hrvatski

Sige – arhivi paleookolišnih promjena

Sige su sekundarni karbonatni sedimenti koji nastaju u špiljama kristalizacijom (najčešće) kalcita iz vode prokapnice prezasićene na CaCO3 (Slika 1). Tijekom taloženja one inkorporiraju različite izotope koji omogućavaju rekonstrukciju brojnih promjena koje su se odvijale u okolišu u vrijeme njihova rasta. Osim što se na temelju radioaktivnih izotopa U-Th niza i 14C sige mogu razmjerno precizno datirati, varijacije stabilnih izotopa ukazuju na paleookolišne promjene u smislu fluktuacije temperature, količine oborine, prevladavajuće vegetacije i sl. Paleoklimatska uloga siga prepoznata je još prije pola stoljeća (Hendy & Wilson, 1968), no intenzivnije korištenje siga u paleookolišnim studijama započelo je prije 15-ak godina kad su se uvidjele brojne prednosti siga pred drugim ‘arhivima’ sličnih podataka, kao što su jezgre leda i dubokomorskih sedimenata koje pokrivaju oceanska i polarna područja, dok se sige mogu pronaći u krškom okolišu na svim kopnenim područjima. Osim toga, njihovo je datiranje tehnikom masene spektrometrije omogućilo rekonstrukciju okoliša u jako visokoj rezoluciji, nekada čak i do sezonskih promjena. Uz to, osim najčešće korištenih varijacija omjera stabilnih izotopa kisika i ugljika, u sigama je moguće pratiti i varijacije koncentracije elemenata u tragovima, mineraloške i petrografske promjene, sastav fluidnih inkluzija, prisutnost organskih molekula, pa čak i polena i vulkanske prašine. Još jedna od prednosti siga je njihov rast u špiljskom okolišu dobro zaštićenom od atmosferskih prilika, ali i jednostavnost čuvanja i arhiviranja uzoraka za buduće analize (što je u slučaju jezgri leda i dubokomorskih sedimenata bitno zahtjevnije). Iako je klasični krš kojem pripada i Hrvatska bio kolijevka karstoloških istraživanja, sige su u znanstvenim istraživanjima u Hrvatskoj u upotrebi od 70-ih godina prošlog stoljeća i to u okviru arheoloških, paleontoloških i speleoloških studija, dok su se u paleookolišnim istraživanjima prvo koristile za rekonstrukciju kolebanja morske razine i tek potom za paleoklimatske rekonstrukcije (pregled svih dosadašnjih istraživanja u Surić, 2018). Unatoč maloj površini (ali s >10000 speleoloških objekata), Hrvatska nudi izniman potencijal u ovoj disciplini zbog geografskog položaja na granici između sredozemnih maritimnih i srednjoeuropskih kontinentskih utjecaja. Pomicanje te granice uslijed globalnih klimatskih promjena već je zabilježeno u sigama susjednih područja (Luetscher et al. 2015) i namjera je projektom REQUENCRIM ustanoviti kako su hrvatska područja tijekom značajnih klimatskih događaja (LGM, 8, 2 ka) reagirala po pitanju temperature, distribucije oborina, vegetacije i dr. Temeljni preduvjet za ovakva istraživanja, odnosno za vjerodostojnost paleoklimatskog zapisa, jest pretpostavka da se kalcit siga taložio u izotopnoj ravnoteži s vodom prokapnicom pri čemu bi varijacije kisikovih izotopa bile isključivo odraz temperaturnih promjena (odnosno klime s obzirom da je u špiljama u principu temperatura stalna i jednaka prosječnoj godišnjoj temperaturi zraka tog područja). Zbog tog preduvjeta, naizgled manje bitan, ali neophodan i po trajanju duži dio ovih istraživanja je monitoring. Pod monitoringom se podrazumijeva praćenje atmosferskih uvjeta u špiljama i na površini, intenziteta prokapavanja, količine oborina te izotopnog sastava kišnice, prokapnice i recentnog kalcita. Nakon najmanje 1-godišnjeg praćenja, poželjno je za analize uzeti sige iz stabilnih špiljskih uvjeta, koje su prihranjivane vodom ujednačenog izotopnog sastava (δ18O i δ2H) i čiji je recentni kalcit taložen u izotopnoj ravnoteži s prokapnicom. Dodatna potvrda ravnotežnih uvjeta je i repliciranje izotopnog signala u sigama iz istog razdoblja (Dorale and Liu, 2009), a provodi se i tzv. Hendy test duž lamina siga (Hendy, 1971), kako bi se isključila mogućnost utjecaja kinetičke frakcionacije na izotopni signal. U okviru REQUENCRIM projekta rekonstrukcija paleookolišnih promjena temeljila se na varijacijama omjera stabilnih izotopa kisika i ugljika (δ18O i δ13C) u kalcitu sedam siga iz špilja s tri različita područja: Nove Grgosove špilje kod Samobora (središnja Hrvatska), Lokvarke (gorska Hrvatska) i špilje Modrič (primorska Hrvatska). U Novoj Grgosovoj i Lokvarci monitoring voda provodio se 1 godinu, atmosferski uvjeti praćeni su dvije godine u Novoj Grgosovoj, odnosno 4 godine u Lokvarci, dok je kompletan monitoring u špilji Modrič u potpunosti nastavljen i neće se prekidati ni po završetku projekta. U-Th datiranje provodilo se na School of Earth Sciences, University of Melbourne, Australija, 14C datiranje na Institutu Ruđer Bošković i University of Georgia, Atlanta, SAD, dok su izotopne analize voda i kalcita obavljene dijelom na University of Melbourne, a dijelom u Geological and Geochemical Research, Research Centre for Astronomy and Earth Sciences Hungarian Academy of Sciences, Mađarska. Sa znanstvenicima navedenih ustanova uspostavljena je suradnja koja će se nastaviti u području istraživanja paleoekoloških zapisa u sigama i po završetku projekta. Uz ranije navedene prednosti siga pred drugim 'arhivima', brojne su i nesigurnosti i zapreke koje se tijekom monitoringa, analiziranja i interpretacije mogu javiti: od jednostavnog kvara opreme koji naruši kontinuirani monitoring, prestanka rasta sige neovisno o okolišnim uvjetima ili rekristalizacije, preko nepoznavanja početne aktivnosti prilikom 14C datiranja ili povećanog sadržaj detritusa tijekom U-Th datiranja, pa do problema određivanja dominantnog uzroka izotopnog signala (temperatura, količina oborina, porijeklo oborina i dr.) (Surić, 2017). Neovisno o tome, ova istraživanja rezultiraju spoznajama koja upotpunjuju sliku kvartarnih promjena u Europi i bit će temelj budućim multidisciplinarnim studijama.

projekt REQUENCRIM, radionica, kvartar, izotopne metode, sige, spilje

nije evidentirano