Hvor højt kan havene stige? På en tropisk ø, svarene er ikke altid indlysende

Med sine hvide sandstrande og dejligt vejr, den yderste sydlige caribiske ø Barbados er en magnet for ferierende. Det er også en magnet for geologer og klimaforskere. Det er, fordi det hovedsageligt er lavet af fossile koraller, der når fra dens kystlinje højt ind i det bakkede indre. Inden for disse aflejringer ligger udsøgt bevarede optegnelser over tidligere havniveauer - måske det mest åbenlyse barometer for tidligere klimaer.

Barbados har presset sig opad fra havbunden i hundredtusinder af år, formentlig nogenlunde stabilt. På samme tid, havniveauet er steget og faldet mod det, efterhånden som klimaet er blevet varmet og afkølet, efterlader fodspor via korallernes dannelse eller død. Således legemliggør øen en relativt tilgængelig kronologi af tidligere klimaudsving. At afkode deres nøjagtige timing og størrelse kan hjælpe forskere med at projektere, hvor langt havene vil stige i løbet af vores nuværende tidsalder med menneskeskabte klimaændringer.

For nylig, et hold fra Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory besøgte for at prøve korallerne, og anvende nye analytiske teknikker på dem. "Verden bliver varmere, og polerne smelter, " sagde teamleder Maureen Raymo. "Det store spørgsmål er, i de kommende årtier og århundreder, vil havniveauet stige med en fod? Med tre fod? Med ti fod? At tænke over dette, vi kan vente. Eller, vi kan se på tidspunkter i fortiden, hvor klimaet var en smule varmere end i dag. Og vi kan spørge, hvor højt var havet i disse tider?"

Geologer har været fascineret af Barbados' fossile koraller siden mindst 1840'erne. I tværsnit, øen ligner en trappe, sammensat af successivt højere klipper og terrasser, efterhånden som man bevæger sig ind i landet. Mange steder, klipper rækker op over snesevis af fod, ender pænt på et plateau, som så løber ind i en anden klippe længere fremme. Nogle videnskabsmænd har længe hævdet, at øen opstod på én gang; men for andre, trappetrinsformationerne antydede en gradvis stigningsproces, med hver successivt højere klippe og terrasse dannet af bølgevirkning. I 1960'erne, kemiske isotoper, der blev brugt til at måle bjergarters alder, viste, at sidstnævnte var tilfældet.

I de fleste geologiske formationer, de ældste sten ligger i bunden, yngre på toppen. På Barbados, det er omvendt. De ældste koraller, i øjeblikket anslået til 500, 000 til 700, 000 år, er på højlandet, den yngste langs kysten. Lige ud for kysten under bølgerne, levende koralrev bygger deres skeletter, og vil formentlig en dag også stige på tørt land. Øen rejser sig, fordi den tektoniske plade, der udgør Atlanterhavsbunden, langsomt skubber ind under pladen, der udgør Caribien. I processen, en gigantisk bunke atlantisk møg bliver skrabet af ved pladegrænsen og hober sig op i en stadig stigende kile. Barbados rider op på denne kile. Aktuelle skøn siger, at den er steget omkring en fod hver 1. 000 år, i hundredtusinder af år.

Nøgleartikler i slutningen af ​​1960'erne af Brown University-geolog Kenneth Mesolella og Lamont-klimatolog Wallace Broecker viste, at overlejret mod denne konstante stigning, tidligere koralvækst er gået i stå eller genstartet med stigninger og fald i havniveauet. Desuden, de viste, at timingen af ​​havniveauskiftene matchede de såkaldte Milankovitch-cyklusser, en række gentagne overlappende ændringer i Jordens kredsløb, der menes at forårsage afkøling og opvarmning af Jorden - og dermed tiltagende og aftagende istider - over titusinder og hundredtusinder af år. Disse undersøgelser af Barbados var nøglen til at nå frem til den nu velkendte teori om, at Milankovitch-cyklusser er en mester i planetarisk klima. Resultaterne af naturlige udsving kan ses som analoger til, hvad der kan være et resultat af menneskeskabt opvarmning. Imidlertid, der er stadig spørgsmål om den nøjagtige timing og størrelsen af ​​sådanne udsving, og hvor hurtigt iskapper, og dermed havniveauerne, reagere på dem. Barbados er et ideelt sted at undersøge disse spørgsmål.

Gruppens tur begyndte med en to-dages rekognoscering for at identificere steder til prøvetagning af koraller. Et af de første stop var Batt's Rock, en populær strand i den sydvestlige del af øen. Snavsparkeringspladsen lige bag stranden blev bakket op af en stejl klippe, skåret af en række lavvandede huler. Raymo sagde hulerne, i øjeblikket kun få meter over havets overflade, kunne have været udskåret af bølgevirkning så lidt som 5, 000 år siden. Det her. hun siger, var en kort varm periode, hvor havniveauet steg nok til at overvinde øens stigning.

Vi gik opad gennem en stejl vej, der skar gennem klippen til en trafikeret vej, placeret på en flad terrasse over. over dette, en anden klippe og en vejskæring steg op til campus ved University of the West Indies. Hele tiden, resterne af gamle revvæsner var bekvemt blotlagt i de lodrette vægge:hjernekoraller, søjle koraller, stjerne koraller, pindsvin, bløddyr, orme. Der var også masser af borehuller i golfboldstørrelse, hvor tidligere forskere havde taget prøver ud.

Disse tidligere forskere har estimeret alderen på mange steder, herunder afsnittet nær universitetet, som siges at være omkring 120, 000 år gammel. Men nu er mere krævende isotopteknikker blevet tilgængelige, nogle af dem var banebrydende af medlemmer af teamet. Dette omfatter fortolkningen af subtile ændringer i grundstoffet strontium, udviklet af Raymos gradstuderende Michael Sandstrom, som ville være genstand for en stor del af prøveudtagningen. Holdet havde også medbragt GPS-instrumenter, der ville give dem mulighed for at fastsætte placeringer og højder af prøver med langt større præcision, end tidligere forskere har været i stand til at gøre.

Raymos gruppe ser på nogle få vigtige perioder fra fortiden. I andre ekspeditioner til det sydlige Afrika, Patagonien, Australien og den amerikanske østkyst, de har nulstillet havniveauet under Pliocæn. Denne periode for omkring 3 millioner år siden oplevede temperatur omkring 2 grader Celsius over det nuværende niveau – hvad vi kan ramme ved udgangen af ​​dette århundrede – og atmosfæriske kuldioxidniveauer omtrent det samme som nu. De er også interesserede i anfald af tilsyneladende hurtig opvarmning mellem istider, omkring 400, 000 år siden, og igen omkring 120, 000 år siden. Disse perioder var også bare en smule varmere end i dag.

Havniveauet i alle disse perioder var næsten sikkert højere end nu, men skøn over hvor meget højere varierer voldsomt. Havet i midten af ​​Pliocæn kan have været 30 til 120 fod højere end i dag, eller hvor som helst midt imellem. Ved de 400, 000-års mærke, et kontroversielt skøn sætter niveauet til 60 fod højere; Raymo hævder, at det var mere som 18 til 40. En undersøgelse fra 2009 udført i Barbados af andre forskere tyder på, at 121, 000 år siden, havene steg så meget som 9 fod på bare et århundrede - måske på grund af et pludseligt sammenbrud af den vestlige antarktiske iskappe. Hvis det kunne ske, det kunne ske nu, sagde Raymo. Ved at bruge de nyligt krævende metoder, hun ville se, om det virkelig var sådan.

Når du søger efter eksempelwebsteder, nær byen Oistins, et par kandidatstuderende talte sig ind i den indhegnede gård hos pensionist Ronald Blackmore. Blackmores hus bakket op til en smukt eksponeret klippe, der så ud til at falde ned i 120, 000 års rækkevidde. Da holdet forklarede, hvad de ledte efter, og hvorfor, Blackmore var ivrig efter at hjælpe. Han så i timevis næste dag, mens holdet hamrede og udborede prøver. De tog bidder af udbredte elgehornskoraller ud, bregnelignende Monastrias, og en del af det perfekt tværsnitshoved af en kæmpe hjernekoral. Alle var i vækstposition, hvilket betyder, at denne sektion var blevet løftet direkte op af havet og bevaret intakt, med koralhovederne pegende mod himlen – ikke blandet og genaflejret af bølger fra en efterfølgende stigning eller fald i havniveauet, som let kunne forveksle aldersmålinger.

Efter prøveudtagningen, Jacqueline Austermann, en Lamont-videnskabsmand, der har specialiseret sig i at modellere tidligere havniveauer, løb ned en liste over andre faktorer, der har givet modstridende skøn. De fleste har faktisk ikke med vand at gøre, men land. For en, hun sagde, når miles tyk is dækker kontinenter på høje breddegrader, dette trykker skorpen ned. Som en ballon, der er blevet klemt, is-over-kyster på de kontinentale marginer bliver presset opad - den såkaldte forbulge-effekt. Når isen trækker sig tilbage, det modsatte sker; land i det indre stiger, og kysterne synker. Kystforlis begyndte at tage fat mange steder omkring 15, 000 år siden, da den seneste iskappe, der dækkede Nordamerika, trak sig tilbage. I dag, store dele af den amerikanske østkyst og udad så langt som til Bahamas synker stadig, målbart forstørrende havniveaustigning omkring New York City og andre områder.

På den anden side, når isen smelter og havniveauet stiger, den øgede vægt af vand presser ned på havbunden. Dette får nogle kystområder til at bule op – en proces kaldet kontinental levering. Dette kan delvist modvirke det stigende vand nogle steder. Det modsatte sker, når havniveauet falder og aflaster trykket på havbunden.

Der er også en gravitationseffekt skabt af iskapperne selv. I dag, Indlandsisen på Grønland smelter hurtigt og taber masse. Alligevel det nordlige Europa, som ligger forholdsvis tæt på, ser ikke så meget havvandsstigning, som man kunne forvente. Det her, sagde Austermann, er fordi ødslen af ​​Grønland betyder, at mindre havvand tiltrækkes til det og det omkringliggende område; effekten strækker sig til ca. 1, 000 miles rundt, som omfatter Nordeuropa. Specialister, der stadig forsøger at måle denne effekt nøjagtigt, kalder det "det europæiske problem".

Alle disse fænomener virker på forskellige tidsskalaer i forskellige områder, spiller ud mod hinanden på ofte forvirrende og modstridende måder. Selv Austermann, en verdensekspert, indrømmer, at det er uoverskueligt at forsøge at finde ud af, hvad havet virkelig lavede på et hvilket som helst tidspunkt. Barbados er et godt sted at starte, selvom, hun sagde, ikke kun på grund af dets fossile koraller, men fordi det er tæt på ækvator og relativt isoleret fra de fleste effekter undtagen selve vandstanden. "Vi kan lide at kalde Barbados for havniveauets målepind, " hun sagde.

Adskillige teammedlemmer blev sat til den misundelsesværdige opgave at banke prøver fra lavere vejafskæringer i flere dage. Her, der var lidt eller ingen skygge til at beskytte mod den voldsomme tropiske sol, og lastbiler og biler brølede forbi konstant kun få meter væk, efterlader spor af udstødning.

Andre af os spejdede i det høje land, hvor behagelige vinde stødte store sukkerrørsplantager og mælkebedrifter spredte sig ud over terrasserne. Ud over at slå fast, præcis hvor hurtigt havet steg 120, 000 år siden, Raymo ønskede at afgøre spørgsmålet om, hvor gamle øens ældste sten er. Ingen har endnu bestemt dette, men det høje område ville være stedet at se.

Vi kom tilfældigvis på Apes Hill Club, en indhegnet enklave på serier af høje, bølgende bakker dedikeret til golf, polo og dyre hjem. Raymo viste sit universitets-id til den venlige vagt, og talte sig ind. Snart fik vi lederens tilladelse til at tage prøver. Dagen efter kørte vi alle derop.

Apes Hill er en slags tabt verden, bevaret fra udviklingens hulrum nedenfor. Der var udsigt over både Atlanterhavet og Caribien, langt under. Hundredvis af fod over havets overflade var en række spektakulære havhuler, forhænget af hængende trærødder og fyldt med intakte koraller. Længere oppe ad vejen, et vandfald fossede ned ad en klippeflade og ind i en rund pool. "Det ser næsten kunstigt ud, " sagde Steven Goldstein, en Lamont geokemiker. Det viste sig, at han havde ret; en nærmere undersøgelse viste, at bassinets kanter var af beton lavet til at ligne sten. En vandpumpe smart camoufleret i buskene var vandfaldets kilde.

Resten var ret ægte. I omkring 750 fods højde, golfbanens 16. hul sad i skyggen af ​​en enorm havbue fyldt med tandlignende drypsten og stalagmitter. Hvis du kiggede gennem buen mod det 17. hul, buen lignede stærkt kæben på en supergigantisk Tyrannosaurus rex. Da holdet forberedte sig på at tage en prøve fra en nærliggende klippe, en golfbold susede ind i en dam i nærheden. Da Dyer hamrede en prøve ud, one student was stationed as a precaution to watch out for falling rocks, another for flying golf balls.

"These are probably the oldest corals on the island, " said Raymo. She said that based purely on elevation and the conventional wisdom that the island has been rising a foot every 1, 000 år, they might be 750, 000 år gammel. Men, she averred,  conventional wisdom could be wrong. "They could be a lot older. Maybe they are younger. At this point, we just don't know this, or many other things. That's what we're trying to find out."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.