Jak zmieniał się klimat Ziemi w ciągu ostatnich setek tysięcy lat? Odpowiedź na to pytanie jest dziś bardzo istotna – zarówno dla lepszego zrozumienia naturalnych cykli klimatycznych, jak i dla prognozowania skutków globalnego ocieplenia.
Poszukując „archiwów klimatycznych”, naukowcy sięgają po różne źródła: rdzenie lodowe, osady denne czy nacieki jaskiniowe. Międzynarodowy zespół badaczy z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, Uniwersytetu Florydy oraz Instytutu Nauk o Ziemi w Orleanie wykazał ostatnio, że cennych informacji dostarczają również świece krasowe – pionowe kanały wydrążone w skałach wapiennych. Wyniki tych badań ukazały się w prestiżowym czasopiśmie „Physical Review Letters”.
Kropla drąży skałę
Woda kształtuje powierzchnię Ziemi za sprawą powolnej, ale stałej erozji, tworząc wąwozy, jaskinie czy leje krasowe. W skałach wapiennych powstają też pionowe kanały, czyli świece krasowe. Dlaczego są tak ciekawe? Ponieważ – jak wykazali badacze – ich kształt nie zmienia się podczas wzrostu: kanał stopniowo się wydłuża, ale od początku zachowuje tę samą formę. To właśnie ta niezmienniczość sprawia, że świece przechowują informacje o warunkach panujących w chwili ich powstawania – w szczególności o ówczesnych opadach atmosferycznych.
Aby przyjrzeć się temu procesowi, naukowcy przeprowadzili eksperymenty mikroprzepływowe w gipsie. W próbce wykonano niewielkie nacięcia, a następnie przepuszczano przez nią wodę.
– Choć początkowo rozpuszczanie miało chaotyczny przebieg, ostatecznie wyłoniło się tylko kilka wydłużających się kanałów, a każdy z nich przyjął stabilny, charakterystyczny kształt i wydłużał się, już go nie zmieniając. Jeśli prześledzimy granice kanałów w kolejnych momentach i nałożymy je tak, by ich czubki się pokrywały, zobaczymy, że od samego początku zachowują one ten sam, niezmienny kształt. Dokładnie tak samo zachowują się świece krasowe w naturze – stwierdzają badacze.
– Wygląda to tak, jakby istniał idealny, platoński model takiej krasowej świecy, który stopniowo zagłębia się w ziemię niczym w wosk, pozostawiając w niej otwór o charakterystycznym konturze – komentuje Stanisław Żukowski, realizujący doktorat na Wydziale Fizyki UW i Université Paris Cité, pierwszy autor artykułu w Physical Review Letters.
Wzór natury
Jak jednak odczytać z dawnych kanałów informacje o klimacie sprzed setek tysięcy lat? Kluczem było skonstruowanie matematycznego modelu ich ewolucji.
– Uchwycenie niezmienniczej formy wymagało użycia zaawansowanych narzędzi matematycznych, łączących dynamikę płynów i transport reaktywny. To pozwoliło na modelowanie, jak wody opadowe infiltrują skały wapienne i kształtują świece krasowe – wyjaśnia prof. dr hab. Piotr Szymczak z Wydziału Fizyki UW, autor korespondencyjny publikacji.
Jak wynika z ustaleń badaczy, intensywne opady sprzyjają tworzeniu się wydłużonych kanałów, podczas gdy przy słabszych opadach są one szersze i bardziej zaokrąglone. Innymi słowy: kształt świec krasowych stanowi zapis dawnych warunków klimatycznych, który dziś możemy odczytać. Co więcej, jak zaznaczają badacze, zrozumienie mechanizmów powstawania kanałów rozpuszczeniowych w skałach ma również znaczenie praktyczne — może pomóc w optymalizacji procesów podziemnego składowania CO₂ czy wydobycia ropy naftowej.
