Baktériumok mindenhol – A földtudomány, a mikrobiológia és a fizika kutatóinak összefogásával újszerű módon vizsgálták a cseppkőképződés mechanizmusát

Demény Attila akadémikus, az ELKH Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Földtani és Geokémiai Intézetének igazgatója és kutatócsoportja néhány évvel ezelőtt figyelt fel egy furcsa jelenségre a cseppkövek stabilizotóp-geokémiai adatainak, a cseppkövekbe zárt oldatzárványok hidrogén- és oxigénizotópos arányainak tanulmányozása közben. Azt találták, hogy a cseppkövek apró, néhány mikrométer nagyságú üregeibe zárt oldatok nem őrzik meg a csepegővízre jellemző ¹⁸O/¹⁶O arányt, hanem jelentős ¹⁶O-dúsulást mutatnak. A kutatók szerint a csepegővíz összetételétől való eltérést egy korábban fel nem ismert karbonáttípus, az amorf kalcium-karbonát kiválása okozza, ami a kristályszerkezettel rendelkező kalcium-karbonáttá, kalcittá történő átkristályosodás során a bezárt oldat H₂O molekuláival kicseréli a ¹⁸O és ¹⁶O izotópokat. A jelenség megértésében a következő kérdés az volt, hogy vajon mi hozza létre az amorf kalcium-karbonát kiválását, és hogy az miért marad hetekig, vagy akár hónapokig stabil a cseppkő felületén, miközben a laboratóriumi körülmények között kicsapatott amorf karbonát percek alatt kikristályosodik.

A barlangi karbonátképződményekkel foglalkozó szerteágazó kutatómunka egy másik aspektusát a kapcsolt izotópok geokémiája jelenti, amely a karbonátképződmények keletkezésének hőmérsékletét adhatja meg. A karbonát vizes oldatból történő kiválása során az oldatban levő oldott szén iontípusai egymással dinamikus egyensúlyba kerülnek, az ¹⁸O és ¹⁶O izotópok kicserélődésével elméletileg az adott hőmérsékletre jellemző megoszlás áll be a különböző komponensek között. A termodinamikai egyensúllyal szemben viszont a szén és az oxigén nehéz izotópjai (¹³C és ¹⁸O) preferenciálisan kapcsolódnak össze, és a könnyű izotópokhoz képest fennálló nagyobb kötéserősség miatt nem válnak szét. Minél nagyobb a képződési hőmérséklet, annál könnyebbé válik a molekulák szétválása, és annál könnyebben áll be a termodinamikai egyensúly. A California Institute of Technology kutatói 2006-ban jöttek rá a nehéz izotópok összekapcsolódásának hőmérsékletfüggésére, amely egy új tudományterületet, a kapcsolt izotópok geokémiáját (clumped isotope geochemistry) indította útjára.

A debreceni Atommagkutató Intézet (ATOMKI) egy GINOP projekt (IKER projekt) keretében hozott létre a kapcsolt izotópok mérésére alkalmas laboratóriumot.

A CSFK FGI és az ATOMKI között együttműködés kezdődött a hazai cseppkövek vizsgálatára, majd következő lépésként a fent ismertetett bakteriális karbonátkiválás és a kapcsolt izotópok összetétele közötti összefüggés elemzésére.

Bővebben: ELKH hírei