– Współczesność jest kluczem do zrozumienia przeszłości – mówi dr hab. Michał Rakociński, prof. UŚ. Tragiczne zdarzenie z najnowszej historii Japonii zainspirowało geologa do postawienia pytania o możliwą przyczynę masowego wymierania fauny żyjącej w późnym dewonie. Zapoczątkowane w ten sposób badania przyniosły obiecujące wyniki, a te stały się impulsem do kontynuowania prac.

Dr hab. Michał Rakociński, prof. UŚ w kamieniołomie Drewer (Reńskie Góry Łupkowe, Niemcy) przy osadach późnodewońskiego zdarzenia Hangenberg

Wyjątkowe odkrycia geologiczne

Praca geologa przypomina dochodzenie detektywa – przyznaje specjalista w dziedzinie nauk o Ziemi i środowisku z Wydziału Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu Śląskiego. – Staramy się stworzyć pewien obraz tego, co zdarzyło się w przeszłości geologicznej, mając do dyspozycji szczątkowe informacje. Często w trakcie naszych badań pojawiają się kolejne pytania i wątpliwości – mówi badacz.

Wciąż też można mówić o białych plamach geologii. Miejscach, o których nie mamy zbyt dużej wiedzy, bo dotychczas nikt nie zainteresował się ich poznaniem lub dostępne informacje skutecznie chroni bariera językowa czy cyfrowa. Ekspert z UŚ wspomina prace realizowane w Górach Zarafszańskich w Uzbekistanie, gdzie wyzwanie stanowiły ograniczony dostęp do niezbyt obszernej literatury, dodatkowo spisanej wyłącznie cyrylicą. Źródła te były ponadto nieosiągalne przez internet. Nieocenionym wsparciem okazali się w tym przypadku lokalni badacze, którzy wcześniej poświęcili sporo czasu, by zapoznać się z tamtejszą geologią.

Nawet jednak dobrze przygotowanego specjalistę po przybyciu na miejsce może czekać niespodzianka.

– Pewnych rzeczy dowiadujemy się dopiero podczas prowadzenia prac terenowych – tłumaczy prof. Michał Rakociński. – W przypadku zdarzeń beztlenowych, którymi się zajmuję, często jest tak, że skały dosyć wyraźnie odróżniają się od tła. Czasem jednak nie jest to takie oczywiste. Gdy badaliśmy w Uzbekistanie granicę dewon – karbon, skały na pierwszy rzut oka się nie wyróżniały. Dopiero kiedy zbadaliśmy je w laboratorium i otrzymaliśmy wyniki, okazało się, że obecne są w nich duże koncentracje rtęci w odcinku, który odpowiadałby epizodowi wymierania. Ponieważ przed rewolucją przemysłową głównym źródłem rtęci w atmosferze czy w osadach były erupcje wulkaniczne, łatwo udało nam się powiązać to zdarzenie z zapisem wulkanizmu – dodaje geolog.

Naukowiec podkreśla, jak ogromną rolę pełni interdyscyplinarność w obszarze, którym się zajmuje. Geolodzy są w stanie wstępnie na podstawie dostępnej literatury lub wiedzy miejscowych geologów określić wiek skał, jakie pozyskają, ale przydatna jest pomoc paleontologów, którzy tę samą próbkę mogą obejrzeć pod kątem zachowanych śladów mikrofauny, dzięki czemu możliwe jest zawężenie wieku skały.

Japoński trop

Najważniejszym wyposażeniem naukowca jest zgromadzona wiedza, ale to niepohamowana ciekawość popycha go w rejony, gdzie może z tej wiedzy zrobić użytek. Geolog z UŚ wspomina, jak natknął się na informację o katastrofie w japońskiej miejscowości Minamata. W latach 50. XX wieku doszło tam do zatrucia lokalnej społeczności związkami metylortęci, które pochodziły z pobliskiej fabryki pozbywającej się toksycznych odpadów do wody. Jedzący owoce morza mieszkańcy pochłaniali tak znaczne ilości szkodliwej substancji, że wielu z nich przypłaciło to poważnymi problemami neurologicznymi.

Od prawej: prof. Michał Rakociński, prof. Zofia Dubicka (Uniwersytet Warszawski) oraz pracownicy rezerwatu geologicznego w Kitab podczas prac terenowych na pograniczu dewon-karbon w pasmie Zarawszańskim, Uzbekistan

– Rtęć sama w sobie jest niebezpieczna. Gdy przyłącza się do niej grupa metylowa, powstaje bardzo silna neurotoksyna, która może kumulować się w organizmach będących szczytowymi drapieżnikami w łańcuchu pokarmowym. Właśnie to spotkało ludzi w Minamacie. W skrajnych przypadkach zatrucie kończyło się śmiercią albo kalectwem – tłumaczy prof. Michał Rakociński.

Wspomniany epizod skłonił naukowca do rozważenia hipotezy o metylortęci jako możliwej przyczynie wymarcia dunkleosteusa – ryby pancernej siejącej postrach w morzach późnego dewonu. W tamtym okresie w morzach i oceanach panowały beztlenowe warunki sprzyjające bakteriom zdolnym metylować nieorganiczną rtęć, gromadzącą się w znacznych ilościach w wyniku aktywności wulkanicznej. Brakującym elementem w tej układance byłaby tylko metylortęć zachowana w osadach.

– Rozmawiałem o tym pomyśle z moim kolegą z instytutu, prof. dr. hab. Leszkiem Marynowskim. Stwierdził, że dobrze byłoby zbadać próbki pod tym kątem. Nie dawaliśmy sobie wielkich szans. Wysłaliśmy próbki skał dewońskich pochodzących z Alp Karnickich do kolegów z Polskiej Akademii Nauk w zakładzie geotoksykologii morza w Sopocie i po jakimś czasie dostaliśmy wyniki. Faktycznie, w tak starych osadach, sprzed 360 mln lat, zachowała się metylortęć – wspomina ekspert.

Informacja o tym odkryciu ukazała się w 2020 roku w „Scientific Reports” i do dziś jest to jedyna publikacja dotycząca obecności metylortęci w zapisie kopalnym. Podejście zespołu prof. Michała Rakocińskiego było nowatorskie – przedtem jedynie oceanolodzy poszukiwali tych związków we współczesnych osadach.

Gotowanie żaby

Naukowiec kontynuuje prace związane metylortęcią. Zamierza badać również próbki z innych lokalizacji i różnych okresów. Poszerzył już analizy skał dewońskich o te znalezione w górach Zarafszańskich w Uzbekistanie, rodzimych Górach Świętokrzyskich i pasmach Arbuckle oraz Ouachita w Oklahomie (USA), a także wiele innych pozyskanych podczas poprzednich projektów badawczych. Obecnie udało się przeprowadzić rozpoznanie zawartości rtęci całkowitej we wspomnianych profilach geologicznych. Kolejnym etapem będzie przeanalizowanie w nich zawartości metylortęci.

Badacze w szczególności chcą przyjrzeć się wymieraniu z granicy franu i famenu (górny dewon – 372,2 mln lat temu) oraz końca dewonu (359 mln lat temu), a także zbadać skały ze środkowej kredy. Te ostatnie mogą rzucić światło na wymieranie na granicy cenoman – turon (94 mln lat temu), gdy z powierzchni planety zniknęły żyjące w morzach ichtiozaury. Ichtiozaury, jak wszystkie morskie gady, oddychały tlenem atmosferycznym, zatem trudno wytłumaczyć ich wymieranie samym niedotlenieniem wód morskich. Być może stoi za nim toksyczna metylortęć? Geolog wskazuje przy tym na pojawiające się w próbkach z tego okresu anomalie rtęciowe i konieczność dalszych badań, które zamierza pogłębić podczas planowanych prac terenowych.

W historii naszej planety zdarzały się masowe wymierania, a najbardziej spektakularne i powszechnie znane jest to, które nastąpiło 66 mln lat temu w wyniku uderzenia asteroidy w półwysep Jukatan. W efekcie powstał ogromny krater Chicxulub na dnie Zatoki Meksykańskiej. Zdarzenie to należy traktować jako wyjątkowe, ponieważ zwykle przyczyną wymierania fauny i flory były zjawiska wywoływane aktywnością samej Ziemi.

– W późnej kredzie na Półwyspie Dekańskim w Indiach doszło do ogromnych wylewów potoków bazaltowych. Wydaje się zatem, że upadek asteroidy był gwoździem do trumny dinozaurów, bo ówczesna biosfera była już od dłuższego czasu pod dość mocną presją wzmożonego wulkanizmu – tłumaczy prof. Michał Rakociński. – Zwykle wymierania przypominają proces gotowania żaby. To trwające dziesiątki tysięcy lat wydarzenia związane ze zmianami klimatu, za którymi stały wielkie erupcje wulkaniczne, jak te spowodowane aktywnością trapów syberyjskich na granicy permu z triasem, przez co doszło do wydostania się na powierzchnię kontynentu dużych ilości law bazaltowych. W efekcie powstała tzw. wielka prowincja magmowa – podsumowuje ekspert.

Badając zdarzenia beztlenowe, podczas których zmieniały się warunki paleooceanograficzne skutkujące mniejszą ilością tlenu w zbiornikach morskich, naukowcy są w stanie stwierdzić, jaki przebieg oraz charakter mogły mieć zmiany klimatu. W lutym ubiegłego roku w czasopiśmie „Geological Magazine” ukazała się publikacja, której współautorem był prof. Michał Rakociński. Praca dotyczyła epizodu beztlenowego w środkowym turneju (początek karbonu, ok. 355 mln lat temu), zapisanego w skałach Montagne Noire – pasma górskiego w południowej Francji. Badaczom udało się powiązać to zdarzenie ze wzmożonym wulkanizmem.

– Z jednej strony udokumentowaliśmy podmorski wulkanizm w rejonie Paleotetydy zapisany w austriackich Alpach Karnickich. Natomiast na części ówczesnego kontynentu euroamerykańskiego, badając profile z Gór Świętokrzyskich, udokumentowaliśmy wulkanizm typu eksplozywnego. W jego wyniku doszło do emisji dużych chmur popiołów wulkanicznych, które znajdujemy w naszych skałach – wyjaśnia geolog. Również ten projekt jest przez badacza kontynuowany. Do dotychczas pozyskanych próbek dołączyły te zebrane z belgijskich Ardenów oraz hiszpańskich Gór Kantabryjskich. Naukowiec nie spodziewa się rewolucji, jednak zebrane wyniki z pewnością pozwolą na lepsze zrozumienie przemian mogących stanowić analogię dzisiejszych zmian klimatycznych i obserwowanego stopniowego spadku tlenu w globalnym oceanie.