Klimat prehistorycznej Ziemi charakteryzował się długotrwałymi zmianami temperatury i wilgotności, dla których nie zachowały się żadne pisemne ani instrumentalne dowody. Klimat ten rekonstruuje się na podstawie pośrednich śladów, takich jak osady, skamieniałości i skład chemiczny zachowany w starożytnych materiałach. Warunki zmieniały się od okresów bardzo wilgotnych do faz suchych, a wahania te miały wpływ na roślinność i dostępność wody. Swoją rolę odegrały również takie procesy, jak intensywne parowanie w suchych regionach i odmienne od współczesnych modele cyrkulacji atmosferycznej.
Spis treści
Zmienne te są znane tylko częściowo, ponieważ zachowane wskaźniki są zazwyczaj nieliczne i trudne do interpretacji. Ograniczenie to wymaga poszukiwania nośników fizycznych, które są w stanie mierzyć wilgotność i zachowanie wody w bardzo odległych momentach czasu.
Brak informacji zmusił nas do poszukiwania bardzo specyficznych cech fizycznych.
Grupa naukowców z Uniwersytetu Nowego Meksyku opublikowała badania, które wykazały ekstremalne frakcjonowanie izotopów tlenu w kasztanie konnym, co pozwoliło naukowcom zrekonstruować prehistoryczną wilgotność i klimat Ziemi na podstawie skamieniałości roślin. Badania wykazały, że woda krążąca w tych roślinach nabiera składu izotopowego przekraczającego normalne zakresy wahań na Ziemi. Ta sygnatura chemiczna zachowuje informacje o parowaniu i wilgotności środowiska. Odkrycie to otwiera możliwość pomiaru dawnych warunków klimatycznych z wcześniej nieosiągalną dokładnością.
Grupa badawcza zebrała próbki trawy gładkiej wzdłuż rzeki Rio Grande w Nowym Meksyku i przeanalizowała zawartość wody w każdym źdźble od podstawy do wierzchołka. Pomiary wykazały stopniową zmianę izotopów tlenu w miarę przemieszczania się wody w kierunku wierzchołka rośliny. Na szczycie wartości osiągnęły poziomy, które wcześniej byłyby uznane za błędy analityczne. Pionowe śledzenie pozwoliło powiązać te zmiany z ciągłą utratą wody w wyniku parowania wzdłuż łodygi.
Wyniki zostały przedstawione na Międzynarodowej Konferencji Geochemicznej w Pradze. Zmierzone proporcje okazały się podobne do tych obserwowanych w niektórych meteorytach. Zachary Sharp, profesor nauk o Ziemi i planetach oraz główny autor badania, wyjaśnił podczas prezentacji: „Gdybym znalazł tę próbkę, powiedziałbym, że pochodzi z meteorytu”. Porównanie wykazało, że obserwowany proces wykracza poza znane na Ziemi możliwości frakcjonowania izotopowego.
Fitolitów pozwala zachować sygnały klimatyczne przez tysiące lat.
W badaniu przeanalizowano również potencjał skamieniałości paproci. Rośliny te, które niegdyś osiągały wysokość do 30 metrów, tworzą mikroskopijne struktury krzemionkowe zwane fitolitami, które mogą zachować skład izotopowy wody przez miliony lat. Według Sharpa „informacje te pozwalają nam odtworzyć wilgotność środowiska w bardzo odległych czasach”. W ten sposób fitolity pełnią rolę fizycznych wskaźników wilgotności w okresach, dla których nie ma bezpośrednich danych.
Odkrycie to wykazało, że zboża działają jak ekstremalne naturalne destylatory. Pusta struktura łodygi i ciągła utrata wody prowadzą do bardzo znacznego rozdzielenia lekkich i ciężkich izotopów. Mechanizm ten wyjaśnia, dlaczego uzyskuje się wartości, które wcześniej wydawały się niezgodne z procesami zachodzącymi na lądzie. W ten sposób obserwowane zachowanie rozwiewa wcześniejsze wątpliwości dotyczące anomalnych wyników pomiarów dla roślin w regionach pustynnych.
Badanie opublikowane w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences uzupełnia inne prace Uniwersytetu Nowego Meksyku w dziedzinie nauk o Ziemi. Identyfikacja tych pozostałości roślin pomaga w rekonstrukcji klimatu odległej przeszłości, poszerzając zestaw narzędzi dostępnych do zrozumienia funkcjonowania systemów klimatycznych Ziemi na długo przed pojawieniem się człowieka.
