Inde i Yonderup-hulen, 20 km nord for Perth, Australien, rejser Pauline Treble gennem tiden. I stedet for at bøje fysikens love undersøger forskeren optegnelser over Jordens fortid, der er låst inde i stalagmitter og stalaktitter - sidstnævnte fra loftet og den førstnævnte fra jorden - sammen kaldet speleothemer.
Relateret indhold
- Otherworldly-fotos fra inde i en af verdens største flodhuler
- Chinese Cave Graffiti registrerer århundreder af tørke
Disse ikoniske dele af huler dannes, når vand drypper ned i den underjordiske maw og bærer mineraler med sig. Væsken efterlader mineralerne, ligesom vand fra dit brusebad efterlader aflejringer på flisen, og noget af vandet forbliver fanget mellem mineralkrystaller. Gennem århundreder bliver denne smukke plak en tidskapsel: Hvert minerallag har kemiske ledetråde eller proxyer for at fortælle, hvad der foregik over jorden i en bestemt æra. Jo tættere på midten af den speleothem du ser, jo længere tilbage i tiden du ser.
Forskere som Treble fra den australske organisation for nuklear videnskab og teknologi lærer, hvordan man bruger disse hule-keglekompositioner til at spore gamle ebber og strømme i klima- og vejrmønstre. Håbet er at ikke kun forstå fortiden, men også få mulige glimt af vores fremtid.
Nu har Treble og hendes kolleger fundet, at hulformationer også fanger optegnelser over gamle ildebrande - og det giver et problem. Brandsignalet ligner meget en vigtig fuldmagt til ændringer i klimaforholdene, hvilket betyder, at forskere kan tage fejl af lokale forstyrrelser som ild for flere globale effekter.
”Det skal virkelig gøres opmærksom på folks opmærksomhed, ” siger Treble. ”Ellers er der masser af muligheder for, at folk fortolker disse nævnefolk.”
Treble forsøgte ikke at finde eldgamle brande. Hun rejste til Yonderup i håb om at udtrække hulens oplysninger om nedbør og tilføje til den paleoclimate rekord. ”Der skulle have været et klart signal, ” siger Treble, et signal som dem, som andre videnskabelige spilunkere havde set i andre huler. Men på mystisk vis var der ikke.
Problemet var, at de andre huler var placeret i tempererede dele af den nordlige halvkugle. I det vestlige Australien læste klimaet tørrere, mere Middelhavet. Med den mærkelige mangel på signal i hulen, begyndte hun at tænke, at måske de fuldmægtige, som tempererede forskere brugte, bare ikke oversatte sig under.
Men så overvejede hun det brande, som hun huskede, at hun havde brændt over hulen i februar. Hvordan ville det have ændret speleothems? Hvordan ser en kodet ild ud? Og kunne dets speleothemsignaler maskere den fra nedbør?
Hun overførte projektet til University of New South Wales-studerende Gurinder Nagra. Han arbejdede sammen med Treble og hendes kollega Andy Baker for at afsløre, hvordan brande påvirker det land, de brænder, og hvordan disse effekter drypper ned i huler.
Forskerne tog data fra disse katedrallignende formationer i Yonderup-hulen i Australien. (Andy Baker) Oxygen er en af de vigtigste proxyer, som forskere bruger til at rekonstruere fortiden - specifikt det skiftende forhold mellem isotoperne oxygen-18 og oxygen-16. I bred forstand har regnvand mere ilt -16 end havvand, fordi denne isotop er lettere, så det fordamper lettere fra havet, finder vej ind i skyer og falder derefter ned igen til Jorden. Jo varmere temperaturen er, jo mere ilt-18 kan også fordampe - og jo mere vand fordamper perioden, hvilket betyder, at mængden af nedbør stiger globalt.
Men det er ikke let at læse ind i forholdene, der vises i huler og i forskellige klimazoner, og deres nøjagtige betydning varierer rundt om i verden.
"I det sydvestlige Australien er [ilt] -forholdet mellem nedbør relateret til to ting: intensiteten af nedbørshændelser og ændringer i atmosfærisk cirkulation, " siger Treble, en fundning, hun har verificeret ved at se på kendte begivenheder i det 20. århundrede og en moderne stalagmitrekord. For den del af Australien har Treble fundet, at et højere forhold - mere tungt ilt sammenlignet med let - betyder mindre kraftigt regn eller en forskydning i den sydlige halvkugles vestlige vind.
Ved at tilføje forviklingerne ser det ud til, at iltforholdet kan være lige så følsomt over for forbrændinger som for klimaet. Beskeder fra de to er blandet sammen i speleothems, og ingen vidste det indtil nu.
Når en brand sprænger gennem et tørt område, chars eller dræbe vegetation. Disse skader ændrer transpirationshastigheden og fordampningen - hvordan vand løber op gennem planternes rødder til deres blade og derefter springer ud i luften som damp. På grund af fluorasvingninger og aske skifter jordmikroberne også, ligesom niveauerne af elementer som magnesium, calcium, kalium og natrium gør. Jorden bliver sortere end den var før, hvilket får den til at absorbere mere stråling fra solen.
Når vand strømmer gennem den sorte, livløse jord, samler det bevis for det ændrede miljø, og dette signal bliver deponeret i huler. Spørgsmålet blev derefter, kunne tegnene på ild adskilles fra tegn på skiftende klima? Nagra gravede dybt ned i huledataene for at finde ud af ved hjælp af dobbeltmålinger af lokaliteterne fra august 2005 til marts 2011, en analyse, der afslørede fingeraftryk af ild, der blev presset på speleothems.
En skovbrandsludere i regionen uden for Perth, Australien, i 2009. (Thorsten Milse / robertharding / Corbis) Vandet efter brand var mere kloreret og rigere på kalium og sulfat, rapporterer holdet om resultater, der blev præsenteret på konferencen American Geophysical Union i december, og nu under revision på Hydrology and Earth Systems Sciences . Vigtigst af alt så de, at branden også øgede ilt-isotopforholdet - den traditionelle standard for tidligere klimastudier - med op til 2 dele pr. Tusinde.
En sådan tilsyneladende lille ændring er faktisk på niveau med de største klimasvingninger fra omkring 2, 6 millioner år siden til nutiden. Forskerne, opdagede holdet, kunne muligvis fejlagtige iltforhold som store svingninger i klimaet, når de faktisk ser store flammer.
Korrekt fortolket klimagekonstruktion hjælper forskere med at sætte nutidige ændringer i sammenhæng, såsom at sammenligne nutidens ændringshastighed med planetens naturlige variation i fortiden, siger Frank McDermott fra University College Dublin. Og forskere bruger paleoklimatdata til at fremstille mere nøjagtige modeller af fortiden og nutiden og bedre fremskrivninger for fremtiden.
”Hvis vi ved, hvordan klimaændringer i fortiden - lad os sige i de sidste tusinde år - kan vi køre en klimamodel bagud fra nutiden… og derefter kontrollere, om modellen formår at gengive de kendte klimatiske forhold i fortiden, ” sagde han siger.
Holdets undersøgelse viser, hvor vigtigt det er at forstå en hule som et individuelt system, før det bruges til at foretage sådanne generaliseringer om verden - en god taktik, uanset om du studerer mennesker eller underjordiske kamre.
”I det væsentlige skal videnskabsmanden prøve at forstå hulesystemet og endda drypvandssystemet, hvorfra hans eller hendes stalagmite er udtaget, for at kunne fortolke de mere subtile ændringer korrekt, ” siger McDermott.
Et projekt ledet af Greg Hakim fra University of Washington i Seattle inkorporerer i øjeblikket National Oceanic and Atmospheric Administration's (NOAA) database over ilt-isotopmålinger i disse modeller for at udføre nøjagtigt disse kontroller. Og det er her de nye fund kan hjælpe.
”De, der påvirkes af lokale faktorer, bliver sparket ud, ” siger Baker. Nu kan forskere måske sparke huler ud, der er blevet brændt.
Nye planter spirede omkring seks måneder efter et ildebrande nær Yonderup-hulen. (Pauline Treble) Ved hjælp af den samme NOAA-database og Nagra's nye resultater kan paleoclimatologer muligvis også rekonstruere brandhistorikken i en region. "Du kan sandsynligvis ikke gøre det med [iltisotopmåling] i sig selv, men med andre ting, der ville være mere isoleret med hensyn til, hvordan de er påvirket, " advarer Nagra.
Det betyder, at sådant arbejde har brug for et ægte fingeraftryk af ild - et, der faktisk er unikt. Treble siger, at løsningen kan være spormetaller. Kombineret med iltdataene kunne de opbygge en stærk ildhistorie-tidslinje. Denne optegnelse, især i tørre områder som dem i denne undersøgelse, er ofte et underdiagram i historien om klimaet. Vi ser, at nu med stigende vilde brande i det amerikanske vest på grund af tørke, højere temperaturer, længere varme sæsoner og større storme.
Med de australske huler “prøver vi at indsnævre, hvordan disse processer kobles på længere sigt, og hvilken slags påvirkning vi kan forvente at se med yderligere tørring af den region, ” siger Treble.
Forskerne håber også at se, hvordan fremtidige brande vil påvirke den lokale økologi og hulerne i sig selv, og det er grunden til, at det australske forskningsråd finansierede denne undersøgelse. Nagra og hans rådgivere gik sammen med Office of Environment and Heritage, som forvalter Australiens nationalparker.
”I New South Wales har vi en statspolitik, hvor de ikke har haft nogen kontrolleret eller ordineret afbrænding af huler eller karst i nationale konserver, fordi de ikke vidste, hvilken indflydelse det ville have, ” siger Baker. ”For at være forsigtige har de ikke haft brand. Måske kan vi give dem nok bevis på, at de kan ændre politikken, hvis det er i den bedste interesse. ”
