Undersøgelser af grotteklipper giver vindue til gamle civilisationer

Der er en vis romantik til speleologi, studiet af huler, hvis du kan se forbi kulden og fugten og mørket. Huler er gamle og ofte smukke steder. Og de kan være nyttige. Klippeformationer i huler, det viser sig, rummer kemiske hemmeligheder i sig, der giver et vindue til både gamle civilisationer og fremtidens klima.

Mange mennesker tænker på speleothems, eller hule klipper, som værende matte og brune. Men de kommer i en bred palet af farver. "Jeg var for nylig sammen med en ven i en forladt mine, hvor der var nogle sten, der havde en blålig, grønlig glans, fordi de havde meget kobber i dem, " sagde Dr. Sebastian Breitenbach. "Det er virkelig sjældent at se det."

Tænk på et speleothem, og du forestiller dig sandsynligvis drypsten og stalagmitter. (For at huske hvad der er hvad, prøv at tænke på, at drypsten skal holde godt fast; det er dem, der hænger fra loftet.) Disse klipper dannes, når vandet drypper ind i en hule, og det opløste karbonat, det indeholder, udfældes gradvist. Du får også flowstones dannet af underjordiske vandløb og tyndvæggede rør af sten kendt som 'sodavandsstrå'.

Disse sten vokser smerteligt langsomt:nogle få tiendedele af en millimeter om året i de hurtigste tilfælde. Det betyder, at drypsten kan være titusinder af år gamle. Og fordi grottesten nedlægges gradvist af individuelle dråber vand, den gemmer en registrering af deres kemiske sammensætning.

Det viser sig, at nogle af disse kemiske signaturer varierer afhængigt af klimaet på det tidspunkt. Tag for eksempel forholdet mellem to isotoper af ilt, oxygen-16 og oxygen-18. Regnvand indeholder et specifikt forhold mellem de to og så ved at male prøver fra speleothems ned og analysere isotopforholdet på forskellige punkter langs klippens længde, geokemikere kan få et hint om, hvor regnfuldt det var, eller hvor regnen stammer fra, da stenen blev dannet. Der er også masser af andre proxyer end ilt.

Gammel

Denne optegnelse over oldtidsklima, der er begravet i sten, viser sig at være nyttig til at give os et greb om, hvordan livet var for gamle civilisationer. Det kan også fortælle os om perioder som det mystiske bronzealdersammenbrud.

Dette var den 50-årige periode, hvor flere store civilisationer i Middelhavet, inklusive det egyptiske imperium, mykenerne og hetitterne, alle kollapsede omkring 3, 000 år siden. Nogle mener, at det kan have været at gøre med en megatørke, der ramte regionen. Men dette er en kontroversiel idé, og der er masser af andre teorier. Nogle gamle tekster lægger skylden på invaderende horder kendt som 'havfolkene'.

Data fra huler kan hjælpe med at belyse, hvad der kunne være foregået ved i det mindste at vise, hvornår og hvor der var tørke. Men der er huller i data, ikke mindst når det kommer til Tyrkiet.

"Tyrkiet har været hjemsted for mange vigtige gamle menneskelige kulturer, fra nogle af verdens tidligste landbrugssamfund i palæolitikum til mere moderne samfund som hettitterne, klassiske grækere, romersk, byzantinske og osmanniske imperier, " sagde Dr. Ezgi Unal-Imer ved Middle East Technical University i Ankara, Kalkun. "Vi er sikre på, at de må have været stærkt påvirket af (ændrede) miljøforhold."

Derfor begyndte hun Speleotolia-projektet, med det mål at indsamle højopløselige palæoklimadata fra Tyrkiet. Hun har indsamlet prøver fra huler i løbet af de sidste par år, herunder 10 stalagmitter fra det vestlige Tyrkiet.

Fem af disse dækker Holocæn-perioden, og hun har en prøve, der giver en kontinuerlig vækstlinje tilbage 1, 825 år. "Dette dækker næsten hele den almindelige æra - det er en rigtig god prøve, " hun sagde.

Hun er lige nu halvvejs i at bore 420 prøver, som vil hjælpe hende med at rekonstruere tidligere klimaforhold. Dr. Unal-Imer er spændt på, hvad de vil afsløre. Vi ved bare ikke, hvad vi finder, hun siger.

Regn

Én ting vil hendes projekt ikke gøre, imidlertid, er kvantificere, hvor meget regn der faldt i et givet år i fortiden.

I øjeblikket, de fleste speleothem-data kan kun signalere kortsigtede klimatendenser, siger Dr. Breitenbach, der er baseret på Northumbria University i Newcastle, Storbritannien. Med andre ord, det kan fortælle os, at en bestemt periode var meget mere regnfuld end den før – men ikke hvor mange millimeter regn der faldt. Hvorfor så?

Godt, lad os tage forholdet mellem iltisotoper i en sten igen. I sandhed, selvom dette er påvirket af nedbør, skubbes det også op og ned af andre faktorer som temperatur, og topografien og fugtigheden af ​​den særlige hule.

QUEST-projektet, som Breitenbach ledede, forsøger at ændre denne usikkerhed, ved at bruge to strategier. Den første involverer detaljeret arbejde på en af ​​Waitomo-hulerne i New Zealand. Planen er at måle mange fuldmagter parallelt og se, hvordan de alle varierer over tid. Variationer i én proxy kan være forårsaget af flere faktorer, og det er umuligt at vide, hvor meget hver af dem har bidraget. Men se på variationerne i 10 eller 15 fuldmagter i tandem, og der burde kun være én hypotese for, hvordan nedbøren har ændret sig kvantitativt, sige, det passer med alle fakta. "Så er det ligesom en Agatha Christie-krimi, " sagde Dr. Breitenbach. "Alle de kendsgerninger, som vi lærte af fuldmægtige, skal passe ind i fortolkningen."

Et minus til denne strategi, imidlertid, er, at det kræver en detaljeret forståelse af hulen, hvor speleothem-prøverne blev taget. Det betyder, at forskerne bliver nødt til at tilkalde deres indre detektiv på ny med næsten hver stenprøve.

Den anden strategi er at opdage nye proxyer, der i virkeligheden kun påvirkes af én variabel og derfor kan levere kvantitative data direkte. Dr. Adam Hartland ved University of Waikato i Hamilton, New Zealand har stået i spidsen for denne del af arbejdet.

Kalibrer

Han har opdaget nogle molekyler kendt som organo-metalliske komplekser, for hvilke det er muligt at kvantificere, hvordan de ændrer sig i grotteklipper som reaktion på temperatur i detaljer. Tricket vil være at kalibrere denne proxy, så vi kan sige, at en måling af en vis mængde af komplekset betegner en bestemt temperatur. "Vi ved, hvordan man gør det - men vi har ikke helt gjort det endnu, " sagde Dr. Breitenbach.

Hvad har alt dette dog med fremtiden at gøre? Godt, høst af information om fortiden er afgørende for at besvare spørgsmål om, hvad der vil ske med nedbør og temperatur i lyset af klimakrisen. Tag El Niño-Southern Oscillation (ENSO), et vejrmønster, der påvirker havtemperaturer og skifter regn rundt på den sydlige halvkugle med katastrofale effekter på fiskeri og landbrug.

I øjeblikket, vi har en dårlig forståelse af, hvordan ENSO tidligere blev påvirket af klimaændringer. Men med speleothems, vi kan gå tilbage i tiden og se på en periode, der var særlig varm. "Vi kan se, hvor ofte der var El Niños, hvor stærke var de, og hvor var deres stærkeste virkninger? Så kan vi bruge fortiden som en nøgle til fremtiden, " sagde Dr. Breitenbach.