Камни возрастом 380 миллионов лет рассказывают о климате прошлого

Горные породы претерпевают изменения на протяжении миллионов лет. Однако из них можно извлечь информацию о климате во время их формирования.

Жидкости, циркулирующие под землей, изменяют горные породы с течением времени. Эти процессы необходимо учитывать, если они будут использоваться в качестве климатического архива. В сотрудничестве с международными коллегами доктор Матиас Мюллер из исследовательской группы по геологии осадков и изотопов в Рурском университете в Бохуме, Германия, использовал известняки возрастом 380 миллионов лет из Хаген-Хогенлимбурга, чтобы подробно показать, какая климатическая информация все еще сохраняется в горной породе.

Кроме того, его анализы позволяют ему делать выводы о том, насколько сегодня подходит порода для глубокого геотермального использования. Результаты его исследований были опубликованы в журнале Geochimica et Cosmochimica Acta.

Чтобы лучше понять сегодняшний климат, может помочь взгляд в прошлое. Для этой цели исследователи используют так называемые прокси: косвенные индикаторы климата в природных архивах, таких как ледяные керны, годичные кольца деревьев или капельники.

«Если мы хотим узнать что-либо о климате несколько миллионов или даже миллиардов лет назад, мы изучаем осадочные породы, которые могли даже сохранить температуру морской воды за сотни миллионов лет», — объясняет Мюллер.

Одной из вещей, которая может значительно затруднить этот тип далеко идущих климатических исследований, является последующее изменение климатических сигнатур, хранящихся в этих породах. Этот процесс называется диагенезом. Он начинается вскоре после отложения осадков в морской воде и может продолжаться по сей день.

«Очень старые породы обычно залегают на глубине нескольких километров», — говорит Мюллер. «Изменения в климатической информации затем вызываются горячими флюидами, циркулирующими на глубине». Там, где они могут проникнуть в породу, они часто приводят к перекристаллизации или новому росту минералов в породе.

Кроме того, когда породы поднимаются из глубин на поверхность Земли, они подвергаются влиянию погоды. Этот так называемый метеоритный диагенез также может повлиять на старую климатическую информацию или сделать ее совершенно бесполезной.

Вместе с международной исследовательской группой Матиас Мюллер подробно реконструировал, какая климатическая информация из мелководного моря в девонский период все еще хранится в породе в районе Хаген-Хоэнлимбург и какими процессами и при каких условиях она с тех пор изменилась. Исследователи проанализировали многочисленные систематически собранные образцы породы из карьера Стельтенберг, используя петрографические и геохимические методы.

«Мы были удивлены тем, что изменения в породе позволили нам идентифицировать большое количество значимых геологических событий, таких как раскрытие Северной Атлантики в юрском периоде и начало складкообразования и последующего поднятия Альп в сотнях километров от нас с конца мелового периода», — перечисляет Мюллер.

Он считает, что радиометрическое датирование ураном и свинцом является ключом к хронологической классификации так называемых событий наложения, хранящихся в породе. «Мы были особенно рады обнаружить в ходе наших исследований, что климатическая информация из девонского периода все еще может быть найдена даже в сильно наложенных породах», — говорит исследователь.

Результаты исследования также представляют интерес, когда речь идет об эксплуатации горных пород для получения глубинной геотермальной энергии, что может быть фактором, способствующим энергетическому переходу. Прогнозирование того, какие условия будут встречаться в тех или иных областях недр, было серьезной проблемой для исследователей на сегодняшний день.

«В частности, в карбонатных породах диагенетические наложения могут приводить как к осаждению, так и к явлениям растворения в породе, что может оказать существенное влияние на потенциальную жизнеспособность геотермальной энергии», — говорит Мюллер.

Результаты текущего исследования позволяют сделать предварительные оптимистичные выводы о том, что некоторые из охарактеризованных процессов в более глубоких недрах могли повысить применимость геотермальной энергии. Вместе с исследователями из Института исследований Фраунгофера по энергетическим инфраструктурам и геотермальной энергии IEG и Геологической службы Северного Рейна-Вестфалии Мюллер в настоящее время стремится определить, какие выводы с поверхности Земли влияют на применимость геотермальной энергии на глубине.