Η υπόθεση του Σιλουρίου: θα ήταν δυνατό να ανιχνευθεί ένας βιομηχανικός πολιτισμός στο γεωλογικό αρχείο;

Περίληψη

Εάν ένας βιομηχανικός πολιτισμός υπήρξε στη Γη πολλά εκατομμύρια χρόνια πριν από τη δική μας εποχή, ποια ίχνη θα είχε αφήσει και θα ήταν ανιχνεύσιμα σήμερα; Συνοψίζουμε το πιθανό γεωλογικό αποτύπωμα της Ανθρωποκαίνου και δείχνουμε ότι, ενώ είναι σαφές, δεν θα διαφέρει σημαντικά από άλλα γνωστά γεγονότα του γεωλογικού αρχείου ως προς πολλές πτυχές. Στη συνέχεια προτείνουμε ελέγχους που θα μπορούσαν εύλογα να διακρίνουν ένα βιομηχανικό αίτιο από ένα κατά τα άλλα φυσικά απαντώμενο κλιματικό γεγονός.

1. Εισαγωγή

Η αναζήτηση ζωής αλλού στο σύμπαν αποτελεί κεντρική απασχόληση της αστροβιολογίας, και οι επιστήμονες έχουν συχνά στραφεί σε γήινα ανάλογα — για ακραιόφιλα βακτήρια (extremophiles), για τη ζωή υπό διαφορετικές κλιματικές καταστάσεις και για τη γένεση της ίδιας της ζωής. Ένα υποσύνολο αυτής της αναζήτησης είναι η προοπτική της ευφυούς ζωής, και ένα ακόμη μικρότερο υποσύνολο η αναζήτηση πολιτισμών με τη δυνατότητα να επικοινωνήσουν μαζί μας. Μια συνήθης παραδοχή είναι ότι κάθε τέτοιος πολιτισμός πρέπει να έχει αναπτύξει κάποιου είδους βιομηχανία· ειδικότερα, την ικανότητα αξιοποίησης των βιομηχανικών διεργασιών για την ανάπτυξη ραδιοτεχνολογιών ικανών να στέλνουν ή να λαμβάνουν μηνύματα. Στη συνέχεια, ωστόσο, θα ορίσουμε τους βιομηχανικούς πολιτισμούς ως την ικανότητα αξιοποίησης εξωτερικών πηγών ενέργειας σε παγκόσμια κλίμακα.

Ένα από τα βασικά ερωτήματα για την εκτίμηση της πιθανότητας εύρεσης ενός τέτοιου πολιτισμού είναι η κατανόηση του πόσο συχνά αναπτύσσεται ένας βιομηχανικός πολιτισμός, δεδομένου ότι η ζωή έχει εμφανιστεί και ότι ορισμένα είδη είναι ευφυή. Οι άνθρωποι είναι το μόνο παράδειγμα που γνωρίζουμε, και ο βιομηχανικός μας πολιτισμός έχει διαρκέσει (μέχρι στιγμής) περίπου 300 χρόνια (από, για παράδειγμα, την αρχή των μεθόδων μαζικής παραγωγής). Αυτό είναι ένα μικρό κλάσμα του χρόνου κατά τον οποίο υπάρχουμε ως είδος, και ένα ελάχιστο κλάσμα του χρόνου που υπάρχει σύνθετη ζωή στην ξηρά της Γης (∼400 εκατομμύρια έτη πριν, Ma). Η σύντομη αυτή χρονική διάρκεια εγείρει το προφανές ερώτημα αν θα μπορούσε κάτι τέτοιο να έχει συμβεί και στο παρελθόν. Ονομάζουμε αυτό το ενδεχόμενο «υπόθεση του Σιλουρίου» (‘Silurian hypothesis’)¹.

Παρότι έχει αφιερωθεί πολλή άσκοπη εικασία και νυχτερινή κουβέντα στο ερώτημα αυτό, δεν γνωρίζουμε προηγούμενες σοβαρές πραγματεύσεις του προβλήματος της ανιχνευσιμότητας προγενέστερων επίγειων βιομηχανικών πολιτισμών στο γεωλογικό παρελθόν. Δεδομένης της τεράστιας αύξησης της έρευνας γύρω από τους εξωπλανήτες και τα ζητήματα ανίχνευσης ζωής, αξίζει να αντιμετωπιστεί το ερώτημα πιο τυπικά και στο αστροβιολογικό του πλαίσιο. Σημειώνουμε επίσης την πρόσφατη εργασία του Wright (2017), η οποία πραγματεύτηκε πτυχές του προβλήματος, καθώς και προηγούμενες απόπειρες εκτίμησης της πιθανότητας μη γήινου πολιτισμού στο ηλιακό σύστημα, όπως των Haqq-Misra και Kopparapu (2012). Η παρούσα εργασία αποτελεί απόπειρα να καλυφθεί αυτό το κενό με τρόπο που τοποθετεί επίσης την τρέχουσα επίδρασή μας στον πλανήτη σε ευρύτερη προοπτική. Επισημαίνουμε πρώτα τη σημασία του ερωτήματος για τη γνωστή εξίσωση Drake. Έπειτα εξετάζουμε τις πιθανές γεωλογικές συνέπειες του ανθρώπινου βιομηχανικού πολιτισμού και συγκρίνουμε το αποτύπωμα αυτό με δυνητικά παρόμοια γεγονότα του γεωλογικού αρχείου. Τέλος, εξετάζουμε ορισμένες πιθανές ερευνητικές κατευθύνσεις που θα μπορούσαν να βελτιώσουν τους περιορισμούς στο ερώτημα.

2. Σχέση με την εξίσωση Drake

Η εξίσωση Drake είναι το γνωστό πλαίσιο για την εκτίμηση του αριθμού των ενεργών, επικοινωνιακών εξωγήινων πολιτισμών στον γαλαξία μας (Drake, 1961, 1965). Ο αριθμός αυτών των πολιτισμών, $N$, θεωρείται ίσος με το γινόμενο: του μέσου ρυθμού σχηματισμού αστέρων, $R_*$, στον Γαλαξία μας· του κλάσματος των αστέρων που σχηματίζονται και διαθέτουν πλανήτες, $f_p$· του μέσου αριθμού πλανητών ανά αστέρα, $n_e$, που μπορούν δυνητικά να υποστηρίξουν ζωή· του κλάσματος αυτών των πλανητών, $f_l$, που πράγματι αναπτύσσουν ζωή· του κλάσματος των πλανητών που φιλοξενούν ζωή και στους οποίους έχει αναπτυχθεί ευφυής, πολιτισμένη ζωή, $f_i$· του κλάσματος αυτών των πολιτισμών που έχουν αναπτύξει επικοινωνίες, $f_c$, δηλαδή τεχνολογίες που εκλύουν ανιχνεύσιμα σημάδια στο διάστημα· και της χρονικής διάρκειας, $L$, κατά την οποία οι πολιτισμοί αυτοί εκπέμπουν ανιχνεύσιμα σήματα.

Εάν, κατά τη διάρκεια της ύπαρξης ενός πλανήτη, μπορούν να εμφανιστούν πολλοί βιομηχανικοί πολιτισμοί στο χρονικό διάστημα που υπάρχει ζωή, η τιμή του $f_c$ μπορεί στην πραγματικότητα να είναι $>1$.

Το ζήτημα αυτό είναι ιδιαίτερα επίκαιρο υπό το φως πρόσφατων εξελίξεων στην αστροβιολογία, όπου οι τρεις πρώτοι όροι, που αφορούν αμιγώς αστρονομικές παρατηρήσεις, έχουν πλέον προσδιοριστεί πλήρως. Είναι πλέον προφανές ότι οι περισσότεροι αστέρες φιλοξενούν οικογένειες πλανητών (Seager, 2013). Πράγματι, πολλοί από τους πλανήτες αυτούς θα βρίσκονται στις κατοικήσιμες ζώνες των αστέρων τους (Dressing και Charbonneau, 2013; Howard, 2013). Τα αποτελέσματα αυτά επιτρέπουν να οριοθετηθούν οι επόμενοι τρεις όροι με τρόπο που χρησιμοποιεί τα δεδομένα των εξωπλανητών για να θέσει ένα όριο στην απαισιοδοξία σχετικά με τους εξωπολιτισμούς. Στους Frank και Sullivan (2016) ορίστηκε μια τέτοια «γραμμή απαισιοδοξίας» (‘pessimism line’) ως η μέγιστη «βιοτεχνολογική» πιθανότητα (ανά πλανήτη στην κατοικήσιμη ζώνη) $f_{bt}$ ώστε οι άνθρωποι να είναι η μόνη φορά που έχει εξελιχθεί τεχνολογικός πολιτισμός στην κοσμική ιστορία. Οι Frank και Sullivan (2016) βρήκαν $f_{bt}$ στο εύρος ∼$10^{-24}$–$10^{-22}$.

Ο προσδιορισμός της «γραμμής απαισιοδοξίας» τονίζει τη σημασία τριών όρων της εξίσωσης Drake: των $f_l$, $f_i$ και $f_c$. Η ιστορία της Γης συχνά χρησιμεύει ως πρότυπο για συζητήσεις γύρω από πιθανές τιμές αυτών των πιθανοτήτων. Για παράδειγμα, έχει υπάρξει σημαντική συζήτηση για το πόσες φορές ξεκίνησε η ζωή στη Γη κατά το πρώιμο Αρχαϊκό, δεδομένης της ευκολίας της αβιογένεσης (Patel κ.ά., 2015), συμπεριλαμβανομένης της πιθανότητας μιας «σκιώδους βιόσφαιρας» (‘shadow biosphere’) αποτελούμενης από απογόνους ενός γεγονότος προέλευσης διαφορετικού από εκείνο που οδήγησε στον Τελευταίο Καθολικό Κοινό Πρόγονο (Last Universal Common Ancestor, LUCA) (Cleland και Copley, 2006). Επιπλέον, υπάρχει μακροχρόνια συζήτηση σχετικά με τον αριθμό των φορών που έχει εξελιχθεί η ευφυΐα, με αναφορά στα δελφίνια και σε άλλα είδη (Marino, 2015). Έτσι, μόνο για τον όρο $f_c$ έχει γενικά γίνει αποδεκτό ότι έχει στη Γη τιμή αυστηρά ίση με 1.

3. Σχέση με άλλους πλανήτες του ηλιακού συστήματος

Η εξέταση προηγούμενων πολιτισμών σε άλλους κόσμους του ηλιακού συστήματος έχει αναληφθεί από τους Wright (2017) και Haqq-Misra και Kopparapu (2012). Σημειώνουμε εδώ ότι υπάρχουν άφθονες ενδείξεις επιφανειακού νερού στα αρχαία κλίματα του Άρη (3,8 Ga) (π.χ. Achille και Hynek, 2010; Arvidson κ.ά., 2014), και η εικασία ότι η πρώιμη Αφροδίτη (2 Ga έως 0,7 Ga) ήταν κατοικήσιμη (λόγω ενός αμυδρότερου Ήλιου και μιας ατμόσφαιρας με χαμηλότερο CO₂) έχει υποστηριχθεί από πρόσφατες μελέτες μοντελοποίησης (Way κ.ά., 2016). Θεωρητικά, θα μπορούσαν στο μέλλον να πραγματοποιηθούν εργασίες βαθιάς γεώτρησης και στους δύο πλανήτες ώστε να αξιολογηθεί η γεωλογική τους ιστορία. Αυτό θα περιόριζε την εξέταση του πώς θα μπορούσε να είναι το αποτύπωμα της ζωής, ακόμη και του οργανωμένου πολιτισμού (Haqq-Misra και Kopparapu, 2012). Οι εκτιμήσεις προηγούμενων γήινων γεγονότων και η εξέταση δεικτών της Ανθρωποκαίνου, όπως αυτοί που πραγματοποιούμε παρακάτω, θα παρέχουν πιθανότατα βασικό πλαίσιο για τις εξερευνήσεις αυτές.

4. Περιορισμοί του γεωλογικού αρχείου

Το ότι το ερώτημα του τίτλου της εργασίας αξίζει να τεθεί είναι συνάρτηση της ελλιπούς φύσης του γεωλογικού αρχείου. Για το Τεταρτογενές (τα τελευταία 2,5 εκατομμύρια χρόνια), υπάρχουν εκτεταμένες σωζόμενες φυσικές μαρτυρίες, για παράδειγμα κλιματικών μεταβολών και οριζόντων εδαφών, καθώς και αρχαιολογικές μαρτυρίες πολιτισμών άλλων από τον Homo sapiens (Δενισοβανοί, Νεάντερταλ κ.λπ.), με περιστασιακές μαρτυρίες διποδικών ανθρωπιδών που χρονολογούνται τουλάχιστον 3,7 Ma πίσω (π.χ. τα αποτυπώματα του Laetoli) (Leakey και Hay, 1979). Η αρχαιότερη σωζόμενη επιφάνεια μεγάλης κλίμακας βρίσκεται στην έρημο Νεγκέβ και είναι ηλικίας ∼1,8 Ma (Matmon κ.ά., 2009). Ωστόσο, οι μαρτυρίες της ξηράς πριν από το Τεταρτογενές είναι πολύ πιο αραιές και υπάρχουν κυρίως σε εκτεθειμένες τομές, γεωτρήσεις και εξορυκτικές δραστηριότητες. Στα ωκεάνια ιζήματα, λόγω της ανακύκλωσης του ωκεάνιου φλοιού, υπάρχουν ιζηματογενείς μαρτυρίες μόνο για περιόδους μεταγενέστερες του Ιουρασικού (∼170 Ma) (ODP Leg 801 Team, 2000).

Το κλάσμα της ζωής που απολιθώνεται είναι πάντα εξαιρετικά μικρό και μεταβάλλεται ευρέως ως συνάρτηση του χρόνου, του ενδιαιτήματος και του βαθμού μαλακών ιστών έναντι σκληρών κελυφών ή οστών (Behrensmeyer κ.ά., 2000). Τα ποσοστά απολίθωσης είναι πολύ χαμηλά σε τροπικά, δασώδη περιβάλλοντα, αλλά υψηλότερα σε άνυδρα περιβάλλοντα και ποτάμια συστήματα. Για παράδειγμα, για όλους τους δεινόσαυρους που έζησαν ποτέ, υπάρχουν μόνο λίγες χιλιάδες σχεδόν πλήρη δείγματα, ή ισοδύναμα μόνο μια χούφτα μεμονωμένων ζώων σε χιλιάδες taxa ανά 100.000 χρόνια. Δεδομένου του ρυθμού ανακάλυψης νέων taxa αυτής της ηλικίας, είναι σαφές ότι είδη τόσο βραχύβια όσο ο Homo sapiens (μέχρι στιγμής) ενδέχεται να μην εκπροσωπούνται καθόλου στο υπάρχον απολιθωματικό αρχείο.

Η πιθανότητα επιβίωσης και ανακάλυψης αντικειμένων είναι παρομοίως μικρή. Ο Zalasiewicz (2009) εικάζει για τη διατήρηση αντικειμένων ή των μορφών τους, αλλά η τρέχουσα έκταση της αστικοποίησης είναι <1% της επιφάνειας της Γης (Schneider κ.ά., 2009), ενώ οι εκτεθειμένες τομές και οι θέσεις γεωτρήσεων για επιφάνειες πριν από το Τεταρτογενές είναι κατά τάξεις μεγέθους λιγότερες ως κλάσματα της αρχικής επιφάνειας. Σημειώστε ότι ακόμη και για την πρώιμη ανθρώπινη τεχνολογία, σύνθετα αντικείμενα βρίσκονται πολύ σπάνια. Για παράδειγμα, ο Μηχανισμός των Αντικυθήρων (περ. 205 π.Χ.) παραμένει μοναδικό αντικείμενο έως την Αναγέννηση. Παρά τις εντυπωσιακές πρόσφατες προόδους στην ικανότητα ανίχνευσης των ευρύτερων επιπτώσεων του πολιτισμού σε τοπία και οικοσυστήματα (Kidwell, 2015), καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι για πιθανούς πολιτισμούς αρχαιότερους των περίπου 4 Ma, οι πιθανότητες εύρεσης άμεσων ενδείξεων της ύπαρξής τους μέσω αντικειμένων ή απολιθωμένων δειγμάτων του πληθυσμού τους είναι μικρές. Σημειώνουμε, ωστόσο, ότι θα μπορούσε κανείς να θέσει το έμμεσο ερώτημα που σχετίζεται με προγόνους στο απολιθωματικό αρχείο, δηλαδή με είδη που ενδεχομένως οδηγούν, στη συνέχεια της εξέλιξης, σε μεταγενέστερα είδη δημιουργών πολιτισμού. Τέτοια επιχειρήματα, υπέρ ή κατά της υπόθεσης του Σιλουρίου, θα στηρίζονταν σε μαρτυρίες για έντονα κοινωνική συμπεριφορά ή υψηλή ευφυΐα με βάση το μέγεθος του εγκεφάλου. Ο ισχυρισμός θα ήταν τότε ότι υπάρχουν άλλα είδη στο απολιθωματικό αρχείο που θα μπορούσαν, ή δεν θα μπορούσαν, να έχουν εξελιχθεί σε δημιουργούς πολιτισμού. Στην παρούσα εργασία, ωστόσο, εστιάζουμε σε φυσικοχημικούς ιχνηθέτες (tracers) προγενέστερων βιομηχανικών πολιτισμών. Με αυτόν τον τρόπο, υπάρχει η δυνατότητα να διευρυνθεί η αναζήτηση σε ιχνηθέτες που είναι πιο διαδεδομένοι, παρόλο που μπορεί να υπόκεινται σε πιο ποικίλες ερμηνείες.

5. Εύρος της εργασίας

Θα περιορίσουμε το πεδίο της εργασίας σε γεωχημικούς περιορισμούς για την ύπαρξη βιομηχανικών πολιτισμών πριν από το Τεταρτογενές, οι οποίοι μπορεί να υπήρξαν από την άνοδο της σύνθετης ζωής στην ξηρά. Αυτό αποκλείει κοινωνίες που μπορεί να ήταν εξαιρετικά οργανωμένες και δυνητικά εξελιγμένες αλλά δεν ανέπτυξαν βιομηχανία, καθώς και πιθανότατα οποιαδήποτε αμιγώς ωκεάνια είδη ζωής. Η εστίαση είναι έτσι στην περίοδο μεταξύ της εμφάνισης της σύνθετης ζωής στην ξηρά κατά το Δεβόνιο (∼400 Ma) του Παλαιοζωικού αιώνα και του μέσου Πλειοκαίνου (∼4 Ma).

6. Το γεωλογικό αποτύπωμα της Ανθρωποκαίνου

Παρότι η επίσημη κήρυξη της Ανθρωποκαίνου ως ξεχωριστής γεωλογικής εποχής εκκρεμεί ακόμη (Crutzen, 2002; Zalasiewicz κ.ά., 2017), είναι ήδη σαφές ότι οι ανθρώπινες προσπάθειές μας θα επηρεάσουν το γεωλογικό αρχείο που αποτίθεται σήμερα (Waters κ.ά., 2014). Μέρος της συζήτησης για το συγκεκριμένο όριο που θα καθορίσει τη νέα αυτή περίοδο δεν είναι συναφές για τους σκοπούς μας, διότι οι προτεινόμενοι δείκτες (συγκεντρώσεις αερίων σε πυρήνες πάγου, ραδιενέργεια με σύντομο χρόνο ημιζωής, η «Κολομβιανή ανταλλαγή» (Columbian exchange)) (π.χ. Lewis και Maslin, 2015; Hamilton, 2016) δεν πρόκειται να είναι γεωλογικά σταθεροί ή διακριτοί σε χρονικές κλίμακες πολλών εκατομμυρίων ετών. Ωστόσο, υπάρχουν πολλαπλές αλλαγές που έχουν ήδη συμβεί και θα παραμείνουν. Συζητούμε αρκετές από αυτές παρακάτω.

Υπάρχει ένα ενδιαφέρον παράδοξο όταν εξετάζουμε το ανθρωπογενές αποτύπωμα σε γεωλογική κλίμακα. Όσο περισσότερο διαρκεί ο ανθρώπινος πολιτισμός, τόσο μεγαλύτερο σήμα θα περίμενε κανείς στο αρχείο. Ωστόσο, όσο περισσότερο διαρκεί ένας πολιτισμός, τόσο πιο βιώσιμες θα έπρεπε να έχουν γίνει οι πρακτικές του ώστε να επιβιώσει. Όσο πιο βιώσιμη είναι μια κοινωνία (π.χ. στην παραγωγή ενέργειας, τη μεταποίηση ή τη γεωργία), τόσο μικρότερο είναι το αποτύπωμά της στον υπόλοιπο πλανήτη. Αλλά όσο μικρότερο το αποτύπωμα, τόσο λιγότερο σήμα θα ενσωματωθεί στο γεωλογικό αρχείο. Έτσι, το αποτύπωμα του πολιτισμού μπορεί να είναι αυτοπεριοριζόμενο σε σχετικά σύντομη χρονική κλίμακα. Για να αποφύγουμε εικασίες σχετικά με την τελική τύχη της ανθρωπότητας, θα εξετάσουμε επιπτώσεις που είναι ήδη σαφείς ή που είναι προβλέψιμες υπό εύλογες τροχιές για τον επόμενο αιώνα (π.χ. Nazarenko κ.ά., 2015; Köhler, 2016).

Σημειώνουμε ότι οι ρυθμοί ιζηματογένεσης σε ωκεάνιο ίζημα για πυρήνες με ίζημα ηλικίας πολλών εκατομμυρίων ετών είναι της τάξης των λίγων cm ανά 1000 χρόνια στην καλύτερη περίπτωση, και ενώ ο βαθμός βιοτυρβασίας (bioturbation) μπορεί να διαχέει ένα σήμα σύντομης διάρκειας, η Ανθρωπόκαινος θα εμφανιστεί πιθανότατα μόνο ως τομή πάχους λίγων cm και θα εμφανιστεί σχεδόν ακαριαία στο αρχείο.

6.1 Ανωμαλίες σταθερών ισοτόπων άνθρακα, οξυγόνου, υδρογόνου και αζώτου

Από τα μέσα του 18ου αιώνα, οι άνθρωποι έχουν απελευθερώσει πάνω από 0,5 τρισεκατομμύρια τόνους ορυκτού άνθρακα μέσω της καύσης γαιάνθρακα, πετρελαίου και φυσικού αερίου (Le Quéré κ.ά., 2016), με ρυθμό κατά τάξεις μεγέθους ταχύτερο από τις φυσικές μακροπρόθεσμες πηγές ή καταβόθρες. Επιπλέον, έχει υπάρξει εκτεταμένη αποδάσωση και προσθήκη διοξειδίου του άνθρακα στον αέρα μέσω καύσης βιομάζας. Όλος αυτός ο άνθρακας είναι βιολογικής προέλευσης και είναι επομένως απεμπλουτισμένος σε ¹³C σε σύγκριση με τη μεγαλύτερη κατά πολύ δεξαμενή ανόργανου άνθρακα (Revelle και Suess, 1957). Έτσι, ο λόγος ¹³C προς ¹²C στην ατμόσφαιρα, τον ωκεανό και τα εδάφη μειώνεται (επίδραση γνωστή ως «φαινόμενο Suess» (‘Suess Effect’), Quay κ.ά., 1992), με την τρέχουσα μεταβολή να είναι περίπου −1‰ δ¹³C από την προβιομηχανική εποχή (Böhm κ.ά., 2002; Eide κ.ά., 2017) στον επιφανειακό ωκεανό και την ατμόσφαιρα (Εικ. 1(α)).

Ως συνάρτηση της αύξησης του ορυκτού άνθρακα στο σύστημα, ενισχυμένης από μεταβολές του μαύρου άνθρακα (black carbon) και άλλα αέρια του θερμοκηπίου πλην του CO₂ (π.χ. N₂O, CH₄ και χλωροφθοράνθρακες (CFCs)), η παγκόσμια εκβιομηχάνιση συνοδεύτηκε από θέρμανση περίπου 1°C μέχρι σήμερα από τα μέσα του 19ου αιώνα (Bindoff κ.ά., 2013; GISTEMP Team, 2016). Λόγω του εξαρτώμενου από τη θερμοκρασία κλασματισμού κατά τον σχηματισμό ανθρακικών (Kim και O’Neil, 1997) (−0,2‰ δ¹⁸O ανά °C) και της ισχυρής συσχέτισης στις εξωτροπικές περιοχές μεταξύ θερμοκρασίας και δ¹⁸O (μεταξύ 0,4 και 0,7‰ ανά °C) (και ∼8× τόσο ευαίσθητου για τα ισότοπα δευτερίου σε σχέση με το υδρογόνο (δD)), αναμένουμε ότι αυτή η άνοδος της θερμοκρασίας θα είναι ανιχνεύσιμη στα ανθρακικά του επιφανειακού ωκεανού (ιδίως στα τρηματοφόρα, foraminifera), σε οργανικούς βιοδείκτες, σε αρχεία σπηλαίων (σταλακτίτες), σε οστρακώδη (ostracods) λιμνών και σε πυρήνες πάγου υψηλών γεωγραφικών πλατών, αν και μόνο τα δύο πρώτα θα είναι ανακτήσιμα στις χρονικές κλίμακες που εξετάζονται εδώ.

Η καύση ορυκτών καυσίμων, η εφεύρεση της διαδικασίας Haber–Bosch, η μεγάλης κλίμακας εφαρμογή αζωτούχων λιπασμάτων και η ενισχυμένη δέσμευση αζώτου που σχετίζεται με τα καλλιεργούμενα φυτά έχουν προκαλέσει βαθιά επίδραση στον κύκλο του αζώτου (Canfield κ.ά., 2010), ώστε ανωμαλίες δ¹⁵N να είναι ήδη ανιχνεύσιμες σε ιζήματα μακριά από τον πολιτισμό (Holtgrieve κ.ά., 2011).

6.2 Ιζηματολογικά αρχεία

Υπάρχουν πολλαπλές αιτίες για μια πολύ αυξημένη ροή ιζήματος στους ποταμούς και, επομένως, για την απόθεση στα παράκτια περιβάλλοντα. Η έλευση της γεωργίας και η συνακόλουθη αποδάσωση οδήγησαν σε μεγάλες αυξήσεις της διάβρωσης του εδάφους (Goudie, 2000; National Research Council, 2010). Επιπλέον, η διευθέτηση της κοίτης των ποταμών (όπως του Μισισιπή) έχει οδηγήσει σε πολύ μεγαλύτερη ωκεάνια απόθεση ιζήματος από ό,τι θα συνέβαινε διαφορετικά. Η τάση αυτή μετριάζεται κάπως από την ταυτόχρονη αύξηση του αριθμού των φραγμάτων των ποταμών, που μειώνουν τη ροή ιζήματος κατάντη. Επιπλέον, η αύξηση των θερμοκρασιών και της περιεκτικότητας της ατμόσφαιρας σε υδρατμούς έχει οδηγήσει σε μεγαλύτερη ένταση των κατακρημνισμάτων (Kunkel κ.ά., 2013), η οποία, από μόνη της, θα οδηγούσε επίσης σε μεγαλύτερη διάβρωση, τουλάχιστον σε περιφερειακό επίπεδο. Η παράκτια διάβρωση αυξάνεται επίσης ως συνάρτηση της ανόδου της στάθμης της θάλασσας, και στις πολικές περιοχές ενισχύεται από τη μείωση του θαλάσσιου πάγου και την τήξη του μόνιμα παγωμένου εδάφους (permafrost) (Overeem κ.ά., 2011).

Εκτός από τις μεταβολές στη ροή ιζήματος από την ξηρά προς τον ωκεανό, θα αλλάξει και η σύσταση του ιζήματος. Λόγω της αυξημένης διάλυσης CO₂ στον ωκεανό ως συνάρτηση των ανθρωπογενών εκπομπών CO₂, ο ανώτερος ωκεανός οξινίζεται (αύξηση 26% στα H⁺ ή μείωση 0,1 του pH από τον 19ο αιώνα) (Orr κ.ά., 2005). Αυτό θα οδηγήσει σε αυξημένη διάλυση CaCO₃ εντός του ιζήματος, η οποία θα διαρκέσει έως ότου ο ωκεανός μπορέσει να εξουδετερώσει την αύξηση. Θα υπάρξουν επίσης σημαντικές αλλαγές στην ορυκτολογία (Zalasiewicz κ.ά., 2013; Hazen κ.ά., 2017). Οι αυξήσεις στην ηπειρωτική αποσάθρωση είναι επίσης πιθανό να μεταβάλουν τους λόγους στροντίου και οσμίου (π.χ. τους λόγους ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr και ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os) (Jenkyns, 2010).

Όπως συζητήθηκε παραπάνω, το φορτίο αζώτου στους ποταμούς αυξάνεται ως συνάρτηση των γεωργικών πρακτικών. Αυτό οδηγεί με τη σειρά του σε περισσότερη μικροβιακή δραστηριότητα στον παράκτιο ωκεανό, η οποία μπορεί να εξαντλήσει το διαλυμένο οξυγόνο στη στήλη του νερού (Diaz και Rosenberg, 2008), και πρόσφατες συνθέσεις υποδεικνύουν ήδη παγκόσμια μείωση περίπου 2% (Ito κ.ά., 2017; Schmidtko κ.ά., 2017). Αυτό οδηγεί με τη σειρά του σε επέκταση των ζωνών ελάχιστου οξυγόνου (oxygen minimum zones), σε μεγαλύτερη ωκεάνια ανοξία και στη δημιουργία των λεγόμενων «νεκρών ζωνών» (‘dead zones’) (Breitburg κ.ά., 2018). Το ίζημα σε αυτές τις περιοχές θα έχει επομένως μεγαλύτερη οργανική περιεκτικότητα και λιγότερη βιοτυρβασία (Tyrrell, 2011). Η τελική έκταση αυτών των νεκρών ζωνών είναι άγνωστη.

Επιπλέον, οι ανθρωπογενείς ροές μολύβδου, χρωμίου, αντιμονίου, ρηνίου, μετάλλων της ομάδας του λευκόχρυσου, σπάνιων γαιών και χρυσού είναι πλέον πολύ μεγαλύτερες από τις φυσικές τους πηγές (Sen και Peucker-Ehrenbrink, 2012; Gałuszka κ.ά., 2013), γεγονός που συνεπάγεται ότι θα υπάρξει κορύφωση στις ροές των μετάλλων αυτών στην απορροή των ποταμών και, επομένως, υψηλότερες συγκεντρώσεις στα παράκτια ιζήματα.

6.3 Πανιδική ακτινοεξέλιξη και εξαφανίσεις

Οι τελευταίοι αιώνες έχουν δει σημαντικές αλλαγές στην αφθονία και την εξάπλωση μικρών ζώων, ιδίως αρουραίων, ποντικών και γατών κ.λπ., που σχετίζονται με την ανθρώπινη εξερεύνηση και τις βιοτικές ανταλλαγές. Απομονωμένοι πληθυσμοί σχεδόν παντού έχουν πλέον αντικατασταθεί, από πολλές απόψεις, από αυτά τα χωροκατακτητικά (invasive) είδη. Το απολιθωματικό αρχείο θα υποδεικνύει πιθανότατα σε αυτό το σημείο μια μεγάλη πανιδική ακτινοεξέλιξη (radiation) αυτών των δεικτικών ειδών. Παράλληλα, πολλά άλλα είδη έχουν ήδη εξαφανιστεί ή είναι πιθανό να εξαφανιστούν, και η εξαφάνισή τους από το απολιθωματικό αρχείο θα είναι αισθητή. Από την προοπτική πολλών εκατομμυρίων ετών στο μέλλον, οι εξαφανίσεις μεγάλων θηλαστικών που συνέβησαν στο τέλος της τελευταίας εποχής των παγετώνων θα συσχετιστούν επίσης με την έναρξη της Ανθρωποκαίνου.

6.4 Μη φυσικώς απαντώμενα συνθετικά

Υπάρχουν πολλές χημικές ουσίες που έχουν κατασκευαστεί (ή κατασκευάζονταν) βιομηχανικά και οι οποίες, για διάφορους λόγους, μπορούν να εξαπλωθούν και να παραμείνουν στο περιβάλλον για μεγάλο χρονικό διάστημα (Bernhardt κ.ά., 2017). Κυρίως, οι σταθεροί οργανικοί ρύποι (persistent organic pollutants· οργανικά μόρια ανθεκτικά στην αποδόμηση από χημικές, φωτοχημικές ή βιολογικές διεργασίες) είναι γνωστό ότι έχουν εξαπλωθεί σε όλο τον κόσμο (ακόμη και σε κατά τα άλλα παρθένα περιβάλλοντα) (Beyer κ.ά., 2000). Η σταθερότητά τους συνδέεται συχνά με το ότι είναι αλογονωμένες οργανικές ενώσεις, καθώς η ισχύς του δεσμού C–Cl (για παράδειγμα) είναι πολύ μεγαλύτερη από εκείνη του C–C. Για παράδειγμα, οι πολυχλωριωμένοι διφαινύλιοι (polychlorinated biphenyls) είναι γνωστό ότι έχουν χρόνους ζωής πολλών εκατοντάδων ετών σε ποτάμιο ίζημα (Bopp, 1979). Το πόσο καιρό θα διατηρούνταν ένα ανιχνεύσιμο σήμα σε ωκεάνιο ίζημα είναι, ωστόσο, ασαφές.

Άλλες χλωριωμένες ενώσεις μπορεί επίσης να έχουν δυνατότητα μακροχρόνιας διατήρησης, συγκεκριμένα οι CFCs και συναφείς ενώσεις. Ενώ υπάρχουν φυσικές πηγές για την πιο σταθερή ένωση (CF₄), υπάρχουν μόνο ανθρωπογενείς πηγές για τις C₂F₆ και SF₆, τις επόμενες πιο σταθερές ενώσεις. Στην ατμόσφαιρα, η καταβόθρα τους μέσω φωτολυτικής καταστροφής στη στρατόσφαιρα περιορίζει τους χρόνους ζωής τους σε λίγες χιλιάδες έτη (Ravishankara κ.ά., 1993). Οι ενώσεις αυτές διαλύονται στον ωκεανό και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ιχνηθέτες της ωκεάνιας κυκλοφορίας, αλλά δεν γνωρίζουμε μελέτες που να υποδεικνύουν για πόσο καιρό οι χημικές αυτές ουσίες μπορεί να επιβιώνουν ή/και να είναι ανιχνεύσιμες σε ωκεάνιο ίζημα, δεδομένων ορισμένων περιορισμένων ενδείξεων μικροβιακής αποδόμησης σε αναερόβια περιβάλλοντα (Denovan και Strand, 1992).

Άλλες κατηγορίες συνθετικών βιοδεικτών μπορεί επίσης να παραμείνουν στα ιζήματα. Για παράδειγμα, στεροειδή, κηροί φύλλων, αλκενόνες (alkenones) και λιπίδια μπορούν να διατηρηθούν σε ίζημα για πολλά εκατομμύρια έτη (π.χ. Pagani κ.ά., 2006). Αυτό που θα μπορούσε να διακρίνει τους φυσικά απαντώμενους βιοδείκτες από τα συνθετικά είναι η χειραλικότητα (chirality) των μορίων. Οι περισσότερες διαδρομές ολικής σύνθεσης δεν διακρίνουν μεταξύ D- και L-χειραλικότητας, ενώ οι βιολογικές διεργασίες είναι σχεδόν αποκλειστικά μονοχειραλικές (Meierhenrich, 2008) (για παράδειγμα, τα φυσικά απαντώμενα αμινοξέα είναι όλα L-μορφές, και σχεδόν όλα τα σάκχαρα είναι D-μορφές). Συνθετικά στεροειδή που δεν έχουν φυσικά αντίστοιχα είναι πλέον πανταχού παρόντα στα υδάτινα σώματα.

6.5 Πλαστικά

Από το 1950, έχει υπάρξει τεράστια αύξηση των πλαστικών που εισέρχονται στον ωκεανό (Moore, 2008; Eriksen κ.ά., 2014). Παρόλο που πολλές συνήθεις μορφές πλαστικού (όπως το πολυαιθυλένιο και το πολυπροπυλένιο) επιπλέουν στο θαλασσινό νερό, και ακόμη και εκείνες που είναι ονομαστικά βαρύτερες από το νερό μπορεί να ενσωματώνονται σε πλέοντα υλικά που παραμένουν στην επιφάνεια, είναι ήδη σαφές ότι οι μηχανικές διεργασίες διάβρωσης θα οδηγήσουν στην παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων μικρο- και νανοσωματιδίων πλαστικού (Cozar κ.ά., 2014; Andrady, 2015). Έρευνες έχουν δείξει αυξανόμενες ποσότητες πλαστικών «θαλάσσιων απορριμμάτων» (‘marine litter’) στον πυθμένα της θάλασσας, από παράκτιες περιοχές έως βαθιές λεκάνες και την Αρκτική (Pham κ.ά., 2014; Tekman κ.ά., 2017). Σε παραλίες, έχουν βρεθεί νέα συσσωματώματα, τα «πλαστιγλομερή» (‘plastiglomerates’), όπου συντρίμμια που περιέχουν πλαστικό έρχονται σε επαφή με υψηλές θερμοκρασίες (Corcoran κ.ά., 2014).

Η αποδόμηση των πλαστικών οφείλεται κυρίως στην υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία και στους ωκεανούς συμβαίνει κυρίως στη φωτική ζώνη (Andrady, 2015), ενώ εξαρτάται σημαντικά από τη θερμοκρασία (Andrady κ.ά., 1998) (άλλοι μηχανισμοί, όπως η θερμο-οξείδωση ή η υδρόλυση, δεν συμβαίνουν εύκολα στον ωκεανό). Η πύκνωση μικρών σωματιδίων πλαστικού από οργανισμούς επικάθισης (fouling), η κατάποση και η ενσωμάτωση σε οργανικές «βροχές» που βυθίζονται στον πυθμένα αποτελούν αποτελεσματικό μηχανισμό μεταφοράς στον πυθμένα της θάλασσας, οδηγώντας σε αυξανόμενη συσσώρευση σε ωκεάνιο ίζημα, όπου οι ρυθμοί αποδόμησης είναι πολύ βραδύτεροι (Andrady, 2015). Μόλις βρεθούν στο ίζημα, η μικροβιακή δραστηριότητα αποτελεί πιθανή οδό αποδόμησης (Shah κ.ά., 2008), αλλά οι ρυθμοί είναι ευαίσθητοι στη διαθεσιμότητα οξυγόνου και σε κατάλληλες μικροβιακές κοινότητες.

Όπως παραπάνω, η τελική μακροπρόθεσμη τύχη αυτών των πλαστικών στο ίζημα είναι ασαφής, αλλά η δυνατότητα για πολύ μακροχρόνια διατήρηση και ανιχνευσιμότητα είναι υψηλή.

6.6 Υπερουράνια στοιχεία (transuranic elements)

Πολλά ραδιενεργά ισότοπα που σχετίζονται με την ανθρωπογενή σχάση ή τα πυρηνικά όπλα έχουν μεγάλους χρόνους ημιζωής, αλλά όχι αρκετά μεγάλους ώστε να είναι συναφή εδώ. Ωστόσο, υπάρχουν δύο ισότοπα που είναι δυνητικά αρκετά μακρόβια. Συγκεκριμένα, το Πλουτώνιο-244 (χρόνος ημιζωής 80,8 εκατομμύρια έτη) και το Κιούριο-247 (χρόνος ημιζωής 15 εκατομμύρια έτη) θα ήταν ανιχνεύσιμα για ένα μεγάλο κλάσμα της σχετικής χρονικής περιόδου εάν είχαν αποτεθεί σε επαρκείς ποσότητες, ας πούμε, ως αποτέλεσμα πυρηνικής ανταλλαγής όπλων. Δεν υπάρχουν γνωστές φυσικές πηγές ²⁴⁴Pu εκτός από τους υπερκαινοφανείς αστέρες (supernovae).

Έχουν γίνει προσπάθειες ανίχνευσης πρωταρχικού ²⁴⁴Pu στη Γη με ανάμεικτη επιτυχία (Hoffman κ.ά., 1971; Lachner κ.ά., 2012), γεγονός που υποδεικνύει ότι ο ρυθμός προσαύξησης ακτινιδών από μετεωρίτες είναι αρκετά μικρός (Wallner κ.ά., 2015) ώστε αυτό να αποτελεί έγκυρο δείκτη στην περίπτωση επαρκώς μεγάλης πυρηνικής ανταλλαγής. Παρομοίως, το ²⁴⁷Cm υπάρχει στα απόβλητα πυρηνικών καυσίμων και ως συνέπεια πυρηνικής έκρηξης.

Ανώμαλοι ισοτοπικοί λόγοι σε στοιχεία με μακρόβια ραδιενεργά ισότοπα αποτελούν επίσης πιθανές υπογραφές· για παράδειγμα, οι χαμηλότεροι του συνήθους λόγοι ²³⁵U και η παρουσία αναμενόμενων θυγατρικών προϊόντων σε κοιτάσματα ουρανίου στη λεκάνη Franceville στο Γκαμπόν έχουν αποδοθεί σε φυσικά απαντώμενη πυρηνική σχάση σε οξυγονωμένα, ένυδρα πετρώματα πριν από ∼2 Ga (Gauthier-Lafaye κ.ά., 1996).

6.7 Σύνοψη

Το στρώμα της Ανθρωποκαίνου στο ωκεάνιο ίζημα θα είναι απότομο και πολυμεταβλητό, αποτελούμενο από φαινομενικά ταυτόχρονες ειδικές κορυφώσεις σε πολλαπλούς γεωχημικούς δείκτες (proxies), βιοδείκτες, στοιχειακή σύσταση και ορυκτολογία. Θα οριοθετεί πιθανότατα μια σαφή μετάβαση των πανιδικών taxa πριν από το γεγονός σε σύγκριση με μετά. Οι περισσότεροι από τους επιμέρους δείκτες δεν θα είναι μοναδικοί στο πλαίσιο της ιστορίας της Γης, όπως δείχνουμε παρακάτω, αλλά ο συνδυασμός των ιχνηθετών μπορεί να είναι. Εικάζουμε, ωστόσο, ότι ορισμένοι συγκεκριμένοι ιχνηθέτες θα ήταν μοναδικοί, ειδικότερα τα σταθερά συνθετικά μόρια, τα πλαστικά και (δυνητικά) η πολύ μακρόβια ραδιενεργός ριπή (fallout) σε περίπτωση πυρηνικής καταστροφής. Απουσία αυτών των δεικτών, η μοναδικότητα του γεγονότος μπορεί να φανεί στο πλήθος σχετικά ανεξάρτητων αποτυπωμάτων, σε αντίθεση με ένα συνεκτικό σύνολο αλλαγών που σχετίζονται με μία και μόνη γεωφυσική αιτία.

7. Απότομα γεγονότα του Παλαιοζωικού, Μεσοζωικού και Καινοζωικού

Η παραπάνω σύνοψη του αποτυπώματος της Ανθρωποκαίνου υποδηλώνει ότι ομοιότητες μπορεί να βρεθούν σε (γεωλογικά) απότομα γεγονότα με πολυμεταβλητή υπογραφή. Στην ενότητα αυτή επισκοπούμε μια μερική επιλογή γνωστών γεγονότων του παλαιο-αρχείου που έχουν κάποιες ομοιότητες με την υποθετική τελική ανθρωπογενή υπογραφή.

Η σαφέστερη κατηγορία γεγονότων με τέτοιες ομοιότητες είναι τα υπερθερμικά γεγονότα (hyperthermals), κυρίως το Θερμικό Μέγιστο Παλαιοκαίνου–Ηωκαίνου (Paleocene–Eocene Thermal Maximum, PETM) (56 Ma) (McInerney και Wing, 2011), αλλά περιλαμβάνει επίσης μικρότερα υπερθερμικά γεγονότα, ωκεάνια ανοξικά γεγονότα στο Κρητιδικό και το Ιουρασικό και σημαντικά (αν και λιγότερο καλά χαρακτηρισμένα) γεγονότα του Παλαιοζωικού. Δεν εξετάζουμε γεγονότα (όπως το γεγονός εξαφάνισης K–T ή το όριο Ηωκαίνου–Ολιγοκαίνου) για τα οποία υπάρχουν πολύ σαφείς και διακριτές αιτίες (πρόσκρουση αστεροειδούς σε συνδυασμό με μαζικό ηφαιστεισμό (Vellekoop κ.ά., 2014) και έναρξη της παγετοποίησης της Ανταρκτικής (Zachos κ.ά., 2001) (πιθανόν συνδεδεμένη με το άνοιγμα του πορθμού Drake, Cristini κ.ά., 2012), αντίστοιχα). Μπορεί να υπάρχουν περισσότερα τέτοια γεγονότα στο αρχείο που δεν συμπεριλαμβάνονται εδώ απλώς επειδή δεν έχουν εξεταστεί λεπτομερώς, ιδίως στο προ-Καινοζωικό.

7.1 Το Θερμικό Μέγιστο Παλαιοκαίνου–Ηωκαίνου (PETM)

Η ύπαρξη μιας απότομης κορύφωσης στα ισότοπα άνθρακα και οξυγόνου κοντά στη μετάβαση Παλαιοκαίνου/Ηωκαίνου (56 Ma) σημειώθηκε για πρώτη φορά από τους Kennett και Stott (1991) και αποδείχθηκε ότι είναι παγκόσμια από τους Koch κ.ά. (1992). Έκτοτε, πιο λεπτομερείς αναλύσεις υψηλότερης ανάλυσης στην ξηρά και στον ωκεανό έχουν αποκαλύψει μια συναρπαστική ακολουθία γεγονότων που διήρκεσε 100–200 kyr και περιέλαβε μια ταχεία εισροή (σε ίσως <5 kyr, Kirtland Turner κ.ά., 2017) εξωγενούς άνθρακα στο σύστημα (βλ. ανασκόπηση των McInerney και Wing, 2011), πιθανώς σχετιζόμενη με την εισχώρηση της Πυριγενούς Επαρχίας της Βόρειας Αμερικής σε οργανικά ιζήματα (Storey κ.ά., 2007). Οι θερμοκρασίες αυξήθηκαν κατά 5–7°C (προκύπτουσες από πολλαπλούς δείκτες, Tripati και Elderfield, 2004), υπήρξε αρνητική κορύφωση στα ισότοπα άνθρακα (>3‰) και μειωμένη διατήρηση ανθρακικών στον ανώτερο ωκεανό. Υπήρξε αύξηση του καολινίτη (αργίλου) σε πολλά ιζήματα (Schmitz κ.ά., 2001), υποδεικνύοντας μεγαλύτερη διάβρωση, αν και οι ενδείξεις για παγκόσμια αύξηση είναι αμφίσημες. Κατά το PETM εξαφανίστηκε το 30–50% των taxa βενθικών τρηματοφόρων, και σηματοδότησε την εποχή μιας σημαντικής εξάπλωσης θηλαστικών (Aubry κ.ά., 1998) και σαυρών (Smith, 2009) σε όλη τη Βόρεια Αμερική. Επιπλέον, οι αφθονίες πολλών μετάλλων (συμπεριλαμβανομένων των V, Zn, Mo, Cr) παρουσίασαν κορύφωση κατά τη διάρκεια του γεγονότος (Soliman κ.ά., 2011).

7.2 Γεγονότα του Ηωκαίνου

Στα 6 εκατομμύρια χρόνια μετά το PETM, παρατηρείται στο αρχείο μια σειρά από μικρότερα, αν και ποιοτικά παρόμοια, υπερθερμικά γεγονότα (Slotnick κ.ά., 2012). Ιδίως το γεγονός Θερμικού Μεγίστου Ηωκαίνου 2 (Eocene Thermal Maximum 2, ETM-2) και τουλάχιστον τέσσερις άλλες κορυφώσεις χαρακτηρίζονται από σημαντικές αρνητικές εκτροπές (excursions) των ισοτόπων άνθρακα, θέρμανση και σχετικά υψηλούς ρυθμούς ιζηματογένεσης που οφείλονται σε αυξήσεις της χερσογενούς εισροής (D’Onofrio κ.ά., 2016). Οι αρκτικές συνθήκες κατά το ETM-2 δείχνουν ενδείξεις θέρμανσης, χαμηλότερης αλατότητας και μεγαλύτερης ανοξίας (Sluijs κ.ά., 2009). Συλλογικά, τα γεγονότα αυτά έχουν ονομαστεί «Ηωκαινικά Στρώματα Μυστηριώδους Προέλευσης» (Eocene Layers of Mysterious Origin, ELMOs)².

Περίπου στα 40 Ma συμβαίνει ένα ακόμη απότομο γεγονός θέρμανσης (το Κλιματικό Βέλτιστο του Μέσου Ηωκαίνου, mid-Eocene Climate Optimum, MECO), και πάλι με συνοδευτική ανωμαλία ισοτόπων άνθρακα (Galazzo κ.ά., 2014).

7.3 Ωκεάνια ανοξικά γεγονότα του Κρητιδικού και του Ιουρασικού

Τα ωκεάνια ανοξικά γεγονότα (ocean anoxic events, OAEs), τα οποία αναγνωρίστηκαν για πρώτη φορά από τους Schlanger και Jenkyns (1976), προσδιορίζονται από περιόδους πολύ αυξημένης απόθεσης οργανικού άνθρακα και κοιτασμάτων πλακώδους μαύρου σχιστόλιθου (black shales)· είναι εποχές κατά τις οποίες σημαντικά τμήματα του ωκεανού (είτε περιφερειακά είτε παγκοσμίως) εξαντλήθηκαν σε διαλυμένο οξυγόνο, μειώνοντας σε μεγάλο βαθμό την αερόβια βακτηριακή δραστηριότητα. Υπάρχουν μερικές (αν και όχι καθολικές) ενδείξεις, κατά τη διάρκεια των μεγαλύτερων OAEs, για ευξινία (euxinia· όταν η ωκεάνια στήλη γεμίζει με υδρόθειο (H₂S)) (Meyer και Kump, 2008).

Υπήρξαν τρία μείζονα OAEs στο Κρητιδικό: το γεγονός Weissert (132 Ma) (Erba κ.ά., 2004), το OAE-1a περίπου στα 120 Ma με διάρκεια περίπου 1 Myr και το OAE-2 περίπου στα 93 Ma με διάρκεια περίπου 0,8 Myr (Kerr, 1998; Li κ.ά., 2008; Malinverno κ.ά., 2010; Li κ.ά., 2017). Τουλάχιστον τέσσερα άλλα δευτερεύοντα επεισόδια παραγωγής οργανικού μαύρου σχιστόλιθου σημειώνονται στο Κρητιδικό (το γεγονός Faraoni, τα OAE-1b, 1d και το OAE-3), αλλά φαίνεται να περιορίζονται στην περιοχή του πρωτο-Ατλαντικού (Takashima κ.ά., 2006; Jenkyns, 2010). Τουλάχιστον ένα παρόμοιο γεγονός συνέβη στο Ιουρασικό (183 Ma) (Pearce κ.ά., 2008).

Η ακολουθία των συμβάντων κατά τη διάρκεια αυτών των γεγονότων έχει δύο διακριτά αποτυπώματα που πιθανώς σχετίζονται με τους δύο διαφορετικούς θεωρητικούς μηχανισμούς των γεγονότων. Για παράδειγμα, κατά το OAE-1b υπάρχουν ενδείξεις ισχυρής στρωμάτωσης και στάσιμου βαθέος ωκεανού, ενώ για το OAE-2 οι ενδείξεις υποδεικνύουν μείωση της στρωμάτωσης, αυξημένη παραγωγικότητα του ανώτερου ωκεανού και επέκταση των ζωνών ελάχιστου οξυγόνου (Takashima κ.ά., 2006).

Στην έναρξη των γεγονότων (Εικ. 1(γ)) υπάρχει συχνά σημαντική αρνητική εκτροπή στο δ¹³C (όπως στο PETM), ακολουθούμενη από θετική ανάκαμψη κατά τη διάρκεια των ίδιων των γεγονότων, καθώς η ταφή (ελαφρού) οργανικού άνθρακα αυξήθηκε και αντιστάθμισε την αρχική απελευθέρωση (Jenkyns, 2010; Kuhnt κ.ά., 2011; Mutterlose κ.ά., 2014; Naafs κ.ά., 2016). Τα αίτια έχουν συνδεθεί με τη δημιουργία φλοιού/την τεκτονική δραστηριότητα και την ενισχυμένη απελευθέρωση CO₂ (ή πιθανώς CH₄), προκαλώντας παγκόσμια θερμότητα (Jenkyns, 2010). Οι αυξημένες τιμές ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr και ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os στο θαλασσινό νερό υποδηλώνουν αυξημένη απορροή, μεγαλύτερη παροχή θρεπτικών συστατικών και, κατά συνέπεια, υψηλότερη παραγωγικότητα του ανώτερου ωκεανού (Jones, 2001). Πιθανά hiatus (στρωματογραφικά κενά) σε ορισμένες τομές του OAE-1a υποδηλώνουν γεγονός διάλυσης του ανώτερου ωκεανού (Bottini κ.ά., 2015).

Άλλες σημαντικές μετατοπίσεις γεωχημικών ιχνηθετών κατά τα OAEs περιλαμβάνουν πολύ χαμηλότερους λόγους ισοτόπων αζώτου (δ¹⁵N) και αυξήσεις στις συγκεντρώσεις μετάλλων (συμπεριλαμβανομένων των As, Bi, Cd, Co, Cr, Ni, V) (Jenkyns, 2010). Θετικές μετατοπίσεις στα ισότοπα θείου παρατηρούνται στα περισσότερα OAEs, με μια περίεργη εξαίρεση στο OAE-1a, όπου η μετατόπιση είναι αρνητική (Turchyn κ.ά., 2009).

7.4 Γεγονότα του πρώιμου Μεσοζωικού και του ύστερου Παλαιοζωικού

Ξεκινώντας από τη Δεβόνια περίοδο, έχουν καταγραφεί αρκετά μείζονα απότομα γεγονότα σε χερσαίες τομές. Οι ακολουθίες των αλλαγών και η πληρότητα των γεωχημικών αναλύσεων είναι λιγότερο γνωστές απ’ ό,τι για τα μεταγενέστερα γεγονότα, εν μέρει λόγω της έλλειψης υπάρχοντος ωκεάνιου ιζήματος, αλλά έχουν εντοπιστεί σε πολλαπλές θέσεις και θεωρείται ότι είναι παγκόσμιας έκτασης.

Η Ύστερη Δεβόνια εξαφάνιση, γύρω στα 380–360 Ma, ήταν μία από τις «πέντε μεγάλες» μαζικές εξαφανίσεις. Σχετίζεται με μαύρους σχιστόλιθους και ωκεάνια ανοξία (Algeo και Scheckler, 1998), εκτεινόμενη από τα γεγονότα Kellwasser (∼378 Ma) έως το γεγονός Hangenberg στο όριο Δεβονίου–Λιθανθρακοφόρου (359 Ma) (Brezinski κ.ά., 2009; Vleeschouwer κ.ά., 2013).

Στο ύστερο Λιθανθρακοφόρο (Carboniferous), περίπου στα 305 Ma, τα τροπικά δάση της Πανγαίας κατέρρευσαν (Sahney κ.ά., 2010). Αυτό συνδέθηκε με μετατόπιση προς ξηρότερο και ψυχρότερο κλίμα, και πιθανώς με μείωση του ατμοσφαιρικού οξυγόνου, οδηγώντας σε εξαφανίσεις ορισμένης μεγαπανίδας.

Τέλος, το γεγονός εξαφάνισης του τέλους του Περμίου (252 Ma) διήρκεσε περίπου 60 kyr και συνοδεύτηκε από αρχική μείωση των ισοτόπων άνθρακα (−5 έως −7‰), σημαντική παγκόσμια θέρμανση και εκτεταμένη αποδάσωση και δασικές πυρκαγιές (Krull και Retallack, 2000; Shen κ.ά., 2011; Burgess κ.ά., 2014), που συνδέθηκαν με εκτεταμένη ωκεάνια ανοξία και ευξινία (Wignall και Twitchett, 1996). Έχουν επίσης αναφερθεί κορυφώσεις νικελίου (Ni) πριν από το γεγονός (Rothman κ.ά., 2014).

8. Συζήτηση και ελέγξιμες υποθέσεις

Υπάρχουν αναμφισβήτητες ομοιότητες μεταξύ προηγούμενων απότομων γεγονότων στο γεωλογικό αρχείο και της πιθανής υπογραφής της Ανθρωποκαίνου στο γεωλογικό αρχείο που πρόκειται να έρθει. Αρνητικές, απότομες εκτροπές δ¹³C, θερμάνσεις και διαταραχές του κύκλου του αζώτου είναι πανταχού παρούσες. Πιο σύνθετες αλλαγές στη βιόσφαιρα (biota), την ιζηματογένεση και την ορυκτολογία είναι επίσης συχνές. Ειδικότερα, σε σύγκριση με την υποθετική υπογραφή της Ανθρωποκαίνου, σχεδόν όλες οι αλλαγές που έχουν βρεθεί μέχρι στιγμής για το PETM είναι του ίδιου πρόσημου και συγκρίσιμου μεγέθους. Ορισμένες ομοιότητες θα αναμένονταν εάν το κύριο αποτέλεσμα σε οποιοδήποτε γεγονός ήταν μια σημαντική παγκόσμια θέρμανση, ανεξαρτήτως αιτίας.

Επιπλέον, υπάρχουν ενδείξεις σε πολλά από αυτά τα γεγονότα ότι η θέρμανση προκλήθηκε από μαζική εισροή εξωγενούς (βιογενούς) άνθρακα, είτε ως CO₂ είτε ως CH₄. Τουλάχιστον από το Λιθανθρακοφόρο (300–350 Ma), υπήρχε επαρκής ορυκτός άνθρακας για να τροφοδοτήσει έναν βιομηχανικό πολιτισμό συγκρίσιμο με τον δικό μας, και οποιαδήποτε από αυτές τις πηγές θα μπορούσε να παράσχει την εισροή ελαφρού άνθρακα. Ωστόσο, σε πολλές περιπτώσεις η εισροή αυτή είναι σύγχρονη με σημαντικά επεισόδια τεκτονικής ή/και ηφαιστειακής δραστηριότητας· για παράδειγμα, η σύμπτωση γεγονότων δημιουργίας φλοιού με τις κλιματικές αλλαγές υποδηλώνει ότι η εισχώρηση βασαλτικών μαγμάτων σε πλούσιους σε οργανικό υλικό σχιστόλιθους ή/και σε πετρελαιοφόρους εβαπορίτες (Storey κ.ά., 2007; Svensen κ.ά., 2009; Kravchinsky, 2012) μπορεί να απελευθέρωσε μεγάλες ποσότητες CO₂ ή CH₄ στην ατμόσφαιρα. Οι επιπτώσεις στη θέρμανση ή/και την εισροή άνθρακα (όπως η αυξημένη απορροή, η διάβρωση κ.λπ.) φαίνεται να είναι ποιοτικά παρόμοιες οποτεδήποτε στη γεωλογική περίοδο και αν συμβούν. Οι αλλαγές αυτές δεν αποτελούν επομένως επαρκή απόδειξη για προγενέστερους βιομηχανικούς πολιτισμούς.

Οι τρέχουσες αλλαγές φαίνονται σημαντικά ταχύτερες από τα παλαιοκλιματικά γεγονότα (Εικ. 1), αλλά αυτό μπορεί εν μέρει να οφείλεται σε περιορισμούς της χρονολόγησης στο γεωλογικό αρχείο. Οι προσπάθειες χρονομέτρησης της διάρκειας προηγούμενων γεγονότων έχουν χρησιμοποιήσει σταθερές εκτιμήσεις ιζηματογένεσης, ή ιχνηθέτες σταθερής ροής (π.χ. ³He, McGee και Mukhopadhyay, 2012), ή τροχιακές χρονολογίες, ή υποτιθέμενη ετήσια ή εποχική στρωμάτωση σε ζώνες (banding) στο ίζημα (Wright και Schaller, 2013). Η ακρίβεια αυτών των μεθόδων υποφέρει όταν υπάρχουν μεγάλες αλλαγές στην ιζηματογένεση ή hiatus σε όλη τη διάρκεια αυτών των γεγονότων (κάτι συνηθισμένο), ή βασίζεται στην ατελή ταυτοποίηση κανονικοτήτων με συγκεκριμένα αστρονομικά χαρακτηριστικά (Pearson και Nicholas, 2014; Pearson και Thomas, 2015). Επιπλέον, η βιοτυρβασία θα εξομαλύνει συχνά ένα απότομο γεγονός ακόμη και σε ένα τέλεια διατηρημένο ιζηματογενές περιβάλλον. Έτσι, η ικανότητα ανίχνευσης έναρξης γεγονότος διάρκειας λίγων αιώνων (ή λιγότερο) στο αρχείο είναι αμφίβολη, και επομένως η άμεση απομόνωση ενός βιομηχανικού αιτίου με βάση μόνο τον φαινομενικό χρονισμό δεν είναι επίσης πειστική.

Οι συγκεκριμένοι δείκτες ανθρώπινης βιομηχανικής δραστηριότητας που συζητήθηκαν παραπάνω (πλαστικά, συνθετικοί ρύποι, αυξημένες συγκεντρώσεις μετάλλων κ.λπ.) είναι ωστόσο συνέπεια της συγκεκριμένης πορείας που ακολούθησαν η ανθρώπινη κοινωνία και τεχνολογία, και η γενικότητα αυτής της πορείας για άλλα βιομηχανικά είδη είναι εντελώς άγνωστη. Η αξιοποίηση ενέργειας μεγάλης κλίμακας είναι δυνητικά ένας πιο καθολικός δείκτης, και δεδομένης της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας των ορυκτών καυσίμων άνθρακα, θα μπορούσε κανείς να υποθέσει ότι ένα σήμα ελαφρού δ¹³C θα ήταν ένα κοινό σήμα. Είναι νοητό ότι οι ηλιακές, υδροηλεκτρικές ή γεωθερμικές πηγές ενέργειας θα μπορούσαν να είχαν αξιοποιηθεί κατά προτίμηση, και αυτό θα μείωνε σε μεγάλο βαθμό οποιοδήποτε γεωλογικό αποτύπωμα (όπως θα έκανε και για το δικό μας). Ωστόσο, οποιαδήποτε μεγάλη απελευθέρωση βιογενούς άνθρακα, είτε από δεξαμενές υδριτών μεθανίου είτε από ηφαιστειακές εισχωρήσεις σε πλούσια σε οργανικό υλικό ιζήματα, θα έχει παρόμοιο σήμα. Βρισκόμαστε επομένως σε μια κατάσταση όπου οι γνωστοί μοναδικοί δείκτες μπορεί να μην είναι ενδεικτικοί, ενώ οι (ίσως) πιο αναμενόμενοι δείκτες δεν είναι επαρκείς.

Έχουμε επίγνωση ότι η έγερση της πιθανότητας ενός προγενέστερου βιομηχανικού πολιτισμού ως αιτίου γεγονότων στο γεωλογικό αρχείο μπορεί να οδηγήσει σε μάλλον ανεξέλεγκτη εικασία. Θα μπορούσε κανείς να προσαρμόσει οποιεσδήποτε παρατηρήσεις σε έναν φανταστικό πολιτισμό με τρόπους ουσιαστικά μη διαψεύσιμους. Επομένως, πρέπει να δίνεται προσοχή ώστε να μη διατυπώνεται μια τέτοια αιτία έως ότου υπάρξουν πράγματι θετικές αποδείξεις. Η υπόθεση του Σιλουρίου δεν μπορεί να θεωρηθεί πιθανή απλώς και μόνο επειδή δεν προβάλλεται καμία άλλη έγκυρη ιδέα.

Θεωρούμε ωστόσο τις παραπάνω αναλύσεις αρκετά ενδιαφέρουσες ώστε να υποκινήσουν κάποια πρόσθετη έρευνα. Πρώτον, παρά την πληθώρα υπάρχουσας εργασίας για την πιθανή υπογραφή της Ανθρωποκαίνου, συνιστούμε περαιτέρω σύνθεση και μελέτη της διατήρησης αμιγώς βιομηχανικών υποπροϊόντων σε περιβάλλοντα ωκεάνιου ιζήματος. Υπάρχουν άλλες κατηγορίες ενώσεων που θα αφήσουν μοναδικά ίχνη στη γεωχημεία του ιζήματος σε χρονικές κλίμακες πολλών εκατομμυρίων ετών; Ειδικότερα, θα είναι ανιχνεύσιμα τα υποπροϊόντα των συνήθων πλαστικών ή των οργανικών συνθετικών ενώσεων μακριάς αλυσίδας;

Δεύτερον, και αυτό είναι πράγματι πιο εικασιακό, προτείνουμε να πραγματοποιηθεί βαθύτερη διερεύνηση στοιχειακών και συστασιακών ανωμαλιών σε υπάρχοντα ιζήματα που εκτείνονται σε προηγούμενα γεγονότα (αν και αναμένουμε ότι έχουν ληφθεί πολύ περισσότερες πληροφορίες για αυτές τις τομές από όσες αναφέρονται εδώ). Ιδιομορφίες σε αυτές τις τομές έχουν αναζητηθεί στο παρελθόν ως πιθανά σήματα γεγονότων πρόσκρουσης (με επιτυχία για το γεγονός του ορίου K–T, όχι όμως για κανένα από τα γεγονότα που αναφέρθηκαν), από στρώματα ιριδίου, κρουστικό χαλαζία (shocked quartz), μικρο-τεκτίτες, μαγνητίτες κ.λπ. Αλλά μια νέα αναζήτηση και νέες αναλύσεις με γνώμονα την υπόθεση του Σιλουρίου μπορεί να αποκαλύψουν περισσότερα. Η ανώμαλη συμπεριφορά στο παρελθόν μπορεί να είναι σαφέστερα ανιχνεύσιμη σε δείκτες κανονικοποιημένους ως προς ροές αποσάθρωσης ή άλλους δείκτες σταθερής ροής, ώστε να αναδειχθούν χρονικές περίοδοι κατά τις οποίες η παραγωγικότητα ή η παραγωγή μετάλλων μπορεί να ενισχύθηκε τεχνητά. Τρίτον, εάν βρεθούν οποιεσδήποτε ανεξήγητες ανωμαλίες, το ερώτημα του αν υπάρχουν υποψήφια είδη στο απολιθωματικό αρχείο μπορεί να καταστεί πιο σχετικό, όπως και ερωτήματα σχετικά με την τελική τους τύχη.

Μια ενδιαφέρουσα υπόθεση προκύπτει εάν οποιαδήποτε από τις αρχικές απελευθερώσεις ελαφρού άνθρακα που περιγράφηκαν παραπάνω σχετίζονταν πράγματι με έναν προγενέστερο βιομηχανικό πολιτισμό. Όπως συζητήθηκε στην ενότητα «Ωκεάνια ανοξικά γεγονότα του Κρητιδικού και του Ιουρασικού», οι απελευθερώσεις αυτές συχνά πυροδοτούσαν επεισόδια ωκεάνιας ανοξίας (μέσω αυξημένης παροχής θρεπτικών συστατικών), προκαλώντας μαζική ταφή οργανικής ύλης, η οποία τελικά κατέληγε σε στρώματα πηγής για περαιτέρω ορυκτά καύσιμα. Έτσι, η προγενέστερη βιομηχανική δραστηριότητα θα είχε στην πραγματικότητα δημιουργήσει τη δυνατότητα για μελλοντική βιομηχανία μέσω της δικής της εξαφάνισης. Η μεγάλης κλίμακας ανοξία, στην ουσία, μπορεί να παρέχει έναν αυτοπεριοριζόμενο αλλά αυτοσυντηρούμενο μηχανισμό ανάδρασης (feedback) της βιομηχανίας πάνω στον πλανήτη. Εναλλακτικά, μπορεί απλώς να αποτελεί μέρος μιας μακροπρόθεσμης επεισοδιακής φυσικής ανάδρασης του κύκλου του άνθρακα σε τεκτονικά ενεργούς πλανήτες.

Ίσως ασυνήθιστα, οι συγγραφείς της παρούσας εργασίας δεν είναι πεπεισμένοι για την ορθότητα της υπόθεσης που προτείνουν. Εάν ίσχυε, θα είχε βαθιές επιπτώσεις, και όχι μόνο για την αστροβιολογία. Ωστόσο, οι περισσότεροι αναγνώστες δεν χρειάζεται να τους υπενθυμίσει κανείς ότι είναι πάντοτε κακή ιδέα να αποφασίζει κανείς για την αλήθεια ή το ψεύδος μιας ιδέας με βάση τις συνέπειες που θα είχε αν ήταν αληθής. Ενώ αμφιβάλλουμε έντονα ότι υπήρξε οποιοσδήποτε προγενέστερος βιομηχανικός πολιτισμός πριν από τον δικό μας, η διατύπωση του ερωτήματος με τυπικό τρόπο, που αρθρώνει ρητά το πώς θα έμοιαζαν οι ενδείξεις για έναν τέτοιο πολιτισμό, εγείρει από μόνη της χρήσιμα ερωτήματα που σχετίζονται τόσο με την αστροβιολογία όσο και με τις μελέτες της Ανθρωποκαίνου. Ελπίζουμε, επομένως, ότι η παρούσα εργασία θα αποτελέσει κίνητρο για τη βελτίωση των περιορισμών στην υπόθεση, ώστε στο μέλλον να είμαστε σε καλύτερη θέση να απαντήσουμε στο ερώτημα του τίτλου μας.

Ευχαριστίες

Δεν παρασχέθηκε ούτε αναζητήθηκε χρηματοδότηση για την παρούσα μελέτη. Ευχαριστούμε τη Susan Kidwell για τον ευγενικό χρόνο της και τις χρήσιμες συζητήσεις, τους David Naafs και Stuart Robinson για τη βοήθεια και τις υποδείξεις σχετικά με δεδομένα του OAE-1a και τον Chris Reinhard για την προσεκτική του κριτική. Τα δεδομένα GISTEMP στην Εικ. 1(α) προήλθαν από https://data.giss.nasa.gov/gistemp (πρόσβαση στις 15 Ιουλίου 2017).

Βιβλιογραφία

Οι βιβλιογραφικές εγγραφές παρατίθενται όπως στο πρωτότυπο άρθρο. Πατήστε σε μια παραπομπή στο κείμενο για να δείτε την εγγραφή σε παράθυρο.