Zgodovina Zemlje, ki jo pripoveduje slovenska jama

Račiška pečina je tristo metrov dolga vodoravna kraška jama blizu Podgrada v jugozahodni Sloveniji, tik ob meji s Hrvaško. V plasteh sige in gline je zapisana zgodovina našega planeta – kdaj so se zgodili obrati magnetnega pola, kako sta se spreminjala površje in podnebje, v plasteh so se ohranili ostanki že izumrlih živali ... Zaradi njenega velikega pomena za stratigrafsko-sedimentno dediščino jo je Mednarodna zveza za geološke znanosti (IUGS) uvrstila na seznam Drugih 100 krajev geološke dediščine.

Že leta jo proučuje dr. Nadja Zupan Hajna z Inštituta za raziskovanje krasa ZRC SAZU v sodelovanju s sodelavci ter raziskovalci z geoloških inštitutov češke in poljske akademije znanosti. »Prav posebno vlogo pa je pri raziskavah Račiške pečine imel nedavno preminuli sodelavec dr. Andrej Mihevc, ki me je tudi navdušil nad jamo in njenimi sedimenti,« pravi.

»Ogromno zanimivih ugotovitev izhaja iz naših raziskav, tako so me tuji kolegi spodbujali, naj jo prijavim na razpis za drugih sto najpomembnejših geoloških lokacij po svetu. Ponosna sem, da nam je uspelo, ne le, ker je jama izjemna, ampak ker je to tudi priznanje speleologom in krasoslovcem, pogosto so geologi naše delo kar nekoliko spregledali,« pojasnjuje raziskovalka, ki je od leta 2022 tudi predsednica Mednarodne speleološke zveze (UIS).

Nadja Zupan Hajna se ukvarja predvsem z raziskovanjem in datacijami jamskih sedimentov, geomorfologijo in geologijo krasa ter interpretacijo in promocijo krasa in znanosti o njem. FOTO: Leon Vidic  

Obrati polarnosti

Račiško pečino je pred sto leti kot skladišče začela uporabljati italijanska vojska. Izravnali so dno, postavili prezračevalni sistem, položili tračnice za prevoz vozičkov, eno izmed sigovih kop so delno odstranili in s tem odprli dobrih deset metrov dolg in tri metre visok profil, ki je zadnji dve desetletji naš objekt preučevanja, pravi dr. Zupan Hajna. »Gre za zelo kompleksno sigovo kopo, ki je rasla različno hitro na različnih delih, siga (kemična usedlina, ki se izloči iz prenasičene vodne raztopine in je največkrat kalcitne sestave; op. a.) se namreč ne odlaga enakomerno, kot se denimo odlagajo usedline v morjih ali jezerih. Najstarejša datirana plast v profilu je stara 3,4 milijona let, kapniki nad profilom pa še vedno rastejo. V nekaterih obdobjih se siga zelo hitro izloča, recimo pred približno 1,9 do 1,7 milijona leti je zrasla kar tretjina vse sige v preučevanem profilu. Takrat je bilo očitno veliko padavin, tako je bilo v vodi veliko raztopljenega apnenca, medtem ko je v zadnjih 700.000 letih zraslo bore malo sige. Del vrhnje plasti je denimo star 20.000 let, drugi del 11.000 in tretji 3000 let. V in na kopi so večkrat zrasli kapniki, tiste, ki so v spodnjem in srednjem delu profila, so mlajše sigove plasti tudi prekrile. Lepo je razvidno, kako se je siga na določenem delu prenehala odlagati, ker je voda začela pritekati iz druge smeri,« razlaga.

Med plastmi sige, ko je bila njena rast zaradi različnih vzrokov manj intenzivna oziroma se je ustavila, pa so tudi plasti gline, ki jo je prinašalo skozi razpoke, medtem ko so bile pod sigovo kopo odložene naplavine, ki jih je nanesla podzemna reka.

Pri določanju starosti plasti so uporabili različne datacijske metode. »Že leta 2002 smo začeli paleomagnetne analize. Paleomagnetizem je zapis Zemljinega magnetnega polja iz geološke preteklosti, ohranjen v kamninah in sedimentih. Magnetno polje Zemlje (magnetni sever/jug) je v geološki zgodovini velikokrat menjalo polarnost, to je obdobja normalne (današnje) in reverzne polarnosti. Zadnji velik obrat je bil pred okoli 780.000 leti, to je Matujama-Brunhesov obrat, ki smo ga v našem profilu določili zelo natančno. Pred tem je bil velik obrat med drugim pred 2,5 milijona leti, med pliocenom in pleistocenom, vmes pa je bilo še več krajših obratov. Ko se sever in jug samo poskusita zamenjati (zanihata) v obdobju nekaj tisoč let, pojavu rečemo paleomagnetna ekskurzija. V času obratov in nihanj ima Zemlja šibkejše magnetno polje in je slabše zaščitena pred sevanjem iz vesolja. Takrat se praviloma zgodijo tudi večje podnebne spremembe,« pripoveduje speleologinja.

Različno stare plasti. FOTO: Nadja Zupan Hajna    

Tako ostre in natančne meje Matujama-Brunhesovega obrata, kot je v Račiški pečini, v jamah ne najdejo pogosto. »Najbolj podrobne zapise o obratu med reverzno in normalno polarnostjo najdemo v morskih ali jezerskih sedimentih. V našem sicer 20 centimetrov dolgem vzorcu RP 66 smo prehodno cono obrata zaznali v šestih milimetrih. Paleomagnetne rezultate smo dopolnili z analizami stabilnih izotopov kisika in ogljika ter uran-torijevo datacijo. Iz pridobljenih rezultatov smo zmodelirali, da se je obrat zgodil pred 777.700 leti (MIS19c). Naše ugotovitve smo primerjali z italijanskimi in japonskimi morskimi sedimenti. Ne le, da so se takrat spremenili okoljski parametri, to je razmerja vrednosti stabilnih izotopov kisika in ogljika, spremenjena je bila tudi vsebnost slednih elementov (silicija, aluminija, železa, stroncija, fosforja in magnezija) in zaznali smo spremembe v mikrostrukturi kalcitnih kristalov. Vse to kaže, da so se v tem času zgodile večje spremembe v temperaturi in vlažnosti.«

Voluharice, jamski medved, polžki in prisotnost človeka

»S kolegi iz Poljske smo z analizo stabilnih izotopov ogljika denimo ugotovili tudi, kako se je spreminjalo podnebje v času 3,4 milijona let in kdaj se je jama odprla na površje. To se je zgodilo pred približno pol milijona leti, kažejo izotopi kisika. Takrat so začele vanjo zahajati večje živali, jamski medved na primer, mali sesalci seveda v jame lahko prihajajo tudi skozi manjše razpoke,« pojasnjuje dr. Zupan Hajna.

»Jama se je začela oblikovati že zelo zelo daleč v preteklosti, in sicer še preden se je naša sigova kopa pred 3,4 milijona leti sploh začela odlagati. Skozi jamo je tekla podzemna reka, ki je ponikala na stiku med flišem in apnencem, podobno, kot so ponikale oziroma ponikajo potoki v celotnem Podgrajskem (Matarskem) podolju, kjer vode iz Brkinov ponikajo v kras skozi ponore, tvorijo slepe doline in v podzemlje tečejo skozi jame in s sabo prinašajo naplavine. Trenutno je Račiška pečina na 600 metrih nadmorske višine, sedanji ponori pa ležijo na okrog 480 metrih nadmorske višine. Pred več kot tremi milijoni let je takratna ponikalnica tekla skozi to jamo, o čemer pričajo fasete in kupole ter naplavine, ki izvirajo iz flišnih kamnin. Zaradi tektonskega dvigovanja pa pečina ni bila več del aktivnega ponornega sistema. Ekvivalent tem nekdanjim razmeram so zdaj slepa dolina Račiška dana, ponikalnica in jama Račiške ponikve, katerih vhod je dobrih 100 metrov nižje.« Rezultati razmerij kisikovih izotopov tudi kažejo, da je bilo pred prehodom med pliocenom in pleistocenom (to je pred 2,6 do 2,5 milijona leti) območje jame večinoma pod vplivom mediteranske zračne mase, kasneje pa pridobljeni rezultati nakazujejo na večji vpliv atlantskih mas, še pojasnjuje.

Ostanki živali FOTO: Nadja Zupan Hajna  

V plasteh gline so odkrili ostanke malih sesalcev. V spodnjem delu sigove kope so našli ostanke voluharic, in sicer so ostanki izumrle gozdne voluharice Pliomys stari približno dva milijona let. Pod plastjo sige, stare 72.000 let, so našli ostanke (vsaj) dveh jamskih medvedov. »Eden je bil majhen, star približno eno leto, drugi večji. Plast s kostmi je bila nato prekrita z novimi plastmi sige, tako so bili ostanki popolnoma konzervirani. Zadnji jamski medvedi so pri nas živeli pred okoli 18.000 leti, nato so izumrli.« Prav tako so našli ostanke jamskih polžkov. »Odtis polžka je bil v plasti, stari dva milijona let. Menimo, da je to morda celo najstarejši najdeni fosil jamskega polžka,« poudarja Nadja Zupan Hajna.

V zgornjem delu kope je tudi več temno obarvanih plasti, plasti saj, »ki kažejo na prisotnost človeka v jami, so pa različno stare, 3000, 9000 in 11.000 let. Verjetno so jamo naši predniki uporabljali kot zatočišče, v njej so se ustavljali in kurili ogenj, kar med drugim nakazujejo ostanki prazgodovinske keramike.«

Najstarejša datirana plast je v sigovi kopi stara 3,4 milijona let, kapniki nad profilom pa še vedno rastejo. FOTO: Nadja Zupan Hajna  

Jama nad Tržaškim zalivom in ognjenik Smrekovec

Dr. Nadja Zupan Hajna raziskuje jame doma in po svetu, predvsem se posveča jamskim naplavinam. Precej nenavadno glino je preučevala v Grofovi jami nad Tržaškim zalivom. »Tudi to je zelo degradirana jama, saj so jo vojaki uporabljali med prvo svetovno vojno. V njej smo našli rumene in bele gline, kakršnih nismo našli v nobeni drugi jami.«

»Na Krasu so jame napolnjene z ostanki fliša, ki jih tja prinašajo ponikalnice. Grofova jama je na vrhu hriba Grmada, nad izvirom Timave, glina v njej je pa popolnoma drugačne sestave (montmorilonitna glina). Izkazalo se je, da se po geokemični sestavi lahko najbolj primerja z vulkanskimi kamninami Smrekovca, kjer je pri nas pred 23 milijoni let deloval aktiven vulkan. Tudi datacije gline iz jame so nam dale starost nad 20 milijonov let. Kaže, da je bila zračna cirkulacija takrat drugačna, da je tako lahko večje količine vulkanskega pepela odneslo tudi proti zahodu, kjer se je odložil na kraško površje, morda območje kraškega polja ali nastajajočega ravnika v bližini nihajoče gladine kraške podzemne vode. Očitno je bilo dovolj vlažno in toplo – takšne morajo biti namreč razmere, da je pepel v času preperevanja prešel v montmorilonit (nabrekljiva silikatna glina),« razlaga raziskovalka. Nekaj milijonov let kasneje je bila glina s površja presedimentirana v jamo. »Pred približno 12 milijoni let se je ob tektonskih premikih območje nekoliko dvignilo in povzročilo erozijo gline s površja v takratni kras, to je v že obstoječo jamo, zapolnila je tudi vse razpoke. Pred približno osmimi milijoni let pa jo je v jami prekrila rdeča glina, ki izvira iz fliša.«

Navdušena nad blatom

Raziskovalci jam se blatu težko izognejo, marsikateri ga ne mara, a to ne drži za Nadjo Zupan Hajna. Že na začetku kariere je postal njen »najljubši objekt raziskovanja«.

»Ko sem se pred več kot 30 leti zaposlila na inštitutu in začela preiskovati jamske sedimente, je veljalo, da so ti zelo mladi, da so se v jame odlagali po zadnji ledeni dobi. Takrat so te raziskave vodili predvsem raziskovalci v Angliji, Kanadi, Novi Zelandiji, kjer je bil starejši kras erodiran zaradi obsežnih poledenitev v pleistocenu. Pri nas pa tega obširnega ledeniškega pokrova ni bilo in 'stare' jame so preživele milijone let, kar smo dokazali s sedimenti v njih, ki so precej starejši, kot smo mislili. Ravno s paleomagnetnimi analizami smo pokazali, da so nekatere usedline veliko starejše, saj so že prve analize pred 25 leti pokazale, da so lahko stare tudi pet milijonov let. Kar je bilo takrat veliko presenečenje za vse krasoslovce pri nas,« se spominja raziskovalka, ki zdaj dodaja nove in nove ugotovitve v zakladnico znanja o krasu.

Z rezultati različnih raziskovalnih in datacijskih metod, s katerimi so preiskali in datirali že okoli 50 jam v Sloveniji, je izšlo poleg naštetih še veliko zanimivih ugotovitev. »Z rezultati paleomagnetnih analiz si med drugim lahko pomagamo pri ugotavljanju tektonskih premikov. Na primer Jadranska mikroplošča se zdaj vrti v nasprotni smeri urnega kazalca, pred šestimi oziroma sedmimi milijoni let pa se je vrtela v obratni smeri. Posledično se spreminja tektonsko dogajanje v Sloveniji – prej se je prostor raztezal, zdaj se krči. Ta sprememba je zapisana tudi v jamskih sedimentih. Vendar je dobro, da poleg paleomagnetnih analiz uporabljamo še druge metode, predvsem za natančnejše določevanje časa posameznih dogodkov, pa da morda najdemo kakšne vodilne fosile. Včasih ne najdemo nič oprijemljivega in kljub različnim analizam ne vemo, kdaj so se sedimenti v jami odlagali. Poleg znanja moramo imeti še nekaj sreče.«

Opozarjanje na pomen krasa

Trenutno se po njenih besedah na krasu opravlja veliko podnebnih (preučevanje kapnikov, ki so nosilci zapiskov o paleopodnebnih spremembah) in hidroloških raziskav v luči zagotavljanja pitne vode predvsem v času podnebnih sprememb. »Speleologija je v osnovi zelo bazična veda, a vendar je to temelj za nadaljnje aplikativne raziskave, različne monitoringe in posege na krasu, na kar odločevalci pogosto pozabljajo. Če ne poznamo osnovnih procesov, ki se dogajajo v podzemlju, je težko sprejemati dobre odločitve,« poudarja.

»Na Zemlji je približno 25 odstotkov površja kraškega. Skupno območje, kjer so jame, je še večje, saj te ne nastajajo le v apnencu, ampak tudi v bazaltih, to so tako imenovane lavne cevi, in v kremenovih peščenjakih, pa v ledenikih, ob obalah, kjer jih oblikujejo valovi. To so zelo pomembna okolja. Vse te jame so arhivi o preteklem dogajanju na Zemlji, podnebnih spremembah, izumiranju vrst, razvoju človeka. Na teh območjih so zaloge pitne vode in posebni ekosistemi ter izjemno občutljiva podzemna favna. Pri nas smo na kras ponosni, imamo čudovite jame, narejenih ogromno raznovrstnih raziskav in urejeno zakonodajo. V marsikateri državi pa se pomena krasa ne zavedajo in ga uničujejo, kar vodi v težave z vodo, uničenje podzemnega habitata in degradacijo kraških pokrajin. Še pri nas, kjer imamo dolgoletno tradicijo varovanja krasa in zakonske ureditve, imamo velikokrat težave,« opozarja.

Vhod v Račišo pečino. FOTO: Nadja Zupan Hajna  

Za podzemlje je med človeškimi vplivi najbolj škodljivo onesnaževanje s kemikalijami, neprečiščenimi odpadnimi vodami, gnojili. Tudi v jamah so seveda opazne posledice ekstremnih dogodkov, kot so poplave, kar bi si želeli natančneje preučiti, pravi dr. Zupan Hajna. »Med poplavami se v jamah lahko odloži večja količina naplavin. To se stalno dogaja in se izraža predvsem v menjavi plasti poplavnih sedimentov in rasti sige. Želimo si opraviti raziskavo o podobnostih med paleopoplavami in sedanjimi poplavami v krasu. V toplih obdobjih se v jamah izraziteje odlaga siga, vendar je tudi več poplav, kot bi pričakovali. In če skozi jamo dere voda, se odlaganje sige ustavi.«

V vlogi predsednice Mednarodne speleološke zveze si želi predvsem opozoriti svetovno javnost na pomen krasa in vseh njegovih značilnosti. Tako si prizadeva, da bi razglasili svetovni dan jam in krasa. »Našo pobudo bomo naslovili na Unesco, podporo imamo z vsega sveta, od različnih mednarodnih organizacij, nacionalnih inštitutov, strokovnih organizacij in fakultet,« pravi in nadaljuje, da za svetovni dan predlagajo datum 13. september.

Luna in Mars

Jame so tudi na drugih nebesnih telesih. Dr. Nadja Zupan Hajna je članica ekspertne skupine za preučevanje planetarnih jam pri Evropski vesoljski agenciji (ESA). »Trenutno se bolj kot z jamami na Marsu, katerih vhode sem s sodelavci v preteklosti preučevala iz različnih javno dostopnih podatkov, ukvarjamo z jamami na Luni. Gre pa predvsem za cevne jame v bazaltih, ki so nastale ob vulkanski dejavnosti, to je po odtoku tekoče lave iz že strjene lave. Zdaj preučujemo, kje bi v prihodnosti lahko spustili robote v notranjost takih jam,« pojasnjuje in dodaja, da med drugim pripravljajo belo knjigo, kako ravnati s takimi jamami, še posebej, ko se bodo vanje spuščali astronavti, da ne uničijo morebitnega življenja in drugih pomembnih informacij. Vesoljske agencije ravno v takšnih jamah – tako kot so se naši predniki zatekali v jame – vidijo ustrezno okolje, kjer bi postavili bivalno in raziskovalno infrastrukturo.