Ny indsigt fra Great Barrier Reef-koraller giver en korrektionsfaktor til klimarekorder

Nyudviklede geologiske teknikker hjælper med at afdække de mest nøjagtige og højopløselige klimaregistreringer til dato, ifølge en ny undersøgelse. Forskningen finder, at standardpraksis med at bruge moderne og fossile koraller til at måle havoverfladetemperaturer måske ikke er så ligetil, som man oprindeligt troede. Ved at kombinere højopløsningsmikroskopiske teknikker og geokemisk modellering, forskere bruger Porites koralskeletters formationshistorie til at finjustere de optegnelser, der bruges til at lave globale klimaforudsigelser.

De nye resultater rapporteres i tidsskriftet Grænser i havvidenskab .

I mere end 500 millioner år, koraller har passivt holdt styr på skiftende havoverfladetemperaturer ved at registrere forholdet mellem calcium og strontium og oxygenisotoper i deres skeletter, sagde forskerne. Koralskeletterne - som er lavet af calciumcarbonatmineral - vokser lag som træringe, der har øgede mængder af strontium og den lettere isotop af ilt i den varmere årstid. Klimaforskere udnytter denne proces til at spore havoverfladetemperaturen gennem tiden.

Imidlertid, denne klimasporingsteknik er ikke uden sine mangler, sagde professor i geologi og mikrobiologi ved University of Illinois, Bruce Fouke, der ledede den nye forskning.

"Vi kan jorde sande koralbaserede temperaturrekorder på havoverfladen mod optegnelser lavet ved hjælp af temperatursonder, " sagde Fouke, "Bemærkelsesværdigt, koralregistreringerne er nøjagtige det meste af tiden, men der er tilfælde, hvor målingerne har været så meget som ni grader Celsius, og det skal der rettes op på."

For at dyrke deres skeletter, koralpolypper afsætter aragonit. Imidlertid, mineralet krystalliserer også fra havvand, sagde forskerne, og det kan give problemer, når man analyserer den oprindelige koralskeletkemi. Når havvand strømmer gennem den porøse koralstruktur, den afsætter nykrystalliseret aragonit oven på skeletter. Den nye aragonit, som kan registrere en anden havoverfladetemperatur, ændrer den oprindelige skeletkemi gennem en proces kaldet diagenese, sagde Fouke.

"Det er svært at skelne den diagenetiske aragonit fra det originale koralskelet uden at bruge kraftige mikroskoper, " sagde Kyle Fouke, en bachelorstuderende fra Bucknell University, Carl R. Woese Institut for Genomisk Biologi tilknyttet og medforfatter af undersøgelsen. "Det er også udfordrende at vide præcis, hvornår den diagenetiske ændring fandt sted - dage eller årtier efter, at skeletterne blev dannet. Medmindre du bruger de nyeste mikroskopiteknikker til at hjælpe med at udvælge dine prøver, du kunne samle og måle en blanding af de to meget forskellige temperaturrekorder."

For at teste dette, holdet indsamlede borekerner fra skeletterne af levende Porites-koralhoveder på 10 til 100 fods vanddybde på Great Barrier Reef ud for Australiens kyst. Disse store koralhoveder når næsten 10 fod i diameter, og nogle er vokset i hundreder af år.

"Baseret på vores analyser, vi ser, at de ældre dele af koralhovederne, der vokser i dybere havvand, indeholder en højere koncentration af diagenetisk aragonit, " sagde Kyle Fouke.

"Ved at bruge en bred vifte af lys, elektron- og røntgenmikroskopiteknikker - stillet til rådighed under ledelse af studiets medforfatter Mayandi Sivaguru, en associeret direktør ved Carl R. Woese Institute for Genomic Biology Microscopy Core ved U. of I. - vi var i stand til klart at skelne mellem det oprindelige skelet og diagenetisk aragonit, når tilstede, sagde Lauren Todorov, en molekylær og cellulær biologi bachelorstuderende og studie medforfatter.

Ved at bruge disse teknikker, holdet afslørede et væld af forskellige aragonit-krystallisationshistorier, lige fra sæsonbestemte variationer i skeletvækst til processer i mindre skala, der kan forekomme på daglige – selv hver time – cyklusser.

Ved at tage de ekstra skridt til at sortere den relative timing mellem skelet- og diagenetisk aragonitkrystallisation, holdet integrerede sine data med kemiske blandingsmodeller for calcium, strontium- og oxygenisotoper fra geokemiske undersøgelser af poritter fra Papua Ny Guinea. Fra dette, holdet skabte den første pålidelige og reproducerbare korrektionsfaktor, der bestemmer størrelsen af ​​fejl, som diagenetisk ændring kan placere på havoverfladetemperaturmålinger.

"Desuden fordi dette er opnået ved hjælp af carbonatmineralet aragonit, som er allestedsnærværende blandt livet i havet, den samme korrektionsfaktor kan bruges med andre havdyr, der udskiller carbonatskeletter og skaller, " sagde Bruce Fouke.

Havoverfladetemperaturregistreringer afledt af koralskeletkemi er guldstandarden for nøjagtige klimarekonstruktioner og fremtidige forudsigelser, sagde forskerne, og denne nye indsigt styrker kun dette værktøj yderligere.