שאיפה של דינוזאור

מה היה הרכב האוויר שנשמו הדינוזאורים? ואיך השתנתה האטמוספרה במהלך עשרות מיליוני שנים שבהן חיו היצורים הענקיים על פני כוכב הלכת שלנו? מחקר שהתפרסם לאחרונה הוסיף לידע שלנו על האטמוספרה הקדומה באמצעות חקר האיזוטופים של חמצן בשיניים של דינוזאורים.

לשמור על המידע בשיניים

איזוטופים הם אטומים בעלי אותו מספר אטומי אך בעלי מסה שונה. כלומר מספר הפרוטונים בגרעין שלהם קבוע, אך מספר הנייטרונים שונה בכל איזוטופ. לחמצן למשל יש תמיד שמונה פרוטונים בגרעין, ושלושה איזוטופים נפוצים: חמצן 16, שבו יש שמונה נייטרונים, חמצן 17 (תשעה נייטרונים) וחמצן 18 (עשרה נייטרונים). האיזוטופים נבדלים זה מזה במסה, אבל זהים בתכונות הכימיות, ומגיבים באותו אופן עם אותם חומרים. 

מדידת ההרכב האיזוטופי של חומרים היא אחת השיטות הנפוצות למחקר תנאים סביבתיים שהתקיימו בעבר ולמחקר יחסי הגומלין שהיו בין יצורים שחיו בעבר לבין סביבתם. איך משתמשים באיזוטופים של חמצן כדי להבין את השינויים הסביבתיים? החוקרים מדדו את היחסים הכמותיים בין  האיזוטופים של חמצן באמייל שבשיני דינוזאורים מתור הקרטיקון המאוחר, לפני כ-70 מיליון שנים, ומתור היורה המאוחר, לפני כ-150 מיליון שנים. אמייל הוא חומר גבישי שמצפה שיניים של בעלי חיים רבים. זהו חומר יציב, שבמקרה הזה שרד יותר מ-150 מיליון שנה. כל עוד בעל חיים חי, הוא מקיים חילוף חומרים עם הסביבה, ובמקרה זה – נושם חמצן. חלק מהחמצן שאנו קולטים מהאוויר משמש בתהליך ייצור האנרגיה ברקמות, ומגיע להיות חלק ממולקולות מים שהגוף מייצר בתהליך. המים מוצאים את דרכם למולקולות שהגוף בונה, בהן ביואפטיט (bioapatite),  שמרכיבה כ-96 אחוזים מאמייל השן.

התחממות גלובלית – לא רק היום

חוקרים מגרמניה, בהובלת מדענים מאוניברסיטת גטינגן, השוו בין הרכב האיזוטופים בתקופת הדינוזאורים לבין ההרכב האיזוטופי של סטנדרט, כשכאן משמעות המילה “סטנדרט” היא “חומר שיש לו הרכב איזוטופי ידוע”. כל חוקר שימדוד את היחס הכמותי בין שלושת האיזוטופים של חמצן, ישווה את התוצאות שקיבל לסטנדרט שקבעה הקהילה המדעית. המדידה במקרה הזה היא של יחידה שנקראת אנומליה של חמצן 17. האנומליה היא ההפרש בין היחס בין חמצן 17 לחמצן 16, לבין היחס בין חמצן 16 לחמצן 18. גדילה של היצרנות הראשונית, כגון תהליך הפוטוסינתזה אצל צמחים ופיטופלנקטון, מובילה לירידה באנומליה של חמצן 17 בחמצן האטמוספרי. הרכב החמצן משפיע גם על ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה. 

על בסיס התהליכים האלה, החוקרים מדדו את היחסים בין האיזוטופים של החמצן בשיני הדינוזאורים וניסו להתחקות אחרי הרכב האיזוטופים באוויר שנשמו ובמים ששתו, וכך להבין טוב יותר את הרכב האטמוספרה לפני כ-70 ו-150 מיליון שנים. החוקרים מצאו, בשתי התקופות שמדדו, שהאנומליה של חמצן 17 בשיני הדינוזאורים הייתה גבוהה מהסטנדרט וגם גבוהה מהאנומליה היום. כלומר, הדינוזאורים חיו בתקופה שבה ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה היה גבוה מהריכוז היום.

באמצעות המדידות האלה והנחות לגבי כמות היצרנות הראשונית, ובעזרת הידע על ריכוז הפחמן הדו-חמצני בתקופות שבהן חיו הדינוזאורים שנחקרו, החוקרים משערים שלפני כ-150 מיליון שנה ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה היה כ-1,200 חלקיקים למיליון, ולפני כ-70 מיליון שנה הוא היה כ-750 חלקיקים למיליון. זה ריכוז גבוה פי ארבעה בערך מהריכוז שהיה לפני תחילת המהפכה התעשייתית, שעמד על 280 חלקיקים למיליון, וגבוה מהריכוז היום, שעומד על כ-430 חלקיקים למיליון.

ריכוז גבוה של פחמן דו-חמצני מוביל להתחממות האטמוספרה והוא הגורם העיקרי להתחממות העולמית היום. בעבר היו תקופות עם ריכוז גבוה יותר של פחמן דו-חמצני באטמוספרה, אבל בהתחממות העולמית בתקופתנו, ריכוז הפחמן הדו-חמצני עולה בקצב מהיר יותר מבעבר. המחקר הזה מתווסף למחקרים שמצאו, באמצעות שיטות בלתי תלויות זו בזו, שהיו תקופות בהיסטוריה של כדור הארץ שבהן ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה אכן היה גבוה יותר מאשר בימינו.