Guanóban kúszva kutatják magyarok a múltbéli klímaváltozást

Aki járt már életében cseppkőbarlangban, biztosan lenyűgözték a főként kalcium-karbonátból (kalcitból, aragonitból) kialakult, az ember fantáziáját alaposan megmozgató képződmények. Néhányan talán el is töprengtek azon, hogy milyen titkokat rejtenek ezek a hosszú évezredek (sokszor tíz-, százezer év) magányában mikronról mikronra növekedő, változatos formájú barlangi ásványoszlopok. Azon viszont, hogy a cseppköveknek az Amazonas menti esőerdők fáihoz és a denevérek emésztéséhez is közük lehet, már csak egész kevesen, egész pontosan a Magyar Tudományos Akadémia debreceni Atommagkutató Intézetében (MTA Atomki) működő kutatócsoport tagjai a megmondhatói. Az 1954-ben alapított Atomkiban 2016 óta működik az MTA Izotóp Klimatológiai és Környezetkutató Központja (az IKER), és nemrég egy mintagyűjtő expedíció keretén belül magyar kutatók utaztak Ecuadorba, ahol paleoklíma-rekonstrukcióhoz alkalmas cseppköveket, faévgyűrűmintákat, ráadásként némi denevérguanót is gyűjtöttek.

De mi is az a paleoklíma-rekonstrukció?

A kutatók a paleoklíma-rekonstrukció során a múltbeli klíma bizonyos jellemzőit határozzák meg: elsősorban a múltban uralkodó hőmérsékletről, csapadékosságról, vegetációs viszonyokról tesznek megállapításokat, valamint arról, hogy ezek a klimatikus paraméterek mitől és hogyan változtak a vizsgált időszakban. Olyan geológiai lenyomatokat vizsgálnak, amiknek korát műszeresen pontosan meg tudják határozni, majd pedig a múltbeli anyag fizikai, kémiai, biológiai jellemzőiből következtetnek a klíma tulajdonságaira és a klímaváltozások ok-okozati viszonyaira. A múltbeli klíma kutatói többnyire sarki jégrétegeket, gleccsereket, óceáni, tengeri, tavi üledékeket vagy például, ahogy az Atomki kutatói, barlangi cseppköveket vizsgálnak.

A paleoklíma-rekonstrukció azonban nem pusztán afféle klímatörténeti leírás, eredményei nem lábjegyzetek, bemagolandó adathalmazok az őstörténeti tankönyvekben, hanem fontos szerepük van a jövőnkre nézve is. Azzal, hogy a múltbeli klímaváltozások okait minél jobban megismerik a kutatók, olyan eszközt kapnak a kezükbe, amivel a jövőbeli történéseket is becsülni tudják – de erről kicsit később. Előbb nézzük, miért is utaztak magyar kutatók Ecuadorba, és miért nem mondjuk újra az Aggteleki-karszt barlangjaiba.

„A biodiverzitás Ecuadorban az egyik legnagyobb a világon, mivel az ország négy fő területe – az Amazonas-vidék, az Andok, a partvidék és a Galápagos-szigetek – teljesen különböző földrajzi és klimatikus tulajdonságokkal rendelkezik. Az itt található élővilág nagyon érzékeny a klíma hirtelen változásaira. Mivel az országban az utóbbi időkig nem volt folyamatos műszeres adatgyűjtés, a múltbeli dolgokról keveset tudunk. Szemben már részletesen vizsgált területekkel, mint Európa vagy Észak-Amerika, paleoklimatológiai kutatásokat eddig még nem sokszor végeztek Dél-Amerikában" – magyarázta Palcsu László, az Atomki fizikusa, a projekt vezetője.

Mesélnek a cseppkövek

Essünk túl a szaftos részen: a kutatók munkájának talán legkevésbé kellemes része az ürülékgyűjtés volt. A tudósok a Pastaza környéki barlangokban kúszva-mászva denevérguanóból vettek mintákat, ugyanis a táplálékukat részben a környező erdőkből, részben a barlangokban szerző repülő emlősök ürülékében megtalálható növényi magvakból a növényvilág diverzitására, annak változásaira lehet közvetve következtetni, valamint a denevérek faji eloszlását az ürülékben található szerves maradványok DNS-e alapján lehet a legpontosabban meghatározni.

Nem lebecsülve az évtizedek óta vastagon lerakódó denevérürülék jelentőségét, a szerves trágyáról térjünk mégis át az ecuadori paleoklíma-rekonstrukciós expedíció másik két keményebb mintavételi módszerére, a cseppkövek és faévgyűrűk vizsgálatára.

Mi, kutatók mindig valamilyen geológiai lenyomatot keresünk, amelynek a tulajdonságaiból következtetünk a múltbeli klímára. A cseppkövek, elsősorban az álló cseppkövek azért jók erre a célra, mert a cseppkőképződés során egymásra rakódó karbonátrétegek egy növekvő idősort alkotnak

– mondta Palcsu László.

A kutatók az ecuadori cseppkőbarlangokból begyűjtött mintákat hazahozták Debrecenbe, nagy nyomású vízsugárral hosszában kettévágták, aztán vékony, fény felé fordítva kissé áttetsző metszetet készítettek a belsejükből, majd az időmúlást szabad szemmel is jól láthatóan jelző rétegekből több mintát is vettek milliméteres vagy még annál is sűrűbb léptékben. „Ezeknek a karbonátrétegeknek vizsgáljuk a szerkezetét, a vastagságát, a nyomelem-összetételét, a szén és oxigén stabil izotóparányait, valamint uránsoros (230Th/234U) kormeghatározási módszerrel a képződési idejét. A cseppkövek segítségével az utóbbi néhány 100 ezer év múltbeli klimatikus viszonyait tudjuk vizsgálni."

A karbonátrétegek többnyire kalcitból (kalcium-karbonát) épülnek fel, a kutatók ezeknek a rétegeknek nézik minél kisebb léptékben a szén- és oxigénizotóp-összetételeit, azaz a ¹³C/¹²C és a ¹⁸O/¹⁶O arányokat. A szén izotópjai a barlang feletti növényzet összetételére, míg az oxigénizotóp-arány a csapadék mennyiségére, a területen uralkodó hőmérsékletre, valamint az esővíz származási helyére utal.

Ez utóbbi a laikus fülnek elég hihetetlenül hangozhat: meg lehet mondani, hogy honnan származik a víz, ami egykor esőként bemosódott a talajba, és hozzájárult a cseppkövek kialakulásához? Mégis hogyan? Röviden úgy lehetne összefoglalni a dolog hátterét, hogy a vizsgált karsztterület mindig keletről, az Amazonas medencéje felől kapja a csapadékot, mivel nyugatról az Andok hegyei falként állják útját az óceáni légáramlatoknak. Az Amazonas és környéke több területre osztható, és mindegyiknek megvan a maga uralkodó izotóp-összetétele, és ha a vizsgált minta egyes rétegeiben változást észlelnek, akkor indulhat a nyomozás, hogy mi okozhatta ezt a változást.

A cseppkőrétegek igazán pontos kormeghatározása a karbonátban piciny nyomokban lévő uránizotópok és leánytermékeik mennyisége alapján történik: a kutatók az urán 234-es és a tórium 230-as tömegszámú izotópjait fogják nagy pontossággal meghatározni, ezzel a korszámítás bizonytalansága csak néhány évtized lesz egy 20 ezer éves cseppkőréteg esetén. Ez a korolás és a rétegsorokból kinyert információ képezi a paleoklíma-rekonstrukció alapját.

Meg kell tanulni a fákat

A faévgyűrűk segítségével jóval közelebbi és szűkebb időtartományra céloznak a kutatók: vizsgálatukkal az utóbbi néhány évtized klímajellemzőire tudnak következtetni, a kapott adatokat összevetve a meteorológiai észlelésekkel. „A dendrokronológiai és a radiokarbonos koroláson túl a cellulóz oxigénizotóp-összetételéből szeretnénk következtetni az utóbbi évtizedek csapadékainak tulajdonságaira, eredetére, mennyiségére, hőmérsékletére" – mondta Palcsu László.

A kutatók több mint 60 mintát vettek ezekből a fajtákból: Mimosaceae (Inga sps.), Lauraceae (Nectandra sp.), Meliaceae (Cedrela odorata sp.), Fabaceae (Caesalpiniaceae Tachigalia sp.). Sok faévgyűrűmintát már meg is csiszoltak, így mikroszkóp alatt tanulmányozható a szerkezetük. Érdekes mozzanata a dendrokronológiai vizsgálatoknak, hogy néhány fajtól eltekintve a trópusi fák növekedése során nem láthatóak évgyűrűk, ezért a minták kormeghatározása nem feltétlenül az évgyűrűk megszámlálásával, hanem radiokarbonos módszerrel történik majd.

A faévgyűrűk vizsgálata során a kutatók faanyag alfa-cellulózának oxigénizotóp-összetételét fogják elsősorban vizsgálni, és így következtetnek majd a csapadék eredetének változásaira. Hogy miért nincsenek évgyűrűk a trópusi fák törzsében?

Az egyenlítő mentén stabilabb az éghajlat, nincsenek olyan évszakok, mint a mérsékelt éghajlati övezetben, ezért nem tükröződik ezek váltakozása a fa anyagának növekedésében. Néhány faféle kivétel, de azok idegen fajok többnyire, és gyűrűik leginkább a száraz és esős időszakok váltakozását tükrözik

– magyarázta Danny Vargas, a quitói Salesian Polytechnic University volt hallgatója, aki PhD-tanulmányait és kutatói munkáját a Debreceni Egyetemen és az IKER-ben végzi. Vargas szerepe elég fontos volt amúgy az expedícióban: ő volt az, aki felkutatta Ecuador néhány karsztvidékét (ezek közül a Mera vidék lett a kutatás célpontja), majd az ismert barlangok közül kiválasztott néhányat, hogy a kutatásokhoz alkalmas cseppköveket ott keresse a debreceni csapat.

Mindezek után felvetődhet a kérdés, hogy miért van szükség a cseppkövekre és a fákból vett mintákra is, meg úgy általában a paleoklíma-rekonstrukcióra. A jövőnk minél pontosabb előrejelzése a tét. Amikor a klímakutatók a globális fölmelegedés, a klímaváltozás rövid és hosszú távú hatásait, lehetséges kimeneteleit vizsgálják, különféle modelleket futtatnak a rendelkezésre álló adatok alapján. A modellek helytállóságát legpontosabban már ismert hatású múltbéli adatsorokon lehet tesztelni, egy klímaváltozás-modell annál jobb, minél pontosabban rekonstruálja a múltbeli klimatikus eseményeket.

A fákból vett mintákkal rövid távú, néhány évtizedes tartományt lehet lefedni, míg a cseppkövekkel nullától hatszázezer évig vizsgálhatók visszamenőleg a kérdéses adatok – és ebben a tartományban benne vannak a fák által szolgáltatott adatok is, ennek révén pedig össze lehet vetni a fákat a cseppkövekkel és a meglévő meteorológiai adatokkal, mindezzel tovább pontosítva a kinyerhető klímainformációkat. (Érdekes mellékszál, hogy a hatvan évvel ezelőtt kezdődött nukleáris tesztek is segítenek a kutatóknak az adatok pontosításában: az első légköri atomrobbantásoktól számítva jelennek meg olyan radioaktív izotópok a mintákban, amik korábban nem jutottak a levegőbe, a vizekbe, jelenlétük egyértelműen segít a kormeghatározásban.)

Nemzetközi csapat az ecuadori barlangokban

Az expedíció 2019. február elején zajlott a Mera karsztterület délkeleti keresztmetszetében lévő, Pastaza környéki barlangokban. A Szalézi Egyetemről két kutató, Sheila Serrano fizikus és Marco Cerna biológus, valamint két hallgatójuk, Madison Herrera és Lisseth Carlosama vettek részt benne, míg az Atomkiból Palcsu László fizikus projektvezető, Marjan Temovski karsztkutató-barlangász, László Elemér meteorológus és Danny Vargas PhD-hallgató voltak a csapat tagjai. A kutatók nagyjából tíz állócseppkövet gyűjtöttek négy különböző barlangból. Ezek közül egyet már letörve találtak, míg a többit ők törték le, természetesen az ecuadori hatóságok engedélyével. A barlangokban és a barlangok mellett hőmérséklet-érzékelőket, csapadékgyűjtő edényeket telepítettek, a fákból fúrómagmintát gyűjtöttek.

„A barlangok környékére autóval mentünk, aztán nagyjából egy szűk órát kellett gyalogolnunk, sokszor bokáig érő sárban. Az esőerdő burjánzik a növényektől, állatot viszont keveset láttunk, állítólag délután négy után jönnek elő, de a helyi vezetőnk nem javasolta, hogy azt megvárjuk. Szerencsére az eső mindvégig elkerült minket. Az idő nem volt nagyon meleg, viszont párás, ezért sokat izzadtunk, hiszen hosszú szárú ruhát viseltünk, nehogy a szúnyogok megcsípjenek" – idézte fel Palcsu László az expedíciós élményeiket.

Jó érzés volt megtalálni a barlangokat, és keresgélni a cseppköveket. Egy alkalommal nyakig merülve kúsztunk a barlangi vízben, máskor (a partvidéki karsztos területen) több száz denevér repkedett a fejünktől néhány centiméterre, miközben mi a guanóval borított barlangban vizsgáltuk a cseppköveket. Ez is egyedülálló élmény volt. Szerencsére nem irtózunk a denevérektől

– mondta.