E-mail | SIS | Moodle | Helpdesk | Knihovny | cuni.cz | CIS Více

česky | english Přihlášení



Komplexní výzkum mikrofosílií ukazuje možné scénáře vývoje oceánského systému

Doktor Filip Scheiner se na Přírodovědecké fakultě UK věnuje paleo-oceánografii a paleo-ceánografickým rekonstrukcím pomocí geochemických proxy. Kromě toho je čerstvým držitelem mezinárodního GAČR projektu, ve kterém bude spolupracovat s brazilskými vědci na projektu zkoumajícím proces ukládání uhlíku v oceánech v oblasti brazilského kontinentálního okraje. Spolu s grantovou agenturou ČR na projektu participuje také brazilská São Paulo Research Foundation (FAPESP).

Mohl byste krátce představit, čím se v grantovém projektu zabýváte?

Naskytla se nám možnost spolupráce s brazilskými kolegy, kteří mají unikátní materiál z několika vrtných jader získaných z jižní až jihovýchodní oblasti brazilského kontinentálního okraje. Tato oblast je oceánograficky velmi zajímavá, díky specifickému kontaktu různých oceánských vodních mas. Působení těchto vodních mas ale není stálé v čase a jejich vliv se v průběhu času mění. Platí to, ať už mluvíme o geologických obdobích nebo dokonce i sezónních změnách a samozřejmě to pak hraje velkou roli pro funkčnost místního ekosystému a tamního oceánografického systému jako celku.

Brazilští kolegové se v materiálech z vrtů soustředí převážně na mikropaleontologický výzkum na základě mikrofosílií, nejčastěji Foraminifer. Ve svých předešlých výzkumech objevili polohy charakteristické zvýšenou mírou  rozpouštění vápenatých mikrofosílií a samozřejmě se snaží rozklíčovat co je spouštěčem a jaké z toho plynou důsledky na podobu studovaného prostředí. Proto jsme v tomto projektu nabídli spolupráci s tím, že náš tým přinese do výzkumu geochemické know-how ohledně použití nejmodernějších analýz na schránkách Foraminifer. Geochemie je velmi účinným nástrojem pro rozklíčování parametrů, které by brazilští kolegové chtěli v materiálu sledovat.

Jedná se o výzkum specifické části atlantského oceánu, ale získané poznatky mohou mít  přesah i do širšího vědeckého výzkumu. Díky výše zmíněným unikátním hydrografickým podmínkám je tato oblast ideální „laboratoř“ pro pozorování různých scénářů vývoje oceánského systému, které se v budoucnu mohou následkem změny klimatu nastat. Ať už má změna klimatu původ kdekoliv, tak se zcela jistě odehrává tak jako se odehrávala i v geologické minulosti. To, co my v projektu zkoumáme, je vývoj oceánského prostředí a procesů spjatých se změnou klimatu v minulosti. Zjednodušeně, naše cílové geologické období v tomto projektu je zhruba posledních 125 tisíc let, porovnání období glaciálu a interglaciálu. Zaměřujeme se na rozdílnou charakteristiku studovaného prostředí mezi těmito obdobími, což může  být využito jako hypotetické projekce do budoucnosti ovlivněné změnou klimatu.

 

Doktor Filip Scheiner se zaměřuje se na paleoceánografii a paleoceánografické rekostrukce pomocí geochemických nástrojů. Okrajově se věnuje i environmentálním rekonstrukcím v marinním prostředí pomocí organické geochemie. Na fakultě také přednáší specializované předměty pro finišující magisterské studenty a doktorandy. Foto: Petr Jan Juračka.

 

Díky mezinárodnímu GAČR projektu se tedy dostanete k unikátnímu materiálu?

Pro nás z České republiky je hrozně těžké dostat se k takovémuto materiálu, ať už se jedná o jakýkoli vrtný materiál z oblasti oceánu. Česká republika nepatří mezi státy, které by financovaly oceánský výzkum a nemá tudíž k podobnému materiálu prioritní přístup. Ten je vyhrazen státům, které na tento typ výzkumu vydávají velké peníze. Z Evropy můžeme jmenovat například našeho souseda Německo, na jehož území je i sklad materiálu hlubokomořských vrtných jader.

Proto jsme se spojili s brazilskými kolegy, kteří mají k dispozici unikátní vrtný materiál. Navázali jsme spolupráci se dvěma univerzitami – s univerzitou v São Paulo a s kolegyní na Universidade Federal do Rio Grande do Sul, kde se nachází další část materiálu, který bude v tomto projektu zpracován .

Jaká část projektu bude řešena na naší fakultě a jaká v Brazílii?

Brazilská strana poskytne vzorky a bude se věnovat převážně výzkumu mikrofosílií z hlediska složení společenstev, populační dynamiky, a podobně. To, že materiál z vrtů je již na počátku projektu k dispozici, je obrovská výhoda. Pokud bychom totiž chtěli získání materiálu teprve plánovat, tak bychom byli ve velmi nelehké situaci. Hrozilo by reálné riziko, že bychom nedokázali sehnat dostatek financí a případně ne vždy se podaří získat napoprvé vhodný materiál.

My jako česká strana přineseme primárně know-how ohledně geochemie a její aplikace na schránkách mořských protist, Foraminifer. Máme zkušenosti s různými nástroji umožňujícími paleo-oceánografické rekonstrukce právě v podobě geochemických izotopických systémů a poměrů prvků ve schránkách tvořených z biogenního karbonátu. Geochemii ve schránkách Foraminifer a její aplikaci se věnuji celou svou vědeckou kariéru (zatím sice stále poměrně krátkou) a minulý rok jsme například s kolegy z Geologického Ústavu Akademie věd publikovali inovativní metodiku analýzy izotopů Nd právě ve schránkách Foraminifer. Nicméně není to tak, že by brazilští kolegové neměli k dispozici žádné geochemické metody, ale my můžeme poskytnout unikátní zkušenosti co se týče nejnovějších postupů a aplikací. Celkové analýzy společenstev mikrofosílií  pak budou zpracovávat obě strany, takže to bude na naší fakultě také probíhat.

Planktonní dírkonošci (Foraminifera). Zdroj: Shutterstock.

 

Máte s brazilskou stranou nějaké předchozí spolupráce? Jak jste se o sobě vzájemně dozvěděli?

Dozvěděli jsme se o sobě přes studenta mého bývalého kolegy, který nastoupil na Univerzitu Karlovu na PhD studium, Jaimeho Y. S. Ibarru. Jeho vědecký projekt v rámci předchozího studia v Brazílii se věnoval totožné oblasti, kterou teď budeme zkoumat v rámci projektu. V rámci jeho PhD studia jsme s jeho školitelem poměrně intenzivně konzultovali jejich vědeckou problematiku a data právě z této oblasti. Když jsme se pak dozvěděli, že je výzva mezi grantovou agenturou ČR a brazilskou grantovou agenturou FAPESP v São Paulu, kontaktovali jsme bývalého školitele tohoto studenta z předchozího studia a tak začala naše spolupráce. Mimochodem, tento student, Jaime Y. S. Ibarra, bude také přímo zapojen do tohoto projektu. 

Kde bude probíhat zpracování vzorků? Plánujete v rámci projektu cestu do Brazílie?

Vždycky je ideální dojet si pro materiál osobně, protože přesně víme, jaké vzorky a jakým způsobem potřebujeme odebrat s ohledem na metodiky analýz. Nicméně v rámci projektu jsme se snažili co nejvíce minimalizovat finanční náklady na cestovné. Plánujeme jednu cestu v prvním roce projektu, kdy si odebereme vzorky na geochemické a mikropaleontologické analýzy. Brazilská strana má také naplánovanou jednu cestu k nám v druhém roce projektu. Další várka vzorků by tudíž mohla přijet spolu s nimi, případně bychom převoz řešili poštou. Jinak vše budeme řešit prostřednictvím online prostředí. 

Má brazilská strana nějaké zajímavé pilotní výsledky?

Brazilští kolegové se tomuto tématu věnují dlouhodobě, takže určitě. Teoreticky by se za pilotní výsledky daly považovat také výstupy, které má v rámci svých prací Jaime Y. S. Ibarra. Nebyly to sice úplně ty samé vzorky, ale pořád se nacházíme ve stejné oblasti. Jejich projekty zkoumaly primárně populační dynamiku planktonických Foraminifer a už z těchto dat a základních geochemických analýz, co mají k dispozici, vyplynulo, že tam dochází k fenoménům, které nás zajímají. Těmto fenoménům bychom se teď chtěli detailněji v trochu širším pohledu věnovat a ověřit je různými nezávislými metodami, které na to jsou přímo stavěné. Naším úkolem je tedy dodat pokročilejší a podrobnější geochemická data a na jejich základě zpřesnit interpretace předchozích výsledků. Hlavním cílem pak bude vytvořit paleoceánografické modely a rozklíčovat vývoj studovaného prostředí v obdobích glaciál a interglaciál a případně popsat změnu, ke které tam dochází.

Detailní fotografie Foraminifer z elektronového mikroskopu. Zdroj: archiv týmu dr. Filipa Scheinera.

 

Váš grantový projekt tedy není čistě geochemický a mikropaleontologický, ale má poměrně silný přesah do jiných vědeckých oblastí.

To, co by projekt měl primárně popsat, je vliv specifických hydrografických podmínek a klimatu na proces ukládání uhlíku v oceánu. A to ať už přímo ve formě organické hmoty nebo ve formě uhličitanu vápenatého – typicky jako drobné schránky planktonních organismů. Z oceánografického hlediska je to velice komplexní téma.  Řekněme, že v geologické minulosti v závislosti na klimatické situaci docházelo ke změnám v hydrografii ve studovaném regionu. Tudíž například v určitých obdobích dominuje regionu tzv. North Atlantic Deep Water, což je jedna z hlavních oceánských vodních mas, která je hodně saturovaná ionty vápníku. Jindy, v odlišných klimatických a hydrografických podmínkách, naopak regionu dominují  vody  jižní provenience, vznikající v blízkosti antarktického kontinentu, které mají jiné chemické složení, jsou více korozivní a mohou mít výrazný vliv právě na ukládání uhlíku ve formě uhličitanu vápenatého. Velmi zjednodušeně, v momentě kdy v této oblasti dominují tyto vody, začne docházet ke zvýšenému rozpouštění uhličitanu vápenatého a to má poté vliv na celkovou bilanci uloženého uhlíku na oceánském dně. A to je samozřejmě jen jeden z mnoha procesů, ke kterým tam souběžně dochází.

Celý systém je v současnosti ovlivňován třeba i nadměrným hnojením v zemědělství, což začíná být pro Brazílii typický problém. Do pobřežních vod se  v tomto důsledku dostává velké množství hnojiv. Z prvního pohledu to může vypadat neškodně, kdy do svrchních vod dostáváme nadbytek látek sloužících jako nutrienty, což vede k boomu planktonních organismů, které tyto živiny využívají. Nicméně nadprodukce organické hmoty má výrazný dopad i na oceánském dně. Velké množství organického materiálu uloženého na oceánském dně způsobuje zásadní fluktuace pH. Zvyšování hodnot pH pak zapříčiňuje opět rozpouštění uhlíku uloženého ve formě uhličitanu vápenatého. Samozřejmě to kompletně ovlivňuje ekosystémy a společenstva, která zde žijí. Například bentické ekosystémy jsou na tyto změny velice citlivé. Tento aspekt se také vyskytoval i v geologické minulosti, jen nebyl spjatý se zemědělstvím, ale jinými fenomény. 

Mohl byste ještě vysvětlit, jak váš výzkum souvisí se změnami klimatu, jak jste již naznačoval?

Pokud nastane změna klimatu a je jedno čím je způsobená, může dojít k různým scénářům vývoje ve světovém oceánu a toto, co zkoumáme v rámci projektu, může být jeden z nich. V momentě, kdy dojde ke změně chemismu vod nebo změnám oceánské cirkulace, mohou tyto změny narušit mechanismus ukládání uhlíku tím, že souběhem několika dějů bude uhlík uvolňován z tohoto rezervoáru v ještě větší míře než se předpokládalo.

Něco podobného můžeme vidět v projekcích blízké budoucnosti, kdy se předpokládá, že díky tání ledovců v oblasti severního pólu dojde k oslabení tzv. AMOC (jedno ze základních cirkulačních schémat v Atlantském oceánu). Postupně se tak bude snižovat vliv a dosah North Atlantic Deep Water a naopak posilovat působení a dosah jiných vodních mas, například těch jižní provenience. Proto je nesmírně důležité pochopit, jaký dopad mají podobné změny na ukládání uhlíku v oceánech.

Je to hodně komplikované. Oceánský systém je jeden z nejkomplikovanějších systémů na naší planetě a troufnu si říct, že i s obrovským úsilím ve výzkumu během několika posledních desetiletí a s mnoha poznatky z minulosti si u spousty věcí pořád pouze jen naivně představujeme, jak by to snad mohlo být. Celý tento systém je až příliš komplexní na to, aby se dal pochopit z jednoho úhlu pohledu a naše náhledy jsou omezené pouze v rámci jakýchsi mantinelů, tak abychom to mohli vědecky uchopit. Proto se vždy najde něco, co vědce překvapí.

Děkuji za rozhovor!

Veronika Rudolfová

 

Publikováno: Středa 25.01.2023 08:40

Akce dokumentů