Projekti / Programi
Kopenski karbonati: mineralni produkti geobioloških procesov v kritični coni
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.06.00 |
Naravoslovje |
Geologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P005 |
Naravoslovno-matematične vede |
Geologija, fizična geografija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.05 |
Naravoslovne vede |
Zemlja in okolje |
Kopenski karbonati, kritična cona, geobiologija, sedimentologija, vlaknati mikrokristalni kalcit, kalkrete, speleotemi, metagenomika
Raziskovalci (8)
Organizacije (2)
Povzetek
Predlagani projekt obravnava obsežno skupino kopenskih karbonatnih sedimentov, ki nastajajo v tleh in jamah z različnimi fizikalnimi, kemijskimi, biološkimi in geološkimi procesi, ki delujejo na presečišču litosfere, atmosfere, hidrosfere in biosfere. Ta okolja ustrezajo nenasičnemu (vadoznemu) podzemnemu delu kritične cone - sistema, ki je definiran od vrha kopenske vegetacije do spodnjih meja podzemne vode.
Raziskave bodo osredotočene na vlaknati mikrokristalni kalcit (FMC), ki je ena najizrazitejših in najbolj razširjenih oblik sekundarnega kalcijevega karbonata v vadoznih kopenskih okoljih (jamah, tleh, površinskih sedimentih). Za FMC so značilne neravnovesne kristalne oblike kalcita z nizko vsebnostjo Mg. Izvor FMC običajno pripisujejo izključno fizikalno-kemijskim procesom ali pa mikrobiološki biomineralizaciji. Biogene hipoteze v veliki meri temeljijo na sočasnem pojavljanju vlaknatega kalcita in mikrobnih oblik ter podobnosti oblik in dimenzij kalcitnih vlaken s hifami gliv in filamentoznih bakterij.
Namen projekta je preučiti mehanizme izločanja FMC z in situ in laboratorijskimi preiskavami speleotemov iz jamskega mleka, ki se aktivno izloča v kraških jam v Sloveniji, ter s komparativno analizo analognih terestričnih karbonatov iz drugačnega okolja, tj. iz sredozemskih apnenčastih tal in kalkret. Cilj raziskave je testirati hipotezo, da se FMC izloča z neklasičnimi mehanizmi kristalizacije. Glavni cilji projekta so: 1) opraviti komparativno mikromorfološko analizo FMC iz kar največjega razpona različnih okolij, 2) izolirati in analizirati organsko snov (EPS - zunajcelične polimerne substance) iz intersticijskih raztopin v akumulacijah FMC, 3) analizirati izotopsko sestavo C in O v vzorcih FMC iz različnih okolij, 4) opraviti mikrobiološke (tudi metagenomske) analize vzorcev talnih karbonatov in speleotemov ter 5) testirati morebitne možnosti in vitro kristalizacije FMC v prisotnosti polimerov, ugotovljenih v naravnih vzorcih.
Predvideni lokalitete raziskav v slovenskih jamah smo izbrali zato, ker vključujejo vsa mikrookolja, v katerih se izloča FMC. Vse jame so blizu laboratorijev in so lahko dostopne skozi celo leto, zato bomo v njih lahko izvajali redno vzorčenje vod in mineralnih izločkov ter izvajali monitoting mikroklime. Primerjalno gradivo bodo podobni talni karbonati iz sredozemskih regij, znanih po obsežnih nakopičenjih FMC v ekstenzivnih koreninskih sistemih.
Raziskave bodo prispevale k razumevanju osnovnih principov odlaganja kalcijevega karbonata v kopenskih okoljih. Raziskave so lahko primarno uvrstimo na področje sedimentologije, vendar pa bodo izrazito interdisciplinarne, saj segajo na znanstvena področja geomikrobiologije, krasoslovja, znanosti o tleh in kristalografije.
Pomen za razvoj znanosti
Predlagane raziskave bodo prispevale k razumevanju temeljnih procesov izločanja kalcijevega karbonata v kopenskih okoljih blizu zemeljskega površja. Osnovni pripevek raziskav bo na področju sedimentologije, projekt pa posega tudi na področja geomikrobiologije, speleologije in krasoslovja, pedologije in kristalografije.
Pristop v predlaganem projektu je specifičen in posega na pretežno neraziskano področje raziskav izločanja karbonatnih mineralov s procesi, ki niso ne čisto anorganski niti biološko inducirani. Eden od ciljev projekta je okrepiti zavedanje o pomenu neklasičnih mehanizmov kristalizacije v naravnih, geoloških okoljih.
Metodološko bo projekt uporabil integriran geobiološki pristop k raziskavam speleotemov iz jamskega mleka in biološko pogojenih kopičenj kalcijevega karbonata v recentnih tleh. Del projekta bo namenjen razvoju modificiranih kriogenih tehnik, ki jih bomo uporabili za posebej problematične geobiološke materiale, kakršno je kalcitno jamsko mleko, ki je večinoma sestavljeno iz vode in le v manjši meri iz anorganskimi trdnih delcev, vgrajenih v organske matrice.
Cilj geobioloških raziskav kalkret je prispevati k širšemu razumevanju nastanka karbonatov v sredozemskih okoljih s specifičnim podnebnim režimom (in paleopodnebjem) in vegetacijo.
Rezultati projekta lahko z razumevanjem mehanizmov kristalizacije mikrokristalnega vlaknastega kalcita pomembno prispeva k postopkom, ki so uporabni za ublažitev podnebnih sprememb s fiksacijo atmosferskega CO2 v karbonatih v tleh. Nedavne študije so namreč pokazale ogromen potencial za sekvestracijo CO2 z umetno stimulacijo izločanja karbonatov Ca v tleh.
Rezultati projekta bodo osnova za evalvacijo geoloških naravnih vrednot v smislu njihovega ohranjanja, varovanja in pomena za izobraževanje. Poudarek projekta bo na evidentiranju in ohranjanju jamskih sedimentov posebnega pomena za znanost. Vse jame imajo status naravne dediščine. Dejavnosti na tem področju bomo koordinirali skupaj z Zavodom za varstvo narave Republike Slovenije in Agencijo RS za okolje in jih usklajevali s pobudami in konceptualnimi forumi kot so European Association for the Conservation of the Geological Heritage. Pri zavodu za varstvo narave RS smo že pridobili dovoljenje za izvedbo raziskav v jamah.
Cilj projekta je tudi predstavitev koncepta kritične cone v geološki skupnosti in v družbi nasploh.
Pomen za razvoj Slovenije
The proposed research will contribute to the understanding of fundamental principles of calcium carbonate deposition in near-surface terrestrial settings, an inherent subject of sedimentology. The addressed problems are on the interface of several scientific fields from geomicrobiology, cave & karst studies, soil science, and crystallography: expected results will thus bear significance in all these disciplines.
The approach of the proposed project is specific in entering a largely unexplored gap between pure biogenic and inorganic models of precipitation of fibrous microcrystalline carbonates. One of the aims of the project is to strengthen the perception of non-classical crystallisation mechanisms in natural, geological settings.
Methodologically, the project will introduce an integrated geobiological approach to the study of moonmilk speleothems and biologically-induced accumulations of calcium carbonate in modern soils. Part of the project will be dedicated to development of modified cryogenic techniques applied to particularly problematic geobiological materials, such as calcite moonmilk, which are predominantly composed of water and with only minor inorganic, hard matter, embedded in organic matrices.
Geobiological research of calcretes is aimed to contribute a broader understanding of carbonate formation in soils, influenced by a specific climate (palaeoclimate) and vegetation in the Mediterranean region.
The proposed research can have a significant impact in its results of crystallisation mechanisms of microcrystalline fibrous calcite that can be potentially applied to climate change mitigation through removal of atmospheric CO2 in soil carbonates. Namely, recent studies have shown an immense potential of CO2 sequestration by enhanced precipitation of Ca carbonates in artificial soils.
The results will also provide a basis for the evaluation of geological sites in the studied caves in terms of their conservation, protection and educational value. These will be focused on identification and conservation of cave sediments of specific scientific importance.
The study sites in karst caves are formally protected, therefore our research activities will be coordinated with the Nature Protection Institute and the national Environmental Agency and will follow initiatives and concepts of forums such as the European Association for the Conservation of the Geological Heritage. The proposed research plan has already been approved by the Nature Protection Institute of the Republic of Slovenia.
Finally, the project is aimed at introducing the concept of the Critical Zone to geological community and society in general.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
