Rekonstruerer en historie om palæoklima i det sydøstlige Australien

Sporelementernes rolle som palæo-klima proxies er blevet udforsket i ANSTO-ledet kollaborativ miljøforskning.

Palaeoklima er rekonstruktionen og studiet af tidligere klimatilstande på Jorden og andre planeter.

Spormetaller fra aerosoler i atmosfæren, der er aflejret i jorden, eller fra grundfjeldet, og finde vej ind i hule stalagmitter kan bruges som proxyer til at bekræfte klimatiske begivenheder, ifølge forskning udgivet af Carol Tadros og medarbejdere i Videnskab om det samlede miljø .

Forskningen vil hjælpe med at tyde kompleksiteten af ​​geokemiske signaler i drypvand fra speleothems (hule-stalagmitter) for pålideligt at rekonstruere en historie om palæoklima i det sydøstlige Australien.

Tadros udgav papiret som en del af sin ph.d. studier udført ved University of New South Wales under vejledning af prof Andy Baker, Direktør for forskning og miljø og Dr. Pauline Treble fra ANSTO. Stuart Hankin fra ANSTO bidrog også til forskningen.

Spormængder af natrium, kalium og zink og andre grundstoffer transporteres som fine partikler i aerosoler, før de deponeres på hulepladser. Disse elementer kan ændre den kemiske sammensætning af drypvand, der bruges i miljøforskning.

"Hvis vi ved, at et sporelement kan bruges som en proxy for f.eks. tørke og El Niño begivenheder, så når vi ser længere tilbage i tiden, vi kan bekræfte perioder med tørke af fuldmægtigen, " sagde Tadros.

Undersøgelsen blev gennemført for yderligere at undersøge kilderne og processerne, der kontrollerer ændringer i de kemiske signaturer af drypvand.

Carol undersøgte drypvandsdata fra Harrie Wood Cave i Snowy Mountains, som blev indsamlet over en tiårig periode.

"Vi samlede også jord for at bestemme dens sammensætning, og eksperimentelt studeret mobiliteten af ​​elementer fra disse lerrige jorde. Vi indsamlede grundfjeldsprøver og havde adgang til en aerosolprøvetager, der fungerede på stedet i fire år, " sagde Tadros.

Klimaet i denne zone og hele det østlige Australien er præget af bushbrande, støvstorme, cykloner og ekstreme nedbørsvariationer.

Samspillet mellem atmosfæren og havet i det tropiske Stillehav, kendt som El Niño/Southern Oscillation (ENSO), øger nedbørsvariabiliteten og ekstreme vejrbegivenheder i det sydøstlige Australien.

"Speleothem-sporelementbaserede arkiver i regionen kunne udvide den instrumentelle optegnelse ind i fortiden, hvilket giver os mulighed for at etablere en forståelse af den naturlige variabilitet i klimasystemets basislinje, " sagde Tadros.

"Men for at fortolke disse arkiver nøjagtigt, vi er nødt til at have en fuld forståelse af årsagerne til sporelementvariabilitet i hulens drypvand."

Selvom det var kendt, at koncentrationen af ​​spor og hovedelementer i hulens drypvand afhang af deres oprindelse, forskningen bekræftede, at stedspecifikke hydrokemiske processer under kontrasterende nedbørsforhold også påvirker dets sammensætning.

"Sporelementer er meget specifikke for et sted, og du skal også forstå de hydrologiske processer over og inde i hulen under et skiftende klima, " sagde Tadros.

Efterforskerne bekræftede, at i våde og tørre perioder forekommer to forskellige hydrokemiske processer i grottezonen.

"Efter at vi havde kvantificeret, hvor meget af atmosfæren og grundfjeldet, der bidrager til drypvandet, vi fandt ud af, at der var en berigelse af spormetaller, natrium, kalium og zink i den lerrige jord. Det fungerer som en vask til at fastholde disse elementer. Skiftet fra tørre til våde forhold letter kemiske processer i jordzonen, som derefter mobiliserer metaller til jordvandet og perkolerer gennem jordprofilen."

"Under tørken, kaliumkoncentrationerne er ret stabile. Jorden rummer alt kalium. Men når stedets vandbalance stiger under La Niña-forhold, og vandet begynder at bevæge sig igennem det, langsom forvitring af lerstrukturen frigiver det kalium, der er fanget mellem lagene i lermineralet."

Andre processer, der forekommer i jorden, som kationbytning og kolloid mobilisering, viste sig at modificere natrium, magnesium, strontium- og zinkkoncentrationer i drypvandet. Tadros og kolleger fastslog, at magnesium og strontium/calcium-forhold kunne bruges som proxyer for tørke i stalagmitarkiver.

"Dette er en ny tilgang, da vi har udviklet en mangefacetteret forståelse af hele karstsystemet. Ved hjælp af massebalanceligninger, vi begrænsede bidraget fra stedspecifikke kilder og geokemiske processer i karst/jord. Vi har nu nye geokemiske værktøjer til at ansøge om forskning i speleothem, " sagde Tadros.

"Nu hvor vi ved, hvilke sporelementer der er særligt lovende som palæoklimatiske proxyer, vi vil prøve at anvende det på den moderne optegnelse af speleothems, " sagde Tadros.