In de Yonderup-grot, 12 mijl ten noorden van Perth, Australië, reist Pauline Treble door de tijd. In plaats van de natuurwetten te buigen, onderzoekt de onderzoeker gegevens over het verleden van de aarde opgesloten in stalagmieten en stalactieten - de laatste vanaf het plafond en de eerste vanaf de grond - samen speleothems genoemd.
gerelateerde inhoud
- Buitenwereldse foto's van binnenuit Een van 's werelds grootste riviergrotten
- Chinese grotgraffiti registreert eeuwen van droogte
Deze iconische delen van grotten vormen zich wanneer water in de ondergrondse muil druppelt en mineralen met zich meedraagt. De vloeistof laat de mineralen achter, net zoals water uit je douche afzettingen op de tegel achterlaat, en een deel van het water blijft gevangen tussen minerale kristallen. Door de eeuwen heen wordt deze mooie plaque een tijdcapsule: elke minerale laag bevat chemische aanwijzingen of proxy's om te vertellen wat er boven de grond gebeurde tijdens een bepaald tijdperk. Hoe dichter bij het midden van de speleothem je kijkt, hoe verder terug in de tijd je ziet.
Wetenschappers zoals Treble van de Australian Nuclear Science and Technology Organisation leren hoe ze de composities van deze grotten kunnen gebruiken om oude eb en vloed in klimaat- en weerpatronen te traceren. De hoop is om niet alleen het verleden te begrijpen, maar ook om een glimp van onze toekomst te krijgen.
Nu hebben Treble en haar collega's ontdekt dat grotformaties ook records van oude bosbranden vastleggen - en dat vormt een probleem. Het signaal voor brand lijkt veel op een belangrijke proxy voor veranderingen in klimaatomstandigheden, wat betekent dat wetenschappers lokale verstoringen zoals branden kunnen verwarren met meer globale effecten.
"Het moet echt onder de aandacht van mensen worden gebracht", zegt Treble. "Anders is er voldoende potentieel voor mensen om die proxy's verkeerd te interpreteren."
Treble ging niet op zoek naar oude vuren. Ze reisde naar Yonderup in de hoop de neerslaginformatie van de grot te extraheren en aan het paleoklimaatrecord toe te voegen. "Er had een duidelijk signaal moeten zijn", zegt Treble, een signaal zoals andere wetenschappelijke spelunkers in andere grotten hadden gezien. Maar, mysterieus, was er niet.
Het probleem was dat die andere grotten zich in gematigde delen van het noordelijk halfrond bevonden. In West-Australië leunde het klimaat droger, meer mediterraan. Met het vreemde gebrek aan signaal in haar grot, begon ze te denken dat de middelen die gematigde wetenschappers gebruikten, zich misschien gewoon niet vertaalden naar beneden.
Maar toen bedacht ze dat het bosbrand waarvan ze zich herinnerde dat het in februari boven de grot was gebrand. Hoe zou dat de speleothems hebben veranderd? Hoe zou een gecodeerd vuur eruit zien? En konden zijn speleothemsignalen die van regenval maskeren?
Ze heeft dat project overgedragen aan de universiteit van New South Wales, student Gurinder Nagra. Hij werkte samen met Treble en haar collega Andy Baker om te laten zien hoe branden het land beïnvloeden dat ze verbranden en hoe die effecten in grotten druppelen.
De wetenschappers namen gegevens van deze kathedraalachtige formaties in de Yonderup-grot in Australië. (Andy Baker) Zuurstof is een van de belangrijkste proxy's die wetenschappers gebruiken om het verleden te reconstrueren, met name de veranderende verhouding tussen de isotopen zuurstof-18 en zuurstof-16. In brede zin heeft regenwater meer zuurstof-16 dan zeewater omdat die isotoop lichter is, dus verdampt het gemakkelijker uit de oceaan, vindt het zijn weg in de wolken en valt dan terug naar de aarde. Hoe warmer de temperatuur, hoe meer zuurstof-18 ook kan verdampen - en hoe meer water verdampt, wat betekent dat de hoeveelheid neerslag wereldwijd toeneemt.
Maar het inlezen van de verhoudingen die in grotten en in verschillende klimaatzones verschijnen, is niet eenvoudig en hun exacte betekenis varieert over de hele wereld.
"In Zuidwest-Australië is de [zuurstof] -ratio van neerslag gerelateerd aan twee dingen: de intensiteit van regenval en veranderingen in de luchtcirculatie, " zegt Treble, een bevinding die ze heeft geverifieerd door te kijken naar bekende regenvalevenementen uit de 20e eeuw en een moderne stalagmiet record. Voor dat deel van Australië heeft Treble geconstateerd dat een hogere verhouding - meer zware zuurstof vergeleken met licht - minder zware regenval betekent, of een verschuiving in de westelijke winden van het zuidelijk halfrond.
Als toevoeging aan de fijne kneepjes, lijkt het erop dat de zuurstofverhouding even gevoelig kan zijn voor brand als voor het klimaat. Berichten van de twee zijn verwisseld in de speleothems, en tot nu toe wist niemand het.
Wanneer een vuur door een droog gebied scheurt, kwelt het of doodt het de vegetatie. Die slachtoffers veranderen de snelheid van transpiratie en verdamping - hoe water door de wortels van planten naar hun bladeren stroomt en dan als damp in de lucht springt. Vanwege flora-schommelingen en as verschuiven ook de bodemmicroben, evenals de niveaus van elementen zoals magnesium, calcium, kalium en natrium. De grond wordt zwarter dan voorheen, waardoor deze meer straling van de zon absorbeert.
Wanneer water door de zwartgeblakerde, levenloze grond stroomt, verzamelt het bewijs van de veranderde omgeving en dat signaal wordt afgezet in grotten. De vraag werd toen, konden de tekenen van vuur worden losgemaakt van tekenen van veranderend klimaat? Nagra groef diep in de grotgegevens om met behulp van tweemaandelijkse metingen van de locaties van augustus 2005 tot maart 2011 een analyse te ontdekken die de vingerafdrukken van vuur op speleothems onthulde.
Een bosbrand smeult in de regio buiten Perth, Australië, in 2009. (Thorsten Milse / robertharding / Corbis) Het water na de brand was meer gechloreerd en rijker aan kalium en sulfaat, meldt het team in resultaten gepresenteerd op de conferentie van de American Geophysical Union in december, en nu herzien bij Hydrology and Earth Systems Sciences . Het belangrijkste is dat ze zagen dat het vuur ook de zuurstofisotopenverhouding - die traditionele standaard van eerdere klimaatstudies - met maar liefst 2 delen per duizend verhoogde.
Zo'n ogenschijnlijk kleine verandering is eigenlijk vergelijkbaar met de grootste klimaatschommelingen van ongeveer 2, 6 miljoen jaar geleden tot nu. Wetenschappers, zo ontdekte het team, kunnen zuurstofratio's als grote schommelingen in het klimaat verkeerd lezen als ze daadwerkelijk grote vlammen zien.
Correct geïnterpreteerde klimaatreconstructie helpt wetenschappers om hedendaagse veranderingen in hun context te plaatsen, zoals het vergelijken van de huidige veranderingssnelheid met de natuurlijke variabiliteit van de planeet in het verleden, zegt Frank McDermott van University College Dublin. En wetenschappers gebruiken paleoklimaatgegevens om nauwkeurigere modellen van heden en verleden te maken en betere projecties voor de toekomst.
"Als we weten hoe het klimaat in het verleden is veranderd - laten we zeggen in de afgelopen paar duizend jaar - kunnen we een klimaatmodel terugdraaien vanaf het heden ... en dan controleren of het model erin slaagt de bekende klimatologische omstandigheden uit het verleden te reproduceren, " zegt.
De studie van het team laat zien hoe belangrijk het is om een grot te begrijpen als een individueel systeem voordat je het gebruikt om dergelijke generalisaties over de wereld te maken - een goede tactiek, of je nu mensen of ondergrondse kamers bestudeert.
"In wezen moet de wetenschapper proberen het grottenstelsel en zelfs het druppelwatersysteem te begrijpen waaruit zijn of haar stalagmiet is bemonsterd om de subtielere veranderingen goed te interpreteren, " zegt McDermott.
Een project onder leiding van Greg Hakim van de Universiteit van Washington in Seattle neemt momenteel de database van de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) van zuurstof-isotoopmetingen op in die modellen, om precies die controles uit te voeren. En dat is waar de nieuwe bevindingen kunnen helpen.
"Degenen die worden beïnvloed door lokale factoren worden eruit gezet", zegt Baker. Nu kunnen wetenschappers misschien verbrande grotten eruit gooien.
Nieuwe planten ontspruiten ongeveer zes maanden na een natuurbrand in de buurt van de Yonderup-grot. (Pauline Treble) Met behulp van diezelfde NOAA-database en de nieuwe resultaten van Nagra kunnen paleoklimatologen misschien ook de brandgeschiedenis van een regio reconstrueren. "Je kunt het waarschijnlijk niet alleen doen met [de zuurstofisotoopmeting], maar met andere dingen die meer geïsoleerd zouden zijn in termen van hoe ze worden beïnvloed", waarschuwt Nagra.
Dat betekent dat dergelijk werk een echte vingerafdruk van vuur nodig heeft - een die eigenlijk uniek is. Treble zegt dat de oplossing mogelijk spoormetalen is. In combinatie met de zuurstofgegevens konden ze een sterke tijdlijn van de brandgeschiedenis opbouwen. Dat record, vooral in droge gebieden zoals die in deze studie, is vaak een subplot in het klimaatverhaal. We zien dat nu, met bosbranden in het Amerikaanse Westen toenemen vanwege droogte, hogere temperaturen, langere hete seizoenen en grotere stormen.
Met de Australische grotten, "proberen we te beperken hoe die processen op de langere termijn worden gekoppeld, en wat voor soort impact we kunnen verwachten te zien met verdere uitdroging van die regio, " zegt Treble.
De wetenschappers hopen ook te zien hoe toekomstige branden de lokale ecologie en de grotten zelf zullen beïnvloeden, en daarom heeft de Australian Research Council deze studie gefinancierd. Nagra en zijn adviseurs werkten samen met het Office of Environment and Heritage, dat de nationale parken van Australië beheert.
"In New South Wales hebben we een staatsbeleid waarbij ze geen gecontroleerde of voorgeschreven verbranding van grotten of karst in nationale conserven hebben gehad, omdat ze niet wisten welke impact het zou hebben", zegt Baker. “Uit voorzorg hebben ze geen vuur gehad. Misschien kunnen we ze voldoende bewijs leveren dat ze het beleid kunnen wijzigen als het in het beste belang is. '
