Gamle regnmåler:Nye beviser forbinder grundvand, klimaændringer i dyb tid

Ændringer i grundvandet for millioner af år siden skabte skiftevis lag af levende gul og brun i mineralet sphalerit, og disse variationer stemmer overens med bevægelser i Jordens bane, der påvirkede klimaet i den dybe fortid, Det fandt forskere fra Penn State.

Resultaterne giver nye beviser for, hvordan ændringer i klimaet påvirkede planetens nedbør og grundvand, en proces, som forskere ikke har veldokumenteret, sagde forskerne.

"Denne undersøgelse viser, at sphaleritbinding kan bruges som et fingeraftryk af grundvand i den geologiske fortid, "sagde Mingsong Li, assisterende forskningsprofessor i geovidenskab ved Penn State. "Grundvand er afgørende for at forstå den globale havniveauændring, kemisk forvitring og landskabsudvikling, og denne undersøgelse præsenterer en ny idé til at hjælpe med at skelne grundvands rolle i jordsystemet. "

Øget nedbør påvirkede den farvede bånd i sphaleritprøver fra Upper Mississippi Valley Ore Mineral District i det amerikanske Midtvest, sagde forskerne. Mere nedbør fører til iltrigt grundvand, der strømmer til dybder, hvor mineralet dannes, og den øgede oxidation resulterede i lysere gule bånd. Tørre tider gav mørkere brune farver.

Ved hjælp af ny datingteknologi, forskerne fandt, at disse aflejringsmønstre svarede til ændringer i Jordens kredsløb over titusinder til hundredtusinder af år, kendt som Milankovitch astronomiske cyklusser.

Disse cyklusser refererer til ændringer i formen på Jordens kredsløb og variationer i dens rotation, der kan have ført til varmere, vådere forhold i perioder fra 299 millioner til 252 millioner år siden, da sphaleritten dannedes, sagde forskerne.

"Det, vi laver, er at gifte geokemisk forskning om malme med det, vi ved om astronomiske cyklusser fra meget forskellig forskning, "sagde Hubert Barnes, fremtrædende professor emeritus ved Penn State. "Ingen har nogensinde gjort et forsøg på dette før."

Forskningen bygger på tidligere arbejde, der viser hydrotermiske væsker, der skabte malmaflejringer i dagens Iowa, Illinois og Wisconsin startede som grundvand i Appalachian Mountains. Vandet blev opvarmet ved geotermiske processer og opsamlede metaller og opløste stoffer undervejs.

Men i tider med stor nedbør, nye grundvandskilder strømmede til omtrent 3, 000 fod under overfladen med højere iltindhold og blanding med de hydrotermiske væsker for at skabe forskellige farvede bånd i sphaleritten.

Forskerne digitaliserede en gråtoneprofil af sphaleritten fra Wisconsin og analyserede båndene ved hjælp af ny computersoftware, der kan registrere periodiske signaler i prøverne. De fandt tydelige frekvenstoppe i bandingen, der korrelerer med Milankovitch -cyklerne.

Resultaterne - offentliggjort i dag (12. november) i tidsskriftet Geokemiske perspektivbreve - kunne hjælpe med at forklare ændringer i havets overflade i tider i Jordens historie, hvor planeten var for varm til is, sagde forskerne.

Ændringer i grundvand kan have reel indvirkning på havets overflade. Hvis alt grundvand drænes i oceanerne i dag, havstanden ville stige mere end 180 fod, ifølge forskerne.

Men fremskrivninger af det langsigtede globale gennemsnitlige havniveau på tidsskalaer på hundredvis til tusinder af år inkluderer ofte ikke bidrag fra landvandslager, sagde forskerne. Det mellemstatslige panel om klimaændringer, for eksempel, anser vandlagring på landbidrag til stigning i havniveauet for at være lille.

"Denne forskning åbner en ny måde at evaluere klimakontrol på grundvandsaktiviteter i forbindelse med globale vandcyklusser, "Sagde Li." Dette er det første direkte bevis for at vise grundvandsaktiviteter i den dybe fortid. "