Mudder fra det dybe hav afslører spor om gammel monsun

Analyserer spor af bladvoks fra landplanter, der gennem årtusinder akkumulerede i dybhavssedimenter, et team af forskere ledet af University of Arizona rekonstruerede historien om monsunaktivitet i det nordlige Mexico. Deres resultater, offentliggjort online den 3. september i tidsskriftet Natur Geovidenskab , hjælpe med at afgøre en langvarig debat om, hvorvidt monsunaktivitet lukkes fuldstændigt ned under påvirkning af afkøling forårsaget af iskapperne, der dækkede store dele af Nordamerika, eller blot blev undertrykt.

Under det sidste istidsmaksimum, omkring 20, 000 år siden, da mammutter og andre forhistoriske dyr strejfede rundt i det, der nu er det nordlige Mexico og det sydvestlige USA, sommerregn bidrog med 35 procent af den årlige nedbør, sammenlignet med omkring 70 procent i dag, ifølge den nye undersøgelse.

Ved at aflede fugt fra troperne, sommermonsunen bringer lindring fra måneders intens sommervarme og tørke til de tørre lande i det amerikanske sydvestlige og nordvestlige Mexico. Hvis regionen alene var afhængig af vinterregn, Sonoran-ørkenen ville ikke være kendt som en af ​​verdens mest biodiverse ørkener.

"Monsunen er sådan et ikonisk træk ved ørkenen sydvest, men vi ved meget lidt om, hvordan det har ændret sig gennem tusinder og millioner af år, " siger Tripti Bhattacharya, undersøgelsens første forfatter. "Vores konstatering af, at den sydvestlige monsun blev undertrykt, men ikke helt væk under glaciale forhold, peger på den dramatiske variation af den atmosfæriske cirkulation på det tidspunkt, men antyder, at det har været et vedvarende træk ved vores regionale klima."

Tidligere undersøgelser havde givet inkonklusive resultater, dels fordi de optegnelser, der bruges til at udlede beviser for tidligere monsunregn, har en tendens til at være mere som øjebliksbilleder i tid i stedet for at give mere kontinuerlige klimarekorder. For eksempel, forskere har fået værdifulde indblik i for længst forsvundne plantesamfund baseret på plantedele bevaret i pakrottereder kaldet møddinger, eller ved at analysere de kemiske signaturer, de efterlod i jord. Disse undersøgelser tydede på vedvarende monsunaktivitet under den sidste istid, hvorimod andre undersøgelser baseret på klimamodellering viste, at den var midlertidigt fraværende.

Ved at anvende en smart metode, der aldrig før er blevet brugt til at studere monsunens historie, Bhattacharya og hendes medforfattere opdagede, hvad der svarer til en glemt, uåbnet bog med tidligere klimarekorder, i modsætning til tidligere undersøgte klimaarkiver, som i sammenligning er mere som single, spredte sider.

Danner et stort naturligt hvælving næsten 1, 000 meter under havoverfladen, havbunden i iltfattige zoner i den Californiske Golf indeholder organisk materiale, der er blæst ned i vandet i mange tusinde år, herunder affald fra landplanter, der vokser i regionen. Da aflejringerne stort set forbliver uforstyrrede fra skyllemidler eller mikrobiel aktivitet, Tierney og hendes team var i stand til at isolere bladvoksforbindelser fra havbundens mudder.

Medforfatter Jessica Tierney, en lektor i UA's Institut for Geovidenskab og Bhattacharyas tidligere postdoktorale rådgiver, har været banebrydende i analysen af ​​de voksagtige belægninger af planteblade for at rekonstruere nedbør eller tørre perioder i fortiden baseret på deres kemiske fingeraftryk, specifikt forskellige forhold mellem brintatomer. Vandet i monsunregn, ifølge Tierney, indeholder en større andel af en brintisotop kendt som deuterium, eller "tungt vand, " som har at gøre med dets oprindelse i troperne. Vinterregn, på den anden side, bærer en anden signatur, fordi de indeholder vand med et mindre forhold mellem deuterium og "almindelig" brint.

"Planter optager det vand de får, og fordi de to årstider har forskellige forhold mellem brintisotoper, vi kan relatere isotopforholdene i de bevarede bladvoks til mængden af ​​monsunregn over den Californiske Golf-region, " forklarer Tierney.

At sammensætte tidligere mønstre af monsunen i sydvest kan hjælpe videnskabsmænd med bedre at forudsige fremtidige scenarier under indflydelse af et klima, der er på vej mod en varmere verden, ikke en anden istid, siger forskerne.

"Fortiden er ikke en perfekt analog, men det fungerer som et naturligt eksperiment, der hjælper os med at teste, hvor godt vi forstår variationen i det regionale klima, " siger Bhattacharya, som for nylig accepterede en stilling som assisterende professor i geovidenskab ved Syracuse University. "Hvis vi forstår, hvordan regionale klimaer reagerede tidligere, det giver os en meget bedre mulighed for at forudsige, hvordan de vil reagere på klimaændringer i fremtiden."

En måde forskerne kan drage fordel af tidligere klimarekorder på er ved at anvende klimamodeller på dem, ved at bruge optegnelserne til at "ground-tuth" modellerne.

"Problemet er, at lige nu, vores bedste klimamodeller er ikke enige med hensyn til, hvordan monsunen vil ændre sig som reaktion på global opvarmning, " siger Tierney. "Nogle tyder på, at sommernedbøren vil blive stærkere, andre siger, at det bliver svagere. Ved bedre at forstå fænomenets mekanik, vores resultater kan hjælpe os med at finde ud af, hvorfor modellerne er uenige og give begrænsninger, der kan omsættes til fremtiden."

For at teste hypotesen om, hvorvidt koldere tider generelt svækker monsunen, og varmere perioder styrker den, Tierneys gruppe planlægger at undersøge, hvordan monsunen reagerede på varmere perioder i fortiden. Fremtidig forskning vil fokusere på den sidste mellemistid omkring 120, 000 år siden, og en periode præget af drivhusgasniveauer svarende til dem i nutidens atmosfære:Pliocæn-epoken, som varede fra 5,3-2,5 millioner år siden.

At have bedre registreringer af den sydvestlige monsun hjælper også videnskabsmænd med bedre at forstå, hvordan den kan sammenlignes med monsuner i andre dele af verden, der er bedre undersøgt.

"Vi ved nu, at vores monsun ser ud til at være meget mere følsom over for atmosfærens storstilede konfiguration, der henviser til, at andre monsunsystemer er tættere knyttet til lokale havforhold, " siger Bhattacharya.

Studiet, "Islagsmodulation af deglacial nordamerikansk monsunintensivering, " er medforfatter af Jason Addison ved U.S. Geological Survey i Menlo Park, Californien, og James Murray på School of Oceanography ved University of Washington. Støtte til denne forskning kommer fra David og Lucile Packard Foundation Fellowship in Science and Engineering til Tierney og NSF-bevilling OCE-1651034 til Tierney. Addison er støttet af USGS Climate Research and Development Program.