2 miliardy let stará stopa zpochybňuje populární teorii věd o Zemi

Klíčová geologická stopa ke globálnímu narušení starověkého uhlíkového cyklu Země může mít lokálnější původ. Před zhruba 2,5 až 2 miliardami let prošla Země největší chemickou transformací známou z historie svého povrchu, kdy se v atmosféře hromadil kyslík. Tato změna nakonec pomohla vytvořit podmínky pro složité organismy, jako jsou rostliny a živočichové, které se objevily asi před půl miliardou let.

Během tohoto raného vzestupu množství kyslíku se pod mořským dnem uložilo obrovské množství mikrobiálního materiálu, který zachytil uhlík v horninách s neobvyklým izotopovým podpisem. Tento signál byl často interpretován jako důkaz, že uhlíkový cyklus Země byl narušen v globálním měřítku.

Velká část důkazů o takové celosvětové události pochází z vrtných jader, dlouhých válců hornin vytěžených zpod povrchu, odebraných ze starověkých ložisek na mořském dně v Karélii v Rusku a ve Francevillské pánvi v Gabonu. Výzkum vedený vědci z Caltechu nyní zpochybňuje část této interpretace a ukazuje, že ruský záznam může spíše odrážet procesy probíhající v jedné sedimentární pánvi.

„Jedna z hlavních debat se soustředí na neobvyklý signál izotopů uhlíku, který byl často interpretován jako důkaz celosvětové změny životního prostředí,“ říká Nivedita Thiagarajanová, vedoucí vědecká pracovnice na Caltechu, která pracuje v laboratoři Johna Eilera, profesora geologie a geochemie Roberta P. Sharpa a vedoucího Teda a Ginger Jenkinsových na Katedře geologických a planetárních věd. „Studovali jsme plyny zachycené v mikroskopických kapsách v horninách ze souvrství Zaonega v Karélii v Rusku, jednoho z nejstarších známých nalezišť fosilní ropy na světě, a zjistili jsme, že signál izotopů uhlíku na tomto klíčovém místě lze vysvětlit lokálními jevy, ke kterým došlo v sedimentární pánvi o rozloze několika set kilometrů čtverečních a nikoliv po celé zeměkouli.“

Thiagarajanová vedla studii, publikovanou v časopise Geology, která rekonstruuje procesy zaznamenané v Karélii poté, co se kyslík poprvé stal hojným v zemské atmosféře.

Globální signál je zpochybněn
Uhlík existuje v těžších a lehčích izotopových formách a poměry zachované ve starověké biomase mohou poskytnout vodítka o tom, odkud tento uhlík pochází. Poměry mezi těmito izotopy (nebo signály uhlíku a izotopů) ve vrtných jádrech proto poskytují záznam o změnách prostředí v dávném čase, podobně jako informace zachované v letokruzích stromů. Neobvyklý uhlíkový podpis identifikovaný ve formaci Zaonega a v horninách z Gabonu se nazývá událost Shunga-Francevillian. Vědci ji použili jako důkaz, že uhlíkový cyklus Země prošel globálním narušením asi před 2 miliardami let.

Výzkumníci se k anomálii Shunga-Francevillian přiblížili zkoumáním jiného druhu důkazů. Pomocí vrtných jader uložených v NGU analyzovali molekulární a izotopové složení plynů uchovávaných v drobných tekutých inkluzích ve vzorcích bohatých na pyrobitumen ze souvrství Zaonega, starověké mořské sedimentární pánve. Pyrobitumen je nerozpustný organický uhlík, který vzniká, když je ropa nebo kerogen (zdroj zemního plynu) uvězněný v podzemí vystaven intenzivnímu teplu.

Spolupráce vznikla během Leplandovy přítomnosti na Caltechu. Dorazil s novou sadou izotopových měření z plynů uvězněných v horninách Zaonega, které ještě potřebovaly vysvětlení. Zároveň Thiagarajanová a Eiler nedávno studovali izotopové poměry v zemních plynech a vyvinuli širší rámec pro pochopení toho, jak tyto plyny vznikají.

Ohřev magmatu by mohl vysvětlit tuto anomálii
Když vědci spojili tato pozorování, objevilo se jiné vysvětlení neobvyklých izotopových signatur. Domnívají se, že vrstva magmatu se vtlačila do vrstev mořského sedimentu ve formaci Zaonega, zatímco sedimenty byly pohřbeny pod prehistorickým oceánem. Teplo z magmatu změnilo sedimenty bohaté na organické látky a vytvořilo uhlovodíky včetně metanu a propanu.

Tyto sloučeniny se poté pohybovaly vzhůru směrem k mořskému dnu, kde je mikroby konzumující metan využily a vytvořily biomasu nesoucí lehkou izotopovou signaturu uhlíku. Měření také odhalila velký teplotní gradient, od přibližně 350 stupňů Celsia vedle intruze magmatu do přibližně 72 stupňů Celsia u starověkého asfaltového úniku na mořském dně přibližně o 300 metrů výše.

„Tento řetězec geologických a biologických procesů může vysvětlovat neobvyklý signál izotopů uhlíku zaznamenaný ve formaci Zaonega,“ říká Thiagarajanová. „Bylo zajímavé vidět, že některé ze stejných signatur, které pozorujeme v současných ropných a plynných pánvích, jsou zde také a jsou zachovány ve vzorcích starých 2 miliardy let.“

Důkazy hovoří v prospěch lokální příčiny
Výzkumníci nemohou zcela vyloučit příspěvky jiných procesů. Jejich měření však naznačují, že anomálie izotopů uhlíku v oblasti Zaonega byla způsobena převážně událostmi v místní pánvi, spíše než změnou ovlivňující celou planetu.

„Protože Zaonega je referenčním místem pro událost Shunga-Francevillian, naše zjištění vyvolávají důležité otázky, zda by měla být považována za celosvětovou událost,“ říká Thiagarajanová.

Gabon poskytne klíčový test
Další test přijde z Gabonu, kde horniny zaznamenávají podobnou izotopovou anomálii. Vědci plánují analyzovat vzorky odebrané v rámci projektu GOE-DEEP, který je spolufinancován Mezinárodním kontinentálním vědeckým vrtným programem, aby zjistili, zda srovnatelné lokální procesy mohou vysvětlit signál i tam. Lepland strávil v létě 2025 v Gabonu čtyři měsíce koordinací vrtných prací.

Výsledné vzorky dorazily do NGU v únoru a jejich vzorkování by mělo být odebráno později v tomto roce mezinárodní výzkumnou skupinou zastupující 18 zemí.

„Nyní můžeme skutečně dát věci dohromady provedením podobného typu studie na gabonských horninách a porovnat obě lokality,“ říká Lepland. „Takto se věda posouvá vpřed.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/a-2-billion-year-old-clue-challenges-a-popular-earth-science-theory/

autor: František Martinek