Geologijos (N 005) mokslo kryptis

Oleksiy Davydov

Užtikrinant ekosistemos bei atskirų jos komponentų išsaugojimą ir tausojančią plėtrą ženklių aplinkos, visų pirma klimato, pokyčių kontekste, būtinos žinios apie geologinėje praeityje išryškėjusį chronologiniu bei geografiniu požiūriu įvertintą paleoekosistemos atsaką į panašaus pobūdžio pasikeitimus. Kvarteras, kuriam būdinga šaltų ir šiltų klimatinių etapų kaita, pasižymėjo ženkliais palaeoekosistemos svyravimais, todėl šis geologinis laikotarpis yra išimtinai svarbus įvertinant ilgalaikes panašių pokyčių tendencijas. Tokio pobūdžio informacija suteikia išsamesnių įžvalgų apie šiandieninės ekosistemos raidą, ypač įvertinus pereinamosiose gamtinėse (ledyninė-prieledyninė), klimatinėse (okeaninis-kontinentinis) ar floristinė (boreo-nemoralinė) zonose, kuriose, paprastai, fiksuojami radikaliausi svyravimai, įvykusius pasikeitimus. Savo ruožtu, tai labai svarbu modeliuojant ateities ekosistemų ar atskirų jų komponentų dinamiką bei kuriant priemones ir būdus nepageidaujamiems pokyčių aspektams užkardyti.

Šiandieninių ekosistemų formavimasis didžiojoje Europos dalyje prasidėjo po Pleniweichselio maksimumo, apie 20 tūkst. metų prieš dabartį, prasidėjus jauniausio, Skandinavijos, ledyno degradacijai. Tuo metu periglacialinė zona, t.y. teritorija plytėjusi už maksimalios ledo dangos paplitimo ribos, buvo išimtinai svarbi prasidėjusiai biologinės įvairovės plėtrai šiaurinėje-šiaurės rytinėje ir net vakarinėje Europos dalyse, nes nemaža dalis augalų ir gyvūnų šaltmetį išgyveno greta ledyno skydo ir, pastarajam tirpstant, migravo į naujas teritorijas. Įvairios apimties, detalumo ir kompleksiškumo tyrimai, daug metų atliekami šiaurinėje, centrinėje ir vakarinėje kontinento dalyse, sudarė galimybę gana išsamiai charakterizuoti palaeoekosistemų vystymosi istoriją prasidėjus globaliam klimato atšilimui, tame tarpe ir įvertinant periglacialinių arealų vaidmenį ekosistemų formavimuisi nuledėjusiuse regionuose (Birks and Birks, 2004; Willis and van Andel, 2004; Giesecke, 2005a,b; Latałowa and van der Knaap, 2006; Margielewski, 2006; Birks and Willis, 2008; Binney et al., 2009). Be to, pagrindiniai augalijos, sedimentacinių baseinų raidos, ledynų dinamikos, dirvos erozijos ir pan. istorijos bruožai minėtose kontinento dalyse buvo apibūdinti aukšto chronologinio patikimumo ribose (Lowe et al., 2008; Rasmussen et al., 2007; Walker et al., 1999, 2012; Syrykh et al., 2021; Pł´ociennik et al., 2022; Andreev et al., 2021; Salonen et al., 2024). Tuo tarpu rytinė Europos kontinento dalis yra ženkliai mažiau ištirta palaeoekosistemų pažinimo požiūriu. Maža to, paleoaplinkos dinamikos tyrimų duomenys iš regionų, plytinčių rytinėje kontinento dalyje, išryškino pastebimus neatitikimus fiksuojamų paleoekosistemos svyravimų pobūdžio, mastelio ir net chronologinių prieskyrų kontekste (Wohlfarth et al., 1999, 2002, 2004, 2006, 2007; Subetto et al., 2002; Stančikaitė et al., 2008, 2009; Zernitskaya et al., 2015; Herzschuh et al., 2023; Renssen and Isarin, 2001; Herzschuh et al., 2023). Akivaizdu, jog mokslinėms diskusijoms, analizuojančioms paleoekosistemų istoriją visoje Europoje po Pleniweichselio maksimumo, būtini papildomi išsamūs kompleksiniai tyrimai rytiniame kontinento gradiente nuo periglacialinės iki nuledėjusios jo dalies. Be to, žinios apie atskirais geologinės praeities etapais išryškėjusią ekosistemų komponentų sąveiką įvairiais laiko intervalais taip pat būtų labai svarbios, nes vargu ar ši sąveika buvo tiesinė.

Geografinė Ukrainos situacija lėmė, jog didžiojoje šalies teritorijos dalis pastarojo apledėjimo metu egzistavo periglacialinėse sąlygose, t.y. Pleniweichselio metu, kai ledynas pasiekė savo paplitimo maksimumą, ledo dangos čia nebuvo. Teritorijoje tuo metu vystėsi sedimentaciniai procesai ir formavosi daug įvairios kilmės paleonuosėdų storymių – limninių, biogeninių, fliuvialinių ir kt., – kuriose atsispindi vykę palaeoekosistemų pokyčiai. Tuo pat metu akcentuotina, jog šiandieninės Ukrainos teritorija buvo veikiama Atlanto vandenyno, Viduržemio jūros ir Sibiro zonos oro masių, lėmusių ženklius klimatinių sąlygų ir palaeoekosistemų svyravimus. Tuo pat metu regionui buvo būdinga ženkli bioįvairovė, kuri buvo labai svarbi tiek augalų tiek ir gyvūnų ar vabzdžių išlikimui teritorijoje (refugee area) maksimalaus apledėjimo metu tiek ir vėlesniam jų plitimui į nuledėjusius plotus. Akivaizdu, jog siekiant ištirti ekosistemos raidos istoriją nuledėjusiose teritorijose būtina suvokti šių virsmų “priešistorę”, t.y. ištirti procesus ir virsmus bei jas lėmusias priežastis periglacialinėse zonose susiejant gautą informaciją su šiauriau vykusiais ekosistemos formavimosi procesais.

Planuojamų tyrimų tikslas yra, taikant multidisciplininius (geologinius, geomorfologinius, litologinius, paleobotaninius, izotopinius) tyrimų metodus, nustatyti palaeoekosistemų dinamikos pobūdį po Pleniweichselio apledėjimo maksimumo (per pastaruosius 18-20 tūkst. metų) išilgai gradiento, apimančio teritoriją nuo Skandinavijos ledyno periglacialinės zonos Ukrainoje iki ledyno betarpiškai įtakoto rytų Baltijos regiono.

Doktorantūros studijų tikslui pasiekti planuojama vykdyti detalius litologinius (LOI, dalelių dydžio ir nuosėdų įmagnetinimo), paleobotaninius (sporų-žiedadulkių ir augalų makroliekanų) bei izotopinius (¹⁴C) tyrimus vakarų Ukrainoje, gautos informacijos pagrindu atliekant augalijos sudėties, sedimentologinių baseinų rėžimo bei klimatinių parametrų kaitos po Pleniweichselio maksimumo teritorijoje įvertinimą. Planuojamame tyrimų regione, Ukrainoje, sukaupti palaeoekosistemos raidos istoriją charakterizuojantys duomenys yra gana skurdūs, žemos stratigrafinės rezoliucijos, paprastai neparemti nepriklausoma chronologine informacija ir regionine duomenų koreliacija ar interpretacija (Kremenetski, 1995; Huhmann et al., 2004; Kalinovych, 2004, 2013; Stachowicz-Rybkaet al., 2009; Kołaczek et al., 2016; Kalinovych, 2004, 2013; Stachowicz-Rybka et al., 2009). Pastarasis faktas yra ypač svarbus inkorporuojant naujus duomenis į Europos duomenų masyvus todėl tyrimų metu bus akcentuojama gautos informacijos interpretacija vietiniame ir regioniniame kontekste. Atsižvelgiant į (a)biotinių markerių svyravimus bus identifikuojama sedimentacinių baseinų būklė ir charakterizuojama jų reakcija į įvairaus mastelio klimatinius pokyčius. Dar daugiau, pagrindiniai augalijos, sedimentacinių baseinų raidos ir pan. istorijos bruožai šiame regione būtų apibūdinti aukšto chronologinio patikimumo ribose. Apibendrinant gautus originalius tyrimų duomenis bus atliekama gautų duomenų koreliacija išilgai ŠV-PR Europos gradiento akcentuojant identifikuotų pokyčių santykį su šiauriniame pusrutulyje bei globaliu mastu fiksuojamais svyravimais. Naujų turimų duomenų analizės metodų taikymas, pasitelkiant tame tarpe ir statistinius informacijos įvertinimo, koreliacijos bei gautų duomenų interpretacijos priemones, gali ženkliai prisidėti formuojant modernų palaeoekosistemų dinamikos įvertinimu pagrįstą jų raidos modelį.

Augalija yra išimtinai svarbi ekosistemos dalis, užtikrinanti žmonijos gerbūvį, teikianti atsinaujinančius išteklius bei veikianti kitas ekosistemos dalis. Siekiant suvokti šiandien vykstančius augalijos pokyčius bei modeliuoti galimą jų raidą, būtina suvokti ilgalaikėje, t.y. geologinėje, perspektyvoje vykusius procesus, juos sąlygojusius faktorius ir pastarųjų tarpusavio sąveikos mechanizmus. Augalijos dinamikos geologinėje praeityje suvokimas yra ypač aktualus šiandien, kai vyksta intensyvi klimato kaita bei nuolat auga antropogeninis poveikis ekosistemoms bei jų sudedamosioms dalims, tame tarpe ir augalijai.

Tiriant augalijos dinamiką ir ją realizavusius mechanizmus labai dėkingas yra ledynmečio-poledynmečio virsmas, kai nuledėjančioje teritorijoje formuojasi visiškai naujos augalų bendrijos. Poledynmečio augalijos vystymosi istorija Skandinavijos apledėjimo paveiktose teritorijose vis dar kelia daugybę klausimų tiek chronologiniu tiek ir teritoriniu požiūriu. Augantis sukauptos informacijos, pagrįstos klasikinių tyrimo metodų (paleobotaninių, izotopinių ir kt.) taikymu, kiekis liudija, jog augalijos migraciją į nuledėjusias teritorijas prasidėjo daug anksčiau ir vyko ženkliai sparčiau nei buvo manyta ilgą laiką. Taip pat jau beveik neabejojama, jog atskirų augalijos taksonų plitimo keliai skyrėsi, t.y. atskiros augalų grupės ledyno maksimalaus paplitimo metu išliko keliuose Europos regionuose, pvz. centrinėje ir pietinėje kontinento dalyse. Tiesa, kaip vyko vėlesnis jų plitimas, t.y. kokie buvo plitimo keliai, plėtros tempai ir t.t., bei kokie faktoriai sąlygojo išryškėjančius plėtros ypatumus, žinoma daug mažiau. Siekiant gauti iš esmės naujos informacijos apie šios ekosistemos dalies dinamiką geologinėje praeityje, būtina taikyti naujas tyrimų strategijas bei pasitelkti modernius tyrimo metodus ir priemones. Molekulinių metodų taikymas yra viena iš tyrimų krypčių, galinčių pateikti visiškai naujos informacijos apie geologinėje praeityje vykusius ekosistemos pokyčius bei sprendžiant apie mechanizmus, sąlygojusius fiksuojamus pasikeitimus. Tokio pobūdžio tyrimai atliekami vedančiose Europos bei Amerikos valstybių laboratorijose, pirmieji tyrimai atlikti ir mūsų šalyje, Vytauto Didžiojo universitete Kaune, kurių metu buvo įvertintos genetinių įrašų analize pagrįstos sąsajos tarp šiuolaikinės bei prieš 11 tūkst. metų teritorijoje klestėjusios Pinus sylvestris L. (Danusevičius et al., 2021).

Mokslinėse Gamtos tyrimų centro laboratorijose jau ne vieną dešimtmetį vyksta kvartero laikotarpio paleoaugalijos istorijos tyrimai, mokslininkų darbo rezultatai žinomi bei pripažįstami tarptautinėje erdvėje, nuolat bendradarbiaujama su užsienio šalių tyrėjais. GTC mokslininkai dalyvauja tarptautinių fondų finansuojamų projektų, nagrinėjančių įvairius paleoaugalijos istorijos aspektus, realizacijoje, gauti bendrų tyrimų rezultatai nuolat publikuojami tarptautinėje mokslinėje spaudoje (Feurdean et al., 2020; Dietze et al., 2018; Stančikaitė et al., 2019; 2022; Harrison et al., 2022; Izdebski et al., 2022). Siekiant išplėsti vystomus paleoaugalijos tyrimus bei pasitelkti naujus metodus, planuojama bendradarbiauti su GTC Molekulinių tyrimų laboratorija, kurioje taip pat ne vieną dešimtmetį vykdomi bio medžiagos molekuliniai tyrimai, yra sukurta metodinė bei infrastruktūrinė tyrimų bazė (Prakas et al., 2023; Baranauskaitė et al., 2023; Rudaitytė-Lukošienė et al., 2022; Juozaitytė-Ngugu et al., 2021).

Planuojamų tyrimų tikslas yra, molekulinių įrašų pagrindu nustatyti pagrindinių paleoaugalijos grupių plėtros poledynmečiu rytų Baltijos regione kelius, teritorines bei chronologines jų charakteristikas, įvertinti fiksuojamus pokyčius tuometinės klimato kaitos bei antropogeninio poveikio kontekste bei, atsižvelgiant į šiandieninius klimatinio rėžimo pokyčius, pagrįsti galimos jų raidos perspektyvas klimatinių, geobotaninių, geologinių-geomorfologinių bei kultūrinių ribų sandūroje.

Ukrainos Žytomyro regioną smarkiai paveikė karinis konfliktas. Siekiant įveikti jo padarinius ir užtikrinti tvarų vystymąsi pagal aplinkosaugos standartus, būtina tiksliai užfiksuoti, ištirti ir įvertinti ekologinės katastrofos mastą, sukurti šiuos reiškinius apibūdinančių rodiklių sistemą. Tiriamojoje teritorijoje įvyko įvairaus masto sprogimų, gaisrų ir avarijų, įskaitant incidentus naftos saugyklose. Dėl padarytos žalos kyla tokie pavojai, kaip erozijos vystymasis, dirvožemio užterštumas, geo- ir bioekosistemų sutrikimas.

Teršalai kaupiasi dirvožemyje ir vėliau patenka į kitas aplinkas. Teršalų judrumas aplinkoje priklauso nuo grunto fizikinių ir cheminių savybių, įskaitant granuliometrinę ir mineraloginę sudėtį, humuso kiekį, katijonų mainų talpą, pH lygį ir kt. Prognozuoti teršalų migraciją gali būti lengviau nustačius kraštovaizdžio ir geochemines kliūtis. Geoaplinkos atkūrimo planavimas turėtų būti atliekamas įvertinant taršos lygį, žalos mastą, kraštovaizdžio bei geochemines sąlygas, turinčias įtakos teršalų pernašai.

Tyrime bus atlikta palydovinių nuotraukų analizė, siekiant nustatyti karo pažeistas vietoves, įvertinti žalos mastą. Nukentėjusiose teritorijose bus imami dirvožemio mėginiai sunkiųjų metalų, tokių kaip gyvsidabris, švinas, geležis, cinkas, kadmis, aliuminis ir varis, koncentracijai nustatyti. Šie metalai į dirvožemį dažniausia patenka iš sprogstamųjų įtaisų. Be to, bus vertinama, ar yra sieros ir azoto junginių iš naftos produktų. Bus tiriamos grunto adsorbcinės, struktūrinės ir tekstūrinės savybės ir jų vaidmuo pernešant teršalus, taip pat geocheminių barjerų įtaka teršalų sulaikymui.

Tyrimų rezultatai bus panaudoti rengiant rekomendacijas, kaip spręsti grunto taršos ir erozijos problemas, taip pat bus siūlomi stebėsenos protokolai ir pažeistų teritorijų apsaugos strategijos.

Augalija teikia žmonijai būtinus ekologinius, ekonominius ir socialinius išteklius tuo užtikrindama jos gerbūvį. Siekiant minėtų procesų tęstinumo būtina suvokti augalijos raidos ir pokyčių tendencijas, kurias šiandien sąlygoja besikeičiantis klimatas ir aktyvi žmogaus veikla. Šiuo tikslu fiksuojamus pokyčius ir pastarųjų tarpusavio sąveikos mechanizmus būtina įvertinti ilgalaikėje, t.y. geologinėje, perspektyvoje, tuo pat metu atsižvelgiant ir į erdvinę faktorių kaitą. Tarpledynmečiai, šilti geologinės praeities etapai, kurie tęsėsi ne vieną tūkstantį metų, potencialiai yra labai svarbūs nagrinėjant augalijos dinamiką, jos reakciją į klimato pasikeitimus bei prognozuojant tolesnes šios ekosistemos dalies vystymosi perspektyvas.

Pastaraisiais dešimtmečiais sukaupta gausi paleobotaninė (sporų-žiedadulkių ir augalų makroliekanų) informacija, atspindinti augalijos raidos istoriją šiuolaikinio (Holoceno) ir pastarojo (Merkinės) tarpledynmečio metu rytų Baltijos regione bei kaimyninėse šalyse. Labai svarbu, jog pastarąjį tarpledynmetį charakterizuojantys duomenys atspindi pilną klimatinį ciklą, ir gali suteikti daug informacijos apie šiuolaikinio tarpledynmečio klimato ir augalijos raidos perspektyvas. Tuo tikslu būtina taikyti kompleksinę palyginamąjį skirtingų tarpledynmečių paleobotaninių duomenų įvertinimą, tame tarpe ir pasitelkiant modernius statistinius informacijos analizės metodus, kurie leis išryškinti augalijos dinamikos panašumus ir skirtumus bei galimos reakcijos į globalius bei regioninius faktorius pobūdį skirtingais geologinės praeities etapais atsižvelgiant dar ir į erdvinį kontekstą. Formuluojamam tikslui pasiekti bei keliamiems uždaviniams realizuoti, greta klasikinių statistinių medžiagos apdorojimo programų (Statistica, PAST ir kt.) ir metodų tokių kaip koreliacijos, regresinė analizė , planuojama pasitelkti ir modernius metodus: įvairius R programos paketus, daugiamatę analizę (PCA, DCA, tb-PCA ir kt.), taip pat planuojama naudoti skirtingas modeliavimo technikas (GLM, GLMM, GAM ir kt.)

Mokslinėse Gamtos tyrimų centro, o ankstesniais metais ir Geologijos ir geografijos instituto, laboratorijose jau ne vieną dešimtmetį vyksta skirtingų kvartero laikotarpio tarpledynmečių paleoaugalijos istorijos tyrimai, mokslininkų darbo rezultatai žinomi bei pripažįstami tarptautinėje erdvėje, nuolat bendradarbiaujama su užsienio šalių tyrėjais. GTC mokslininkai dalyvauja tarptautinių fondų finansuojamų projektų, nagrinėjančių įvairius paleoaugalijos istorijos aspektus, realizacijoje, gauti bendrų tyrimų rezultatai nuolat publikuojami tarptautinėje mokslinėje spaudoje (Feurdean et al., 2020; Dietze et al., 2018; Šeirienė, et al., 2019; Stančikaitė et al., 2019; 2022; Harrison et al., 2022). Siekiant išplėsti vystomus paleoaugalijos istorijos tyrimus, pasitelkti naujus statistinius turimos informacijos apdorojimo ir koreliacijos metodus, tame tarpe ir kuriant metodinę tyrimų bazę, planuojama bendradarbiauti su GTC Floros ir geobotanikos laboratorijos tyrėjais, kurių patirtis nagrinėjant regionines bei globalias šiandieninės augalijos raidos tendencijas gali ženkliai prisidėti prie formuluojamų klausimų sprendimo (Chytrý M., 2016; Bruelheide H. et al., 2019; Chytrý M., 2020).

Planuojamų tyrimų tikslas yra, taikant suformuotus integruotos statistinės paleobotaninės informacijos analizės metodus, nustatyti paleoaugalijos raidos šiuolaikinio (Holoceno) ir pastarojo (Merkinės) tarpledynmečio rytų Baltijos regione, pobūdį bei tendencijas įvertinant teritorines bei chronologines pokyčių charakteristikas bei galimus fiksuojamų svyravimų priežastinius ryšius, tame tarpe ir siejančius atskirų tarpledynmečių florą. Gautos informacijos pagrindu planuojama pagrįsti augalijos raidos perspektyvas klimatinių, geobotaninių, geologinių-geomorfologinių bei kultūrinių ribų sandūroje.

Skapolitizacija – geologinis procesas, kuris dažnai lydi skarnų ir IOCG-tipo telkinių susidarymą. Unikali skapolito savybė inkorporuoti halogenus, CO₂ ir SO₂ į mineralo kristalinę gardelę iš fluido, esančio pusiausvyroje su skapolitu, leidžia jo cheminę sudėtį susieti su fluido sudėtimi. Halogenų moliniai santykiai Br/Cl ir I/Cl gali būti panaudojami fluido kilmei atsekti. Tačiau, aukštos temperatūros sąlygomis, fluidas gali keisti savo sudėtį dėl fazinių pakitimų, tokių kaip žemo slėgio devolatizacija, druskų susidarymas, fluidų nesimaišymas ir pan., kurių metu halogenai gali frakcionuoti. Šie procesai gali būti atpažįstami tik turint pilną duomenų paketą, tai yra, skapolitą susidariusį nuo progresyvinio iki retrogresinio metmaorfizmo metu. Skapolitas Varėnos geležies rūdos (VGRT) telkinyje yra aptinkamas skirtingose uolienose, kur jis susidaro skirtingais metamorfizmo etapais, prie kaitaus fluido/uolienos santykio ir pasižymi sisteminga sudėties kaita. Dėl šių priežasčių skapolito tyrimai Varėnos geležies rūdos telkinyje ir jį supančiose uolienose gali suteikti informacijos apie fluidų fazių kitimą aukštos temperatūros sąlygomis.

Siekiant nustatyti Cl praturtinto fluido kilmę ir evoliuciją Varėnos GR telkinyje, skapolitai susidarę skirtingomis stadijomis bus susiejami su uolieną sudarančių mineralų paragenezėmis, naudojant optinį ir skenuojantį elektroninį (SEM) mikroskopus. EMPA cheminė analizė ir elementų pasiskirstymo žemėlapiai leis tiriamus skapolito mėginius apibūdinti chemiškai ir nustatyti sudėties kitimo tendencijas. Halogenų, bei retųjų žemių elementų kiekiai skapolite bus nustatyti naudojant LA-ICPMS mėginiuose, geriausiai atspindinčiuose pilną progresyvinio, maksimalaus ir retrogresinio metamorfizmo kaitą. Temperatūros vertinimas skirtingais etapais bus atliekamas naudojant klasikinius termometrus tiriamose uolienose, bei naudojant termodinaminį modeliavimą metapelituose, esančiuose į rytus nuo Varėnos GR telkinio.

Surinkti duomenys leis nustatyti fluido šaltinį(ius). Ankstesnių tyrimų duomenys parodo kad Cl kiekis fluide pasiekia aukščiausias vertes temperatūrinio maksimumo metu, tačiau jo kilmė yra neaiški. Labiausiai tikėtini šaltiniai yra jūros vanduo, evaporitai, bei mafinių magminių uolienų degazacija. Proegresyvinio metamorfizmo metu susidaręs skapolitas (susidaręs anksčiausiai) tikėtina atspindės vieno iš galimų šaltinio sudėtį. Halogenų santykių kitimas tolimesnio metamorfizmo metu gali atspindėti halogenų frakcionavimą ir/arba fluido iš skirtingų šaltinių maišymasi. Fluido kilmė, bei procesai susiję su fluido sudėties kitimu yra esminiai procesai sąlygojantys elmenetų tirpumą ir pernešimą fluide, bei hidroterminių telkinių susidarymą.

Potencialus doktorantas turėtų turėti geras žinias apie fluidų chemiją ir fazių pakitimus geologinėje aplinkoje, bei mokėti taikyti termodinaminio modeliavimo programą (pvz.: PerpleX ar TheriakDomino programas).