Červený trias jako Mars - Studium železitých hornin a paleoklimatu z plošiny Colorado

Na utváření Země, včetně vývoje forem života, které ji obývaly nebo dosud obývají, mělo rozhodující vliv mnoho, a to nejen pozemských, faktorů a tento proces je patrný dodnes. Valnou část z nich můžeme, nicméně, shrnout pod pojmem klimat nebo podnebí a zahrnující různé děje od povodní přes vydatné deště až po velmi nízké nebo naopak vysoké teploty. Prostřednictvím těchto změn, které provázejí jednotlivé části planety, můžeme také odhadovat, jak budou v budoucnosti vypadat horniny z doby současnosti, jaké budou mít vlastnosti, poměry zastoupení jednotlivých prvků, barvu nebo například, co budou moci prozradit o “éře člověka” a do jaké míry bude toto svědectví přesné. Stále je ovšem zřejmé, že pracujeme s jistou rezervou a výsledky geologického průzkumu některých hornin nejsou definitivní. Z průřezu například lze uvést, že o rudých píscích či horninách ediakaru nejspíš hovoříme o půdách souše, evapority stejné barvy z devonu geology informují o pravděpodobně suchém a aridním klimatu a hematitové horniny červené barvy z triasu byly naopak vnímány jako horniny sice informující o geologické minulosti této planety, nicméně ne jako zcela jasný ukazatel. Hematit, tedy nerost složený z oxidu železitého (Fe₂O₃) způsobujícího právě onu jeho červenou barvu, totiž podléhá dějům a geologickým a chemickým přeměnám, tedy může vlastně ve skutečnosti informovat o době mladší, než ve které se původně ukládal. Přesto, geologové z Departmentu zemských a planetárních věd při Rutgersově univerzitě v Novém Brunswicku se toto obecné stanovisko rozhodli rozporovat na základě výzkumu triasových hornin z plošiny Colorado ve Spojených státech. Jejich výzkum zdejších hornin červené barvy přinesl informace, které by mohly pomoci rekonstruovat klimatické podmínky v době, kdy probíhala evoluce velkých skupin živočichů ve svrchním triasu, a zároveň pomoci odhadnout právě stav hornin po lidské činnosti v budoucnu.

Druh Tawa hallae patřil k teropodním dinosaurům (Theropoda), kteří se vyskytovali v oblastech amerického středozápadu v době první větší radiace neptačích dinosaurů (Dinosauria), v pozdním triasu. Ve stejnou dobu se po celém tehdejším světě, ovšem v především právě v Severní Americe, naplno projevovalo extrémně sezónní podnebí včetně tzv. hypermonzunů, tedy variant současných monzunů s mnohem větší silou a nevyzpytatelností. Právě to nejen ztrpčovalo život právě těchto dinosaurů, ale také má za následek současnou podobu triasových uloženin v Americe - červených hematitových hornin. Kredit: T-Pekc

Na první pohled to nemusí být patrné, ale hematit je pro lidské oko velice známým, přestože ho tak většina populace nenazývá, protože tvoří většinu povrchu planety Mars. Rudá planeta nese svoji přezdívku právě díky vysokému obsahu železitých sloučenin na jejím kamenitém a štěrkovitém povrchu. Zatímco tedy může i dnes působit na nočním nebi krvavým dojmem, tato vlastnost má přirozený geologický a chemický původ. Narůžovělé až temně červené horniny totiž skýtají i některé oblasti na zemském povrchu, a to v oblastech například Argentiny, některých částí Indie, Afriky nebo Spojených států, kde i přes velkou vzdálenost mezi nimi a Marsem jde o výsledky velice podobných, geochemických procesů, které probíhaly po miliony let. Hematit, česky také jako krevel, je tedy nerostem poměrně hojně přítomným v geologických vrstvách, kde může mít několik různých původů, a především jako sedimentární či metamorfovaná hornina. Druhá zmíněná forma je pro bližší stratigrafický, tedy určující geologické stáří, geofyzický a přesnější průzkum nevýhodná v tom, že tím pádem nelze zcela přesně určit, za jakých podmínek jeho ložiska mohla vzniknout, protože od té doby povětšinou reagoval s jinými, na železo bohatými nerosty či u něj proběhla jiná, geologická nebo chemická přeměna v průběhu milionů let.

Hematitové horniny, jak vyplývá výše, ale tvoří znatelní složky vrstev sedimentů v záznamu minulosti této planety a výrazněji vystupují nad zemský povrch na spíše několika územích po celém světě. Například známé scény z prérií amerického středo- a jihozápadu, kdy jsou skály tvořeny oranžovými kameny, je právě důsledek rozsáhlého ukládání tohoto nerostu v minulých dobách. Dále, v době rozvoje slavné triasové fauny, včetně velkých rauisuchidů (Rauisuchidae), etosaurů (Aetosauria) nebo prvních severoamerických neptačích dinosaurů, se s největší pravděpodobností ukládaly také tyto typy hornin a, dle vědecké skupiny pod vedením Christophera Lepreho z Rutgersovy univerzity, mohly by představovat záznam o tehdejších klimatických podmínkách.

Trias byl obecně horkým a suchým geologickým útvarem, kde se tropické deštné či záplavové pralesy držely při pobřeží nebo při vyšších zeměpisných šířkách superkontinentu Pangea. Na rozsáhlém území se vytvořily pouštní ekosystémy a na stejné ploše také zavládlo silně sezónní klima se značnými výkyvy teplot i srážek. Jinak to nebylo ani v oblastech, kde se v době středního až svrchního triasu vyskytovali dinosauři - Argentina, Brazílie, Polsko, Spojené království, Německo nebo Grónsko byly aridními oblasti se sice zastoupením značné vegetace, ale ustupující v průběhu roku se stoupajícími či klesajícími teplotami a srážkami.

V tomto geologickém útvaru také pozorujeme specifické jevy klimatu a to včetně nestálých, velkých monzunových dešťů, které například paleontolog Stephen L. Brusatte jmenuje jako hypermonzuny. V době vývojové emergence velkého množství skupin obratlovců byly navíc i jiné podmínky rozdílné, kupříkladu koncetrace kyslíku a oxidu uhličitého v atmosféře, a zdaleka nejvíce jsou tyto evoluční radiace známé v obou Amerikách, přirozeně také ve Spojených státech.

Paleoklimatické podmínky, jejich výzkum a podobu v době pozdního triasu, ale ztěžuje fakt, že právě metamorfované hematity tvoří hlavní uloženiny z této doby. Autoři studie uvedli, že tyto mocné uloženiny tvoří hlavní vrstvy sedimentů z časového úseku minimálně 14,5 milionů let před koncem triasu. Jejich studium totiž přineslo rozpor s obecným konsenzem, že z těchto hematitů se přesné stáří ukládání nedá určit, protože vznikly podobnými způsoby jako rez na železe, tedy chemickými reakcemi v dobách mnohem mladších než trias.

Studium rudých hornin totiž bylo prostřednictvím vzorků ze souvrství Chinle, jejího věhlasného naleziště Petrified Forest, kde byl zkoumán průřez přibližně 510 metry těchto různobarevných sedimentů. Dle nashromážděných dat, horniny hematitů jsou velice mocné a mocnější, než bychom čekali od přeměněných uloženin, za které byly považovány. Dále vědcům pomohl fakt, že mohli zkoumat horniny i radiometricky a měli k dispozici data i o fosilních půdách a jejich složení, které v době svrchního triasu ve stejné oblasti existovaly.

Autoři, na základě získaných faktů, mohli přijít se zajímavým názorem - mocné hematitové uloženiny skutečně vznikly metamorfózou prvků v půdě vlivem klimatických podmínek ale už v době pozdního triasu. Jinými slovy, už v době pozdního triasu by obnažené skály celá krajina středo- a jihozápadu Spojených států byla oranžové až červené barvy.

Časová korelace také odhalila další zajímavý údaj a sice, že gravitační pole Venuše a Jupiteru ve stejné době v periodicitě (přibližně každých 405 000 let) částečně ovlivňují pozemský klimat, a to včetně tvorby některých typů hornin. Je tedy možné, že rudý povrch Marsu je stejného původu, ačkoliv zde větší roli by pravděpodobně hrála celková eroze za působení jiných vlivů. Výzkumu byla také podrobena koncentrace nerostu prostředkem výzkumu viditelného světelného spektra.

Získané údaje je následně vedly k podrobnějšímu výzkumu tehdejší krajiny, podmínek ukládání červených hornin. Při rapidní diverzifikaci některých skupin obratlovců a naopak ústupu jiných v oblasti plošiny Colorado tedy významnou roli hrálo několik faktorů, hematity a uloženiny pod nimi ovšem ukázaly, že skutečně převládalo suché a sezónní podnebí, které mělo rozhodující vliv na formování krajiny.

Triasové prostředí bylo zajímavé, jelikož zde existovaly velké vodní toky, a také menší vodní plochy, hydrosféra v této oblasti je do uvedených hornin zaznamenána. Střídaly se zde rozsáhlé monzunové deště, vysoké úhrny srážek se suššími obdobími, kdy se krajina prakticky usušila. Lepreho výzkum tedy přinesl zajímavé objevy ohledně možnostech výzkumu některých hornin, zároveň ukázal přesnější podobu klimatu v době, kdy se v Severní Americe děly evoluční tahy významných skupin živočichů pro tehdejší i pozdější dobu.

Nadále chtějí vědci pracovat s rozsáhlejšími sedimenty z této doby – ukazovaly by totiž i paralelu mezi zvýšenými obsahy oxidu uhličitého v době mesozoika, kdy byly obecně vyšší, a současnosti, kdy je uměle zvyšováno lidskou činností.