Redning af geologiske og klimarekorder

Spredt over hele Filippinerne er mange huler, der indeholder dyrebare geologiske formationer, der rummer nøgleoplysninger om tidligere klima. Men på grund af lokal stenbrud, nogle af disse formationer kan blive ødelagt. Nu, en Stanford-forsker er på en mission for at redde dem.

Daniel Ibarra, BS '12, MS '14, Ph.D. '18, er postdoc ved Institut for Geologisk og Miljøvidenskab. Han slog sig for nylig sammen med Stanford alun Carlos Primo David, Ph.D. '03, nu professor ved University of the Philippines i Diliman, at begynde processen med at hente disse værdifulde klimaarkiver. Ibarra bringer dem til Stanford, hvor han vil bruge sofistikerede geokemiske teknikker til at rekonstruere og udvide tidligere klimarekorder.

"Som klimaforskere har vi ingen måde at basere os på, hvordan klimaet har ændret sig i fortiden ud over den instrumentelle rekord, bortset fra at bruge den geologiske registrering, " sagde Ibarra. "Så vi studerer arkiver som træringe, iskerner, søer, marine sedimenter og huler."

Arkivhuler

Et af de vigtigste arkiver på land er huleforekomster, der indeholder store, istapformede mineralaflejringer kendt som speleothems. Mange af disse huler ligger i Filippinerne. Så i januar Ibarra rejste til Manila, hvor han mødte David og hans kandidatstuderende. Sammen udforskede de en række huler i Luzon for at dokumentere og indsamle to typer speleothems:drypsten og stalagmitter.

Drypsten dannes, når vandet drypper fra loftet i en hule og langsomt udfældes over tid, efterlader en klimarekord i form af koncentriske cirkler, der ligner ringe på et træ. Stalagmitter dannes på samme måde, men vokser opad fra gulvet og er de mest nyttige af disse huleaflejringer. Selvom disse formationer anslås at være tusinder af år gamle, meget få er blevet undersøgt i Filippinerne. På grund af industriel udgravning i nærheden, de kunne snart være væk for altid.

"Dette er et område med aktiv cementbrud, så vi har kun et par år til at få speleothems, " sagde Ibarra. "Det er lidt af en redningsmission."

Efter forsigtigt at have fjernet speleothemerne fra hulerne, Ibarra bringer dem til Stanford, hvor prøverne er boret og dateret gennem en proces - svarende til kulstofdatering - ved hjælp af den radioaktive henfaldskæde af uran, målt på et massespektrometer. Ibarra bruger detektorer, der måler de forskellige forhold mellem thorium og uran isotoper, som fortæller ham prøvens alder. Lignende massespektrometriteknikker ved hjælp af stabile isotoper af ilt og kulstof bruges til at bestemme, hvad temperaturen og nedbørsniveauerne var på det tidspunkt, da speleothemerne blev dannet - data, der vil forbedre forskernes forståelse af klimaændringer.

"Vi fokuserer på prøver, der vil forlænge de historiske nedbørsrekorder flere hundrede, måske endda tusind år, " sagde Ibarra. "Og vi kan bruge det, vi udleder om klima fra disse prøver til at benchmarke klimamodeller, som vi også bruger til at fremskrive fremtidige klimaændringer."

Vejret ved Mount Pinatubo

Ibarra og David arbejder samtidig på relateret forskning i området omkring Pinatubo-bjerget, den aktive vulkan omkring 100 miles nordvest for Manila berømt for sit massive udbrud i 1991. Det er der, at den kemiske nedbrydning af klipper på jordens undergrund – en proces kendt som forvitring – menes at ske med nogle af de hurtigste hastigheder i verden.

Forvitring af klipper er den primære måde, hvorpå kuldioxid bindes over geologisk tid, at holde jorden beboelig. Ibarra og David måler forvitringshastigheder ved at indsamle vandprøver fra floder på forskellige tidspunkter af året og måle den kemiske sammensætning af flodvandene for elementer som calcium, magnesium, natrium og silica - hovedkomponenterne i sten.

"Kemisk forvitring og efterfølgende karbonatbegravelse i havsedimenter binder atmosfærisk CO2 tilbage i det geologiske kulstofkredsløb, " Ibarra forklarede. "Forvitring modulerer Jordens atmosfæriske CO2-niveauer fra ændringer i vulkansk afgasning, eller de langsigtede virkninger af menneskelige emissioner, holde temperaturen reguleret."

Begge forskningsprojekter er støttet af en pris Ibarra modtog fra Institut for Videnskab og Teknologi Balik Scientist Program, som opfordrer videnskabsmænd af filippinsk afstamning til at vende tilbage til Filippinerne for at dele deres ekspertise. Gennem programmet, han er vært ved University of the Philippines' National Institute for Geological Sciences og professor David. Ud over at udføre original forskning, Ibarra har holdt foredrag og foredrag om klimavidenskab og geokemi ved University of the Philippines.

Ibarra planlægger at vende tilbage til Filippinerne til foråret for at fortsætte med at indsamle huleaflejringer og flodprøver. Han håber, at dette arbejde vil hjælpe folk med at forberede sig på ændringer i miljøet.

"At studere tidligere klima giver os en køreplan for den slags ændringer, vi kan forvente i nedbør og temperatur på grund af fremtidige ændringer i klimaet, som kan informere om tilpasningsstrategier, " han sagde.