta-kövek, amelyek lehetővé teszik, hogy megkapjuk a pontosan datált bizonyítékait a bolygó paleoklimatikus, globális rendszerének, bárhol, a legjobb kormeghatározókat használva.

 

Forrás:



Previous Minden Széchenyivel kezdődött – a magyar kaszinózás kezdetei
Next 2021 tudományos felfedezései

No Comment

Leave a reply

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.