מה הייתה טמפרטורת המים באוקיינוס הקדום?

בעונות מעבר נוהגים חזאי מזג האוויר לדווח על גובה גלי הים ומידת חום המים - לטובת הגולשים (שמעוניינים בגלים גבוהים) מצד אחד, והשחיינים (שמעוניינים בגלים נמוכים ובמים חמימים יחסית) מצד שני. "ניגוד העניינים" בין שתי הקהילות האלה, מזכיר במידה מסוימת ויכוח שמתנהל במשך כיובל שנים בין מדענים, בשאלת תכונותיו של האוקיינוס הקדום בכדור-הארץ. בקיצור, אפשר לנסח את השאלה שעומדת על הפרק כך: האם מי האוקיינוס הקדום היו חמים מאוד (כ-70 מעלות צלסיוס או יותר), בעוד ההרכב האיזוטופי של החמצן במים היה דומה להרכב שאנו מכירים כיום? או שאולי האוקיינוס הקדום התאפיין בטמפרטורה דומה לערכה הממוצע כיום (עם שונות של עד כ-20 מעלות צלסיוס), לצד הבדל משמעותי יותר בהרכב האיזוטופי של החמצן במים, בהשוואה להרכב שאנו מכירים כיום?

הדמיה(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

בהקשר זה, כאשר מדובר בהרכב האיזוטופי, הכוונה היא ליחס הכמותי בין האיזוטופ הנפוץ של החמצן, חמצן 16, ובין האיזוטופ הכבד והנדיר יותר, חמצן 18.

עוד כתבות באתר מסע הקסם המדעי של מכון ויצמן למדע:

תג הזהב

גם לחלבונים מותר לטעות

ניר גלילי, תלמיד מחקר מקבוצתו של פרופ' איתי הלוי, מהמחלקה למדעי כדור-הארץ וכוכבי-הלכת במכון ויצמן למדע, התמודד עם השאלה הזאת, שפתרונה עשוי לספק מידע חשוב על התנאים ששררו בכדור-הארץ הקדום בשלבים הראשונים של אבולוציית בעלי-החיים, וכן לסייע בהבנת מנגנוני הוויסות והשינוי של אקלים העולם.

מימין: ד״ר רות ים, פרופ׳ אלדו שמש, ניר גלילי ופרופ׳ איתי הלוי. הים הוא אותו ים (כמעט)(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

במאמר שפרסמו המדענים בכתב-העת המדעי Science, הם מתארים כיצד השתמשו בגרגירים קטנים ומרובדים ("אאואידים") העשויים תחמוצות ברזל כדי לבחון את השאלה הזאת. את ההרכב האיזוטופי של החמצן באאואידים מדדו בשותפות עם פרופ' אלדו שמש וד"ר רות ים מקבוצתו, גם הם מהמכון, שהתמחותם במדידות איזוטופיות מדויקות של דוגמאות מזעריות איפשרה את בניית בסיס הנתונים הנחוץ לפתרון השאלה.

התפלגות איזוטופים של חמצן באאואידים מעידה על ההרכב האיזוטופי של החמצן שהיה באוקיינוס בעת שנוצרו. במובן זה, אפשר לראותם כמעין "קפסולות זמן אוקייניות". כך, כאשר אוספים אאואידים מעשרות מקומות ברחבי העולם, משכבות שנוצרו בתקופות שונות בהיסטוריה של כדור-הארץ (במחקר זה אספו המדענים דוגמאות בנות עד שני מיליארד שנים), מתקבלת התמונה הכימית והאיזוטופית של האוקיינוס הקדום.

אאואיד תחמוצת ברזל שנאסף ממכרה ברזל נטוש ליד צוק מנרה. קפסולת זמן אוקיינית(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

"אספנו שני סוגים של תחמוצות ברזל שנוצרו באוקיינוס הקדום", אומר פרופ' הלוי, "גיתיט והמטיט. אבל כדי ללמוד מהרכבן האיזוטופי על זה של האוקיינוס הקדום, היה לנו צורך בכיול". לשם כך, ביצעו חברי הקבוצה סינתזה של התחמוצות האלה במעבדה, וכך קשרו ניסיונית בין הרכבן האיזוטופי של התחמוצות להרכב המים שמהם נוצרו. "פיתחנו ובדקנו שיטות למדידת ההרכב האיזוטופי של כמויות מזעריות של תחמוצות ברזל", אומר פרופ' שמש, "שאותן לא ניתחנו בעבר". בשילוב תוצאות הכיול והרכב האאואידים, פענחו החוקרים את ההרכב האיזוטופי של מי האוקיינוסים הקדומים במשך שני מיליארד השנים האחרונות.

בדרך זו הצליחו המדענים להראות שככל שהתקופה קדומה יותר, פוחת חלקו היחסי של איזוטופ החמצן הכבד (חמצן 18), ביחס לאחיו הקל (חמצן 16). במלים אחרות, אפשר לומר שככל שעבר הזמן מהיווצרות האוקיינוסים הראשונים, כך הכילו מי הים יותר ויותר איזוטופים כבדים של חמצן. "אמנם", אומר פרופ' הלוי, "מדובר בהבדל של 2%-1% בלבד, אבל די בשינוי הזה כדי שנבין כי התיאוריה לפיה האוקיינוס הקדום היה חם – קרוב לנקודת הרתיחה – עם השלכות מרחיקות לכת על תצורות חיים קדומות ומנגנוני היזון חוזר אקלימי, אינה נכונה".

למחקר:

https://science.sciencemag.org/content/365/6452/469