Skały ulegają zmianom przez miliony lat. Mimo to możliwe jest wyciągnięcie z nich informacji o klimacie w czasie ich powstawania.
Płyny krążące pod ziemią zmieniają skały w miarę upływu czasu. Procesy te muszą być brane pod uwagę, jeśli mają być wykorzystywane jako archiwum klimatyczne. Współpracując z międzynarodowymi kolegami, dr Mathias Müller z grupy badawczej Sediment and Isotope Geology na Uniwersytecie Ruhr w Bochum w Niemczech, wykorzystał 380-milionowe wapienie z Hagen-Hohenlimburg, aby szczegółowo pokazać, jakie informacje klimatyczne są nadal zachowane w skale. Co więcej, jego analizy pozwalają mu wyciągnąć wnioski na temat tego, jak bardzo skała nadaje się obecnie do głębokiego wykorzystania geotermalnego. Wyniki jego badań zostały opublikowane w czasopiśmie Geochimica et Cosmochimica Acta 1 lipca 2024 r.
Archiwum klimatyczne w skale
Aby lepiej zrozumieć dzisiejszy klimat, pomocne może być spojrzenie w przeszłość. Naukowcy wykorzystują w tym celu tzw. proxy: pośrednie wskaźniki klimatu w naturalnych archiwach, takich jak rdzenie lodowe, słoje drzew lub nacieki. „Jeśli chcemy dowiedzieć się czegoś o klimacie sprzed kilku milionów, a nawet miliardów lat, badamy skały osadowe, które mogły nawet przechowywać temperaturę wody morskiej sprzed setek milionów lat” – wyjaśnia Mathias Müller.
Jedną rzeczą, która może znacznie utrudnić tego typu dalekosiężne badania klimatyczne, jest późniejsza zmiana sygnatur klimatycznych przechowywanych w tych skałach. Proces ten nazywa się diagenezą. Rozpoczyna się wkrótce po osadzeniu się osadu w wodzie morskiej i może trwać do dziś. „Bardzo stare skały są zwykle zakopane na głębokości kilku kilometrów” — mówi Mathias Müller. „Zmiany w informacjach klimatycznych są następnie powodowane przez gorące płyny krążące na głębokości”. Tam, gdzie mogą one przeniknąć do skały, często prowadzą do rekrystalizacji lub wzrostu nowych minerałów w skale. Ponadto, gdy skały są podnoszone z głębin na powierzchnię ziemi, są one pod wpływem pogody. Ta tak zwana diageneza meteoryczna może również wpływać na stare informacje klimatyczne lub czynić je całkowicie bezużytecznymi.
Z płytkiego morza do gór
Wraz z międzynarodowym zespołem badawczym Mathias Müller szczegółowo zrekonstruował, które informacje klimatyczne z płytkiego morza w okresie dewońskim są nadal przechowywane w skałach w obszarze Hagen-Hohenlimburg oraz przez jakie procesy i w jakich warunkach zostały od tego czasu zmienione. Naukowcy przeanalizowali liczne systematycznie zbierane próbki skał z kamieniołomu Steltenberg, stosując metody petrograficzne i geochemiczne.
„Byliśmy zaskoczeni, że zmiany w skale pozwoliły nam zidentyfikować dużą liczbę znaczących wydarzeń geologicznych, takich jak otwarcie północnego Atlantyku w jurze i początek fałdowania i późniejszego wypiętrzania się Alp oddalonych o setki kilometrów od późnej kredy” – wymienia Mathias Müller. Uważa on, że radiometryczne datowanie uranowo-ołowiowe jest kluczem do chronologicznej klasyfikacji tak zwanych zdarzeń nadruku przechowywanych w skale. „Szczególnie cieszyliśmy się, odkrywając podczas naszych badań, że informacje klimatyczne z okresu dewońskiego nadal można znaleźć nawet w skałach silnie nadrukowanych” – podkreśla badacz.
Od badań klimatycznych do energii geotermalnej
Wyniki badania są również interesujące, jeśli chodzi o eksploatację skał do głębokiej energii geotermalnej, co może być czynnikiem przyczyniającym się do transformacji energetycznej. Przewidywanie, jakie warunki wystąpią w poszczególnych obszarach podpowierzchni, było dotychczas głównym wyzwaniem dla badaczy. „Szczególnie w skałach węglanowych, diagenetyczne nadrukowanie może prowadzić zarówno do zjawisk wytrącania, jak i rozpuszczania w skale, co może mieć dramatyczny wpływ na potencjalną żywotność energii geotermalnej” — mówi Mathias Müller.
Wyniki obecnych badań pozwalają na wstępne optymistyczne wnioski, że niektóre z opisanych procesów w głębszych warstwach podpowierzchniowych mogą zwiększyć użyteczność energii geotermalnej. Wraz z badaczami z Fraunhofer Research Institution for Energy Infrastructures and Geothermal Energy IEG oraz Geological Survey of North Rhine-Westphalia, Mathias Müller zamierza obecnie dowiedzieć się, jakie implikacje mają ustalenia z powierzchni ziemi dla przydatności energii geotermalnej na głębokości.
Mathias Mueller, Benjamin Florian Walter, Robert Johannes Giebel, Aratz Beranoaguirre, Peter K. Swart, Chaojin Lu, Sylvia Riechelmann, Adrian Immenhauser: W kierunku lepszego zrozumienia geochemicznego zapisu zastępczego złożonych archiwów węglanowych, w: Geochimica et Cosmochimica Acta, 2024, DOI: 10.1016/j.gca.2024.04.029
Wybrane obrazy zostaną pobrane w postaci pliku ZIP.
Podpisy i informacje o zdjęciach są dostępne w pliku HTML po rozpakowaniu.
