Большим шагом вперед стало открытие, что изотопный состав осажденного карбоната позволяет определять температуру независимо от состава воды, если измеряется содержание конкретной, очень редкой карбонатной группы. Эта карбонатная группа содержит два тяжелых изотопа, тяжелый изотоп углерода (13C) и тяжелый изотоп кислорода (18O), которые называются «слипшимися изотопами»."Сгруппированные изотопы более распространены при более низких температурах.
Однако даже при использовании этого метода все еще оставалась проблема: сам процесс минерализации может повлиять на включение тяжелых изотопов в карбонат кальция (кинетические эффекты).
Если не идентифицировать, смещение, вызванное такими кинетическими эффектами, приводит к неточным определениям температуры. Это особенно касается климатических архивов, таких как кораллы и пещерные карбонаты.
Международная исследовательская группа во главе с профессором Йенсом Фибигом с факультета наук о Земле Франкфуртского университета Гете нашла решение этой проблемы. Они разработали высокочувствительный метод, с помощью которого, помимо карбонатной группы, содержащей 13C и 18O, можно с очень высокой точностью определить содержание другой, еще более редкой карбонатной группы.
В эту группу также входят два тяжелых изотопа, а именно два тяжелых изотопа кислорода (18O).
Если теоретические содержания этих двух редких карбонатных групп сопоставлены друг с другом на графике, влияние температуры будет представлено прямой линией.
Если для данного образца измеренные содержания двух тяжелых карбонатных групп дают точку, удаленную от прямой линии, это отклонение связано с влиянием процесса минерализации.
Дэвид Байнаи, бывший аспирант Фибига, применил этот метод к различным климатическим архивам. Среди прочего, он исследовал различные виды кораллов, пещерные карбонаты и ископаемый скелет кальмаровидного головоногого моллюска (белемнит).
Сегодня доктор.
Байнаи – научный сотрудник Кёльнского университета, получивший докторскую степень. Он объясняет: «Мы смогли показать, что – помимо температуры – механизмы минерализации также сильно влияют на состав многих карбонатов, которые мы исследовали. В случае пещерных карбонатов и кораллов наблюдаемые отклонения от исключительного контроля температуры подтверждают модельные расчеты соответствующих процессов минерализации, проведенные Dr. Вейфу Го, наш сотрудник в Океанографическом институте Вудс-Хоул в США.
Новый метод впервые позволяет количественно оценить влияние самого процесса минерализации. Таким образом можно определить точную температуру образования карбоната."
Профессор Йенс Фибиг убежден, что новый метод имеет большой потенциал: «Мы продолжим проверку нашего нового метода и определим климатические архивы, которые особенно подходят для точного и высокоточного восстановления прошлых температур поверхности Земли. Мы также намерены использовать наш метод для изучения влияния антропогенного подкисления океана на карбонатную минерализацию, например, кораллов.
Новый метод может даже позволить нам оценить значения pH в более ранних океанах.«Если все это удастся, реконструкция условий окружающей среды, которые преобладали на протяжении всей истории Земли, может быть значительно улучшена, – добавляет он.