Mintegy 5000 évvel ezelőtt a Szaharában - ma egy hatalmas sivatag Észak-Afrikában, kiterjedése 9 millió négyzetkilométer - zöldellő táj volt...
Mintegy 5000 évvel ezelőtt a Szaharában - ma egy hatalmas sivatag Észak-Afrikában, kiterjedése 9 millió négyzetkilométer - zöldellő táj volt burjánzó növényzettel és tavakkal. A régióban található ősi barlangrajzok vízilovakat és tavakat ábrázolnak, valamint vándorló elefánt és zsiráf csordákat - élénk ellentétben a mai kopár és barátságtalan tájjal.
A Szahara "zöld" korszaka, az úgynevezett nedves időszak valószínűleg a 11.000 és 5000 évvel ezelőtti időre tehető, a kutatók úgy gondolják, hogy hirtelen ért véget, a régió egy-két évszázad leforgása alatt száradt sivataggá.
Az MIT, a Columbia Egyetem és más egyetemek kutatói most úgy találták, hogy ez a hirtelen klímaváltozás egész Észak-Afrikában közel egy időben következett be.
A kutatócsapat végigkövette a régió elmúlt 30.000 évének nedves és száraz időszakait az Afrika partjainál lévő üledékek elemzésével. Ezek az üledékek részben a kontinensről évezredek alatt a szél által odafújt porból állnak: Minél több por halmozódott fel egy adott időszakban, a kontinens annál szárazabb lehetett.
Méréseikből azt a következtetést vonták le, hogy a Szahara az afrikai nedves időszakban ötödannyi port bocsátott ki, mint amennyit a régió manapság. Eredményeik a Föld és Bolygótudományi Folyóiratban jelentek meg, amelyek arra utalnak, hogy az afrikai éghajlatváltozás jóval nagyobb volt, mint korábban becsülték.
David McGee, az MIT Föld, Légkör és Bolygótudományi Tanszékének adjunktusa azt mondja, hogy a tanulmány számszerű eredményei segítik a kutatókat abban, hogy meghatározzák a por kibocsátás egykori és mai hatását a klímaváltozásra.
"Eredményeink rámutatnak a meglepően nagy változásokra, hogy mennyi port bocsát ki Afrika," - mondja McGee, aki a Columbia posztdoktoraként sokat tett ezért a munkáért. "Ez egy alapvonalat ad nekünk, ahonnan visszatekintve az időben megérthetjük, mekkora éghajlati változások történtek a múltban. Ez a periódus volt a legutolsó klímaváltozás Afrikában. De milyen volt azelőtt?"
Ismerkedés a por lényegével
Időben követve Afrika porkibocsátását McGee a 2007-ben gyűjtött üledékmintákat a Columbia és a Woods Hole Oceanográfiai Intézet kutatóival vizsgálta. A kutatók Afrika északnyugati partjainál vették a mintákat, a parttól 900 kilométerre kiterjedő területen.
Intenzív porfelhő halad Keletről Nyugatra a Szaharában
Minden helyszínen magmintákat gyűjtöttek - egy 3 méter hosszú henger tetején súllyal - amit a tudósok a víz alá süllyesztettek, hogy üledék oszlopokat hozzanak felszínre.
McGee szerint a 3 méteres oszlop mintegy 30.000 év lerakódott üledékeit mutatja meg rétegről rétegre az óceánban - üledékeket, mint a szélfútta por a kontinensről, a tengeri áramlatok okozta lerakódások, és az élő szervezetek maradékai, amik elsüllyedtek a tengerfenéken. Az üledék 1 centimétere 100 évnyi lerakódást jelent, amit McGee "nagy felbontású" felvételnek nevez a por változásáról az idők folyamán.
Hogy nyomon követhesse, mennyi szélfútta por halmozódott fel az elmúlt 30.000 évben, McGee egy kombinált technikát használt, mellyel először meghatározta, hogy az üledék milyen gyorsan halmozódott fel idővel, aztán ebből kivonta a felhalmozódott tengeri üledékeket és biológiai maradványokat.
Rétegről rétegre
Az úgynevezett tórium-230 normalizáció technikát használva McGee és csapata kiszámította az üledékrétegek felhalmozódási arányát 2-3 centiméterenként az oszlopon végig. A technika az uránium tengervízben való lebomlásán alapszik: Idővel az uránium tórium-230-cá bomlik, egy oldhatatlan vegyi anyaggá, ami rátapad minden tengerfenékre süllyedő üledékre. Az uránium mennyisége - és tágabb értelemben a tórium-230 megtermelődött mennyisége - a világ óceánjaiban viszonylag állandó. McGee megmérte a tórium-230 koncentrációját minden egyes magmintában, hogy meghatározza az üledékek felhalmozódásának arányát az időben.
Azokban az időszakokban, amikor az üledék gyorsan halmozódott fel, a tórium-230 koncentrációja kisebb volt. A lassabb halmozódási időszakokra McGee nagyobb tórium-230 koncenrációt mért.
Miután a csapat kiszámította az üledék felhalmozódás arányát az elmúlt 30.000 évben, elkezdték meghatározni, hogy mennyi volt a por az adott üledékben a szomszédos Afrikából. A kutatók kivonták a biológiai üledéket a mintákból a kálcium-karbonát, az opál és a szerves szén megmérésével, melyek az élő szervezetek elsődleges maradványai. Ezen méréseket kivonva minden mintából a kutatók ezután a maradék üledékek szátválasztását végezték el szélfútta porra és tengeri üledékre - részecskékre, melyek az óceánban keringenek, majd lerakódnak a tengerfenékre az áramlatok segítségével.
McGee egy másik technikát alkalmazott, az úgynevezett szemcseméret végeselemes modellezést, hogy ábrázolja a gabonaszem méretű durva, és a porszerű finom szemcsék eloszlását a tengerfenék talajában.
"Meghatározzuk ezeket a végeselemeket: A tiszta por jele így néz ki, a tiszta tengeri üledéké máshogy fog kinézni," - modja el McGee. "És akkor láthatjuk, hogy milyen kombinációjú keveréket kapunk."
Ez a tanulmány McGee elmondása szerint az első, melyben a kutatók kétféle technikát kombináltak egymással - a végeselemes modellezést és a tórium-230 normalizálást - a párosítás egy nagyon pontos mérést eredményezett a porkibocsátás tekintetében több tízezer évre visszamenőleg.
Végül a kutatócsapat úgy találta, hogy néhány száraz észak-afrikai időszakban a kibocsátott por mennyisége a mainak a kétszerese volt. A mintákon keresztül a csapat azt találta, hogy az afrikai nedves időszak nagyon hirtelen kezdődött és ért véget, ami összhangban áll a korábbi eredményekkel. Azonban azt is megállapították, hogy 6000 évvel ezelőtt, ezen időszak vége felé a por kibocsátása az ötöde volt a mai szintnek, és sokkal kevesebb volt a por, mint azt korábban becsülték.
McGee szerint ezek az új mérések egy jobb megértést adhatnak a tudósok számára, hogy a por áramlások miképp függnek össze a klímával, és új adatokat biztosítanak a klímamodellekhez.
A következő lépésben McGee együtt dolgozik munkatársaival, az új mérések tesztelése segíthet megoldani egy régóta fennálló problémát: a klímamodellek alkalmatlanságát a 6000 évvel ezelőtti észak-afrikai nedves körülmények jellemzőinek reprodukálására. Ezen új eredmények felhasználásával a porkibocsátás éghajlati hatásai megbecsülhetők a helyi klímára, így a modellek végre képesek lesznek megmutatni a 6000 éve létezett észak-afrikai klímát - a füves területeket, amelyek otthont adtak a különböző vadon élő vándorló állatoknak.
"Ez az az időszak, ami megragadja az emberek képzeletét," - mondja McGee. "Fontos megértenünk, hogy milyen és mekkora hatással volt a por a múlt éghajlatára."
A Szahara "zöld" korszaka, az úgynevezett nedves időszak valószínűleg a 11.000 és 5000 évvel ezelőtti időre tehető, a kutatók úgy gondolják, hogy hirtelen ért véget, a régió egy-két évszázad leforgása alatt száradt sivataggá.
Az MIT, a Columbia Egyetem és más egyetemek kutatói most úgy találták, hogy ez a hirtelen klímaváltozás egész Észak-Afrikában közel egy időben következett be.
A kutatócsapat végigkövette a régió elmúlt 30.000 évének nedves és száraz időszakait az Afrika partjainál lévő üledékek elemzésével. Ezek az üledékek részben a kontinensről évezredek alatt a szél által odafújt porból állnak: Minél több por halmozódott fel egy adott időszakban, a kontinens annál szárazabb lehetett.
Méréseikből azt a következtetést vonták le, hogy a Szahara az afrikai nedves időszakban ötödannyi port bocsátott ki, mint amennyit a régió manapság. Eredményeik a Föld és Bolygótudományi Folyóiratban jelentek meg, amelyek arra utalnak, hogy az afrikai éghajlatváltozás jóval nagyobb volt, mint korábban becsülték.
David McGee, az MIT Föld, Légkör és Bolygótudományi Tanszékének adjunktusa azt mondja, hogy a tanulmány számszerű eredményei segítik a kutatókat abban, hogy meghatározzák a por kibocsátás egykori és mai hatását a klímaváltozásra.
"Eredményeink rámutatnak a meglepően nagy változásokra, hogy mennyi port bocsát ki Afrika," - mondja McGee, aki a Columbia posztdoktoraként sokat tett ezért a munkáért. "Ez egy alapvonalat ad nekünk, ahonnan visszatekintve az időben megérthetjük, mekkora éghajlati változások történtek a múltban. Ez a periódus volt a legutolsó klímaváltozás Afrikában. De milyen volt azelőtt?"
Ismerkedés a por lényegével
Időben követve Afrika porkibocsátását McGee a 2007-ben gyűjtött üledékmintákat a Columbia és a Woods Hole Oceanográfiai Intézet kutatóival vizsgálta. A kutatók Afrika északnyugati partjainál vették a mintákat, a parttól 900 kilométerre kiterjedő területen.
Intenzív porfelhő halad Keletről Nyugatra a Szaharában
Minden helyszínen magmintákat gyűjtöttek - egy 3 méter hosszú henger tetején súllyal - amit a tudósok a víz alá süllyesztettek, hogy üledék oszlopokat hozzanak felszínre.
McGee szerint a 3 méteres oszlop mintegy 30.000 év lerakódott üledékeit mutatja meg rétegről rétegre az óceánban - üledékeket, mint a szélfútta por a kontinensről, a tengeri áramlatok okozta lerakódások, és az élő szervezetek maradékai, amik elsüllyedtek a tengerfenéken. Az üledék 1 centimétere 100 évnyi lerakódást jelent, amit McGee "nagy felbontású" felvételnek nevez a por változásáról az idők folyamán.
Hogy nyomon követhesse, mennyi szélfútta por halmozódott fel az elmúlt 30.000 évben, McGee egy kombinált technikát használt, mellyel először meghatározta, hogy az üledék milyen gyorsan halmozódott fel idővel, aztán ebből kivonta a felhalmozódott tengeri üledékeket és biológiai maradványokat.
Rétegről rétegre
Az úgynevezett tórium-230 normalizáció technikát használva McGee és csapata kiszámította az üledékrétegek felhalmozódási arányát 2-3 centiméterenként az oszlopon végig. A technika az uránium tengervízben való lebomlásán alapszik: Idővel az uránium tórium-230-cá bomlik, egy oldhatatlan vegyi anyaggá, ami rátapad minden tengerfenékre süllyedő üledékre. Az uránium mennyisége - és tágabb értelemben a tórium-230 megtermelődött mennyisége - a világ óceánjaiban viszonylag állandó. McGee megmérte a tórium-230 koncentrációját minden egyes magmintában, hogy meghatározza az üledékek felhalmozódásának arányát az időben.
Azokban az időszakokban, amikor az üledék gyorsan halmozódott fel, a tórium-230 koncentrációja kisebb volt. A lassabb halmozódási időszakokra McGee nagyobb tórium-230 koncenrációt mért.
Miután a csapat kiszámította az üledék felhalmozódás arányát az elmúlt 30.000 évben, elkezdték meghatározni, hogy mennyi volt a por az adott üledékben a szomszédos Afrikából. A kutatók kivonták a biológiai üledéket a mintákból a kálcium-karbonát, az opál és a szerves szén megmérésével, melyek az élő szervezetek elsődleges maradványai. Ezen méréseket kivonva minden mintából a kutatók ezután a maradék üledékek szátválasztását végezték el szélfútta porra és tengeri üledékre - részecskékre, melyek az óceánban keringenek, majd lerakódnak a tengerfenékre az áramlatok segítségével.
McGee egy másik technikát alkalmazott, az úgynevezett szemcseméret végeselemes modellezést, hogy ábrázolja a gabonaszem méretű durva, és a porszerű finom szemcsék eloszlását a tengerfenék talajában.
"Meghatározzuk ezeket a végeselemeket: A tiszta por jele így néz ki, a tiszta tengeri üledéké máshogy fog kinézni," - modja el McGee. "És akkor láthatjuk, hogy milyen kombinációjú keveréket kapunk."
Ez a tanulmány McGee elmondása szerint az első, melyben a kutatók kétféle technikát kombináltak egymással - a végeselemes modellezést és a tórium-230 normalizálást - a párosítás egy nagyon pontos mérést eredményezett a porkibocsátás tekintetében több tízezer évre visszamenőleg.
Végül a kutatócsapat úgy találta, hogy néhány száraz észak-afrikai időszakban a kibocsátott por mennyisége a mainak a kétszerese volt. A mintákon keresztül a csapat azt találta, hogy az afrikai nedves időszak nagyon hirtelen kezdődött és ért véget, ami összhangban áll a korábbi eredményekkel. Azonban azt is megállapították, hogy 6000 évvel ezelőtt, ezen időszak vége felé a por kibocsátása az ötöde volt a mai szintnek, és sokkal kevesebb volt a por, mint azt korábban becsülték.
McGee szerint ezek az új mérések egy jobb megértést adhatnak a tudósok számára, hogy a por áramlások miképp függnek össze a klímával, és új adatokat biztosítanak a klímamodellekhez.
A következő lépésben McGee együtt dolgozik munkatársaival, az új mérések tesztelése segíthet megoldani egy régóta fennálló problémát: a klímamodellek alkalmatlanságát a 6000 évvel ezelőtti észak-afrikai nedves körülmények jellemzőinek reprodukálására. Ezen új eredmények felhasználásával a porkibocsátás éghajlati hatásai megbecsülhetők a helyi klímára, így a modellek végre képesek lesznek megmutatni a 6000 éve létezett észak-afrikai klímát - a füves területeket, amelyek otthont adtak a különböző vadon élő vándorló állatoknak.
"Ez az az időszak, ami megragadja az emberek képzeletét," - mondja McGee. "Fontos megértenünk, hogy milyen és mekkora hatással volt a por a múlt éghajlatára."