Hva kan vi lære av fortidens klimakriser?

Ubegripelige mengder flytende stein banet seg vei opp gjennom jordskorpen i det sørlige Afrika for 183 millioner år siden. Store deler av Sør-Afrika og områdene rundt ble dekket av tykke lag med lava. Da den flytende steinen i tillegg kokte sedimentære bergarter fulle av olje og gass i undergrunnen, ble store mengder drivhusgasser sluppet ut i atmosfæren. Jorda opplevde deretter en global klimakatastrofe. Kan denne være et eksempel på hvor vi er på vei hvis menneskeskapte utslipp får fortsette utøylet?

Av Lars Eivind Augland, geolog og postdoktor ved Senter for Jordas Utvikling og Dynamikk, UiO

Hvis vi sammenligner volumene med magma og lava i Karoo med volumene i en kjent supervulkan som Yellowstone, har sistnevnte produsert omtrent 3800 kubikkilometer med lava i løpet av de siste to millioner år, altså bare en brøkdel av volumet i Karoo, på mer enn dobbelt så lang tid.

Seks geologer fra gruppa Jordens Kriser ved Senter for Jordens Utvikling og Dynamikk ved Universitetet i Oslo kjørte forventningsfullt fra det spektakulære kystlandskapet rundt Cape Town inn i Karoo, den tørre halvørkenen som dekker store deler av det sørøstlige Sør-Afrika, en grå vårdag i slutten av oktober.

Vi skulle studere det 183 millioner år gamle vulkansystemet til den enorme Karoo vulkanprovins, et område som i den tidlige juratiden ble gjennomstrømmet av millioner av kubikkmeter med flytende stein – magma. Magmaene kom opp fra under jordskorpen (mantelen) og størknet et lite stykke stykke under jordoverflaten. Vi finner i dag de størknede magmaene som gjennomgående lag – lagganger på fagspråket- på opptil flere titalls meters tykkelse klemt inne mellom de sedimentære bergartene som lå i området da magmaet banet seg vei opp igjennom jordskorpen.

Mye av magmaet strømmet også helt opp til overflaten, der det rant ut som tykke lavastrømmer. Lavaene fra Karoo kan ha dekket et område på kanskje mer enn 1,5 millioner kvadratkilometer -et område større enn Frankrike, Spania og Tyskland til sammen- med en tykkelse på opp til to kilometer. Ettersom vi siden juratiden har hatt mye erosjon i det sørlige Afrika, finner vi disse lavaene i dag stort sett bare i det lille landet Lesotho og langs grensen rundt. Men dette kommer vi tilbake til.

Vi fant også store mengder sedimenter som var slukt av magmaen og delvis smeltet opp. Hvis det var organisk materiale, som kull, olje eller naturgass, her, ville dette ha fordampet og funnet veien opp i atmosfæren.

Karoo vulkanprovins er en av de største på landjorda, mange hundre tusen kubikkilometer med magma og lava kom opp til overflaten i løpet av noen hundre tusen år. Dette er enorme mengder på bemerkelsesverdig kort tid i geologisk forstand. Hvis vi sammenligner volumene med magma og lava i Karoo med volumene i en kjent supervulkan som Yellowstone, har sistnevnte produsert omtrent 3800 kubikkilometer med lava i løpet av de siste to millioner år, altså bare en brøkdel av volumet i Karoo, på mer enn dobbelt så lang tid.

Man kan tydelig se konsekvensene av den massive magmatismen og vulkanismen i Karoo i den fossile lagrekken. Samtidig med vulkanismen i Karoo steg temperaturene med så mye som 6-7 grader i løpet av noen titalls tusen år og mye av livet i havet døde ut. Så det er liten tvil om at det som skjedde i Sør-Afrika for 183 millioner år siden var katastrofalt.

Selv om vulkanene i Karoo ikke førte til en masseutryddelse av samme dimensjon som den i slutten av permtiden, forårsaket av en stor vulkanprovins i Sibir for 250 millioner år siden, eller som da dinosaurene måtte bukke under for vulkaner i India og et kjempesmell fra meteoren som braste ned i sjøen utenfor Mexico for 66 millioner år siden, var konsekvensene for klimaet og livet på jorda kataklysmiske.

Tilbake til landeveien mellom Cape Town og den lille byen Loeriesfontein, stedet der vi skulle starte vårt feltstudie av de vulkanske bergartene i Karoo. Kveldsmørket og tunge skyer gjorde at vi ikke fikk sett noe til de vulkanske bergartene langs veien da vi kom inn i området. Men tidlig neste morgen var vi klare for å ta en av de største magmatiske laggangene i nærmere øyensyn.

Vi kjørte ut i det golde, oransje-brune, landskapet dekket av små tornebusker og en og annen kaktus, og la i marsj innover en noe mer frodig kløft til vår første lokalitet. Vi så umiddelbart spor etter det vi var kommet for å studere. En minst 70 m tykk basaltisk laggang, en gråsvart bergart spekket med lyse feltspatkrystaller, i kontakt med sandsteiner og skifre i den permiske sedimentære lagrekken. Vårt mål med feltarbeidet var å dokumentere hvordan den varme magmaen (over 1100 °C) interagerte med de omliggende sedimentene, og å finne ut nøyaktig når det skjedde ved å ta egnede prøver for senere aldersbestemmelse i laboratoriet hjemme i Oslo.

Det golde Karoo-landskapet med store sletter og fjell. Foto: Lars Augland.

Hvorfor disse geologiske utgreingene her på Kulturverk? Den beskrevne jurasiske klimakrisen og masseutryddelsen er et veldig godt eksempel på en miljøkrise som følge av enorme utslipp av drivhusgasser, primært CO2. Det gjør at vi kan studere noen av mekanismene som trer i kraft når CO2-nivået i atmosfæren øker raskt.

En av de ledende teoriene for hvordan disse enorme vulkanprovinsene fører til store klimaendringer og masseutryddelser er nemlig at de store mengdene med magma koker sedimentene de trenger inn i ved ekstreme temperaturer, slik at organisk materiale i sedimentene (som for eksempel olje, gass eller kull) fordamper og slippes raskt ut i atmosfæren, og dermed forsterker drivhuseffekten radikalt. Hvis det i tillegg finnes sedimenter fulle av salter fra tidligere hav, kan også giftige gasser med for eksempel klor- og fluorforbindelser -som blant annet kan ta knekken på ozonlaget- dannes når sedimentene stekes.

Ved lokaliteten fant vi tydelige spor av hvordan omliggende sedimenter var fullstendig omvandlet (metamorfosert) som følge av oppvarmingen rundt laggangen. Vi fant også store mengder sedimenter som var slukt av magmaen og delvis smeltet opp. Hvis det var organisk materiale, som kull, olje eller naturgass, her, ville dette ha fordampet og funnet veien opp i atmosfæren.

Etter et par dager med nøyaktige observasjoner og prøveinnsamling, satte vi kursen mot neste mål for turen, Graaff-Reinet og Speelmanskop. Graaff-Reinet er en gammel koloniby i hjertet av Karoo, med verneverdig arkitektur og pittoreske alleer. Selv om kolonifortiden er mørk, kan man ikke unngå å la seg sjarmere av gatene med de hvite mursteinshusene bak de vakre, fiolettblomstrende jacarandatrærne i ranke rekker.

Graaff-Reinet. Foto: Lars Augland

Ved å studere paleosystemer (altså eksempler fra det geologiske arkivet), kan vi bedre forstå hva som vil skje hvis vi fortsetter våre utslipp og hvor mye karbon som må slippes ut før vi når terskelverdier som setter i gang akselerert oppvarming som igjen kan utløse nye utslipp fra andre kilder.

Like utenfor den lille byen ligger nasjonalparken Trøstesløshetens Dal (Valley of Desolation) med mektige klippeformer og dype juv skåret ut i en tykk basaltisk laggang. Fra et utsiktspunkt høyt oppe på en klippe begynner vi virkelig å forstå dimensjonen til vulkanprovinsen: disse laggangene strekker seg kilometer på kilometer i alle retninger og opptrer i etasje på etasje. Selv om en har sett utbredelsen på geologiske kart, blir det langt mer virkelig når man ser det med egne øyne!

Neste viktige stopp på vår geologiske reise var Speelmanskoop, ikke så langt fra byen Queenstown. Her kunne vi studere andre prosesser som viser hvordan magma vekselvirket med organisk-rike sedimenter som ledd i avgassingsprosessen som fører til drivhusgassutslipp i atmosfæren. Blant annet fant vi en magmatisk intrusjon full av grafitt, noe som tyder på at den varme magmaen har tatt opp i seg og smeltet organisk-rike sedimenter som ved krystallisasjon har dannet grafitt, altså ren karbon i krystallform, sammen med de vanlige bergartsdannende mineralene som feltspat og pyroksen.

Det interessante med denne lokaliteten er at magmaet her hadde litt lavere temperatur enn det som var vanlig i Karoo-magmaene. Derfor ble ikke alt det organiske materialet umiddelbart fordampet slik vi så spor av andre steder, men noe ble også tatt opp i magmaet og krystalliserte der som grafitt når magmaet kjøltes ned.

For oss geologer viser dette eksempelet dermed tydelig hvordan karbon ble mobilisert fra de omliggende sedimentære bergartene da magmaene varmet dem opp. Det styrker dermed teorien om at mobilisering og fordamping av organisk-rike komponenter i de sedimentære bergartene i Karoo som følge av magmatisme, var et viktig bidrag til den økte drivhuseffekten som var med på å forårsake den store jurasiske klimakrisen for 183 millioner år siden.

Mekanismene bak CO2– og metanutslipp som følge av intrusjon av varmt magma.

Karoos spektakulære geologi og vakre natur viser geologenes arbeidsbetingelser på sitt beste, samtidig som den gamle vulkanske kjempen gir oss viktig kunnskap om sammenhenger mellom store drivhusgassutslipp og klimaendringer.

Etter å ha studert flere av de store laggangene, var det på tide å oppsøke lavaene som flommet ut på overflaten. Disse ligger høyere i sedimentstratigrafien og er forbundet med laggangene som ligger dypere, gjennom vertikale magmatiske ganger. Systemet av lagganger, ganger og lavaer henger sammen fordi de store laggangene, som ligger parallelt med de sedimentære lagene, var magmareservoarer som sørget for å fylle på med magma som trengte opp til overflaten og fløt utover landskapet som lavastrømmer.

Lavaene i Karoo-provinsen er blottet i høylandet i Lesotho og er et imponerende skue. Lag på lag med lavaer, fra meters til flere titalls meter tykke enkeltstrømmer, utgjør en samlet tykkelse på over en kilometer. Når vi vet at mye av lavastratigrafien er borte og at den dekket størstedelen av Karoo-bassenget, så er volumene av lava som rant utover Sør-Afrika for 183 millioner år siden vanskelig å begripe.

Landskapet i Lesotho er svært annerledes enn det vi har vært vant til de første syv-åtte dagene gjennom Karoo. Med sine bratte fjellsider og åpne daler fulle av små runde hytter med stråtak, fremstår landet veldig billedskjønt. Lokalbefolkning, mange i fargerike drakter, samlet i de små landsbyene vi kjører igjennom bidrar til å forsterke det inntrykket. Dalsidene er dyrket opp og det er overraskende grønt, noe som gir en flott kontrast til de mørke fjellsidene med lag på lag av basaltlavaer. Vi skulle opp til det høyeste tilgjengelige punktet med bil, Moteng-passet, for å studere lavaene nærmere. Turen opp de svingete veiene til nesten 3000 meters høyde gjorde fotofingeren aktiv; dette er natur som tar pusten fra deg.

På toppen av passet fant vi et stort steinbrudd med friske blotninger, perfekte for å studere lavaene og detaljer i de enkelte lavastrømmene. Lavaene her opptrer med mineralinnfylte porerom som vitner om hvor mye gass som var fanget i dem da de størknet. Formen og forholdene mellom disse opprinnelige gassblærene gir oss nyttig informasjon om interne relasjoner mellom lavastrømmene, men er også flotte å se på med sine store krystaller og fine farger. Vi fant også velegnede prøver til å ta med hjem for laboratorieanalyser.

Et av de viktigste målene er å finne nøyaktige aldre på lavaene slik at vi kan sammenligne dem med aldrene på de store laggangene dypere ned i jordskorpen. Dermed kan vi forhåpentligvis forstå utviklingen i denne enorme vulkanprovinsen bedre. Dette blir viktig for å kunne si mer om hvordan denne massive magmatismen kunne oppstå og forstå de detaljerte årsakssammenhengene som ledet til de store klimapåvirkningene vi kan observere i de sedimentære lagrekkene fra denne tidsperioden rundt omkring i verden.

Mange hypoteser er blitt fremsatt for å forklare hvordan de store drivhusgassutslippene kunne skje, men vi håper at vi gjennom detaljert feltdokumentasjon, høyoppløst kronologi og et vell av geokjemiske data fra prøvene vi har samlet inn, kan komme nærmere den endelige og riktige forklaringen.

Hvorfor disse geologiske utgreingene her på Kulturverk? Den beskrevne jurasiske klimakrisen og masseutryddelsen er et veldig godt eksempel på en miljøkrise som følge av enorme utslipp av drivhusgasser, primært CO2. Det gjør at vi kan studere noen av mekanismene som trer i kraft når CO2-nivået i atmosfæren øker raskt. Gjennom den sedimentære lagrekka, ser vi hvordan miljøet raskt ble påvirket av de endrede atmosfæriske forholdene og ikke minst hvordan dette virket inn på livet i havet og på land.

Takten og størrelsen på utslippene, som er noe av det vi håper å få bedre kontroll på gjennom våre studier, kan kanskje sammenlignes med utslippstakten i dag. Ved å studere paleosystemer (altså eksempler fra det geologiske arkivet), kan vi bedre forstå hva som vil skje hvis vi fortsetter våre utslipp og hvor mye karbon som må slippes ut før vi når terskelverdier som setter i gang akselerert oppvarming som igjen kan utløse nye utslipp fra andre kilder (for eksempel metanhydrater på havbunnen) og hvordan forskjellige nivåer av drivhusgasser i atmosfæren påvirker forskjellige livsmiljø og livsformer.

Karoos spektakulære geologi og vakre natur viser geologenes arbeidsbetingelser på sitt beste, samtidig som den gamle vulkanske kjempen gir oss viktig kunnskap om sammenhenger mellom store drivhusgassutslipp og klimaendringer.

Lykkelige geologer i felt. Foto: Lars Augland.

 

Kilder

Boulila, S., Galbrun, B., Sadki, D., Gardin, S. and Bartolini, A., 2019. ‘Constraints on the duration of the early Toarcian T-OAE and evidence for carbon-reservoir change from the High Atlas (Morocco)’, i Global and Planetary Change.

Dera, G. and Donnadieu, Y., 2012. ‘Modeling evidences for global warming, Arctic seawater freshening, and sluggish oceanic circulation during the Early Toarcian anoxic event’, i Paleoceanography and Paleoclimatology27(2).

Gómez, J.J., Goy, A. and Canales, M.L., 2008. ‘Seawater temperature and carbon isotope variations in belemnites linked to mass extinction during the Toarcian (Early Jurassic) in Central and Northern Spain. Comparison with other European sections’, i Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology258(1-2), pp.28-58.

Gröcke, D.R., Hori, R.S., Trabucho-Alexandre, J., Kemp, D.B. and Schwark, L., 2011. ‘An open ocean record of the Toarcian oceanic anoxic event’, i Solid earth.2(2), pp.245-257.

Hesselbo, S.P., Jenkyns, H.C., Duarte, L.V. and Oliveira, L.C., 2007. ‘Carbon-isotope record of the Early Jurassic (Toarcian) Oceanic Anoxic Event from fossil wood and marine carbonate (Lusitanian Basin, Portugal)’, i Earth and Planetary Science Letters253(3-4), pp.455-470.

Sell, B., Ovtcharova, M., Guex, J., Bartolini, A., Jourdan, F., Spangenberg, J.E., Vicente, J.C. og Schaltegger, U., 2014. ‘Evaluating the temporal link between the Karoo LIP and climatic–biologic events of the Toarcian Stage with high-precision U–Pb geochronology’, i Earth and Planetary Science Letters408, pp.48-56.

Svensen, H., Planke, S., Malthe-Sørenssen, A., Jamtveit, B., Myklebust, R., Eidem, T.R. og Rey, S.S., 2004. ‘Release of methane from a volcanic basin as a mechanism for initial Eocene global warming’, i Nature429(6991), p.542.

Svensen, H., Corfu, F., Polteau, S., Hammer, Ø. og Planke, S., 2012. ‘Rapid magma emplacement in the Karoo large igneous province’, i Earth and Planetary Science Letters325, pp.1-9.

Svensen, H.H., Planke, S., Neumann, E.R., Aarnes, I., Marsh, J.S., Polteau, S., Harstad, C.H. og Chevallier, L., 2018. ‘Sub-volcanic intrusions and the link to global climatic and environmental changes’, i Physical Geology of Shallow Magmatic Systems: Dykes, Sills and Laccoliths, pp.249-272.

 

Relatert

Apokalypsens fire ryttere – del I

Apokalypsens fire ryttere – del II

Ikke se til Canada

Debatt: Klimatrusselen kan fornektes men ikke benektes

Menneskeskapte klimaendringer er et reelt problem