Som en metronom:Stalagmitvækst viste sig at være overraskende konstant

At kigge ind i en stalagmit er at se tilbage i tiden titusinder af år for at se, hvordan Jordens klimamønstre har formet den verden, vi lever i i dag.

Som træringe, hule stalagmitter er en portal til en forhistorisk jord, og nu har videnskabsmænd fra UNSW Sydney fundet ud af, at de konsekvent er pålidelige som tidsregistrere verden over.

I en global undersøgelse af vækstegenskaberne af stalagmitter fordelt over hele verden, forskerne fandt, at mens vækstudsving på grund af klimabegivenheder er tydelige i den kortere periode, stalagmitvækst over de længere perioder - titusinder af år - er overraskende lineær.

"Vores nye globale analyse viser, at vi kan betragte stalagmitvækst som værende som en metronom og meget konstant over hundreder og tusinder af år, " siger professor Andy Baker, UNSW School of Biological, Jord- og miljøvidenskab.

"Nogle gange kan ekstreme vejrbegivenheder forstyrre denne metronom i et par år, gør væksten lidt hurtigere eller langsommere, og det kan vi bruge til at udforske klimavariationer.

"Men generelt set stalagmitvækst er forudsigelig, og det er denne unikke egenskab, der gør dem så værdifulde for forskere - du kan se tiden i fortiden ved at bruge de meget regelmæssige vækstringe, der er bredt til stede over hele kloden."

Stalagmitter, som vokser fra hulegulve, når vandet drypper fra drypsten ved hulens loft, er resultatet af kemikalier, der transporteres af vandet i opløsning, der bliver til fast form i hulen. De er bygget af lag af calcitkrystaller, som kan stables perfekt oven på hinanden, hvis intet forstyrrer væksten.

"Men i virkeligheden, der er mange forstyrrelser i huler, " siger prof. Baker.

"Små partikler fra jorden ovenover og sporelementer af kemikalier kan forstyrre stablingen for at skabe porer mellem voksende krystaller eller endda lidt ændre deres form i morfologien - eller stoffet - af de voksende krystaller."

Stadig vækst

Forskere har brugt stalagmitter som målere af forskellige dele af planetens forhold gennem årtusinder i nogen tid, men om alle stalagmitter voksede på samme måde i huler med forskellige klimatiske forhold forblev uvist - indtil nu.

"Før denne analyse, vi havde ikke beviser for, at stalagmitter kun findes i regioner med sæsonbestemt nedbør, Det var heller ikke indlysende, at vækstraten for stalagmit er relativt uændret over tid, og at dette er en allestedsnærværende egenskab, " siger prof. Baker.

"Det, vi har lært, er, at for at et miljøsignal skal bevares i variationer i tykkelsen af ​​stalagmitlag, en stor forstyrrelse af vejrmønstre er påkrævet - såsom længerevarende våde eller tørre år forbundet med El Niño eller La Niña.

"Men i regioner, hvor der er en sæsonbestemt nedbør, den langsigtede konstante vækstrate af laminerede stalagmitter giver en uovertruffen kapacitet til præcis kronologisk opbygning."

Forskerne fandt ud af, at mellem forskellige steder rundt om i verden, varmere klimaer havde en tendens til mere stalagmitvækst over tid, mens koldere klimaer så væksten aftaget.

Men forskningen viste, at størstedelen af ​​stalagmitprøver, uanset placering, fulgt en lineær vækst over tidsskalaen på titusinder af år.

"Den 'globale gennemsnitlige stalagmit' steg i højden med omkring en meter i løbet af de sidste 11, 000 år, " siger prof. Baker.

Snapshot af fortiden

At analysere den måde, laminae er organiseret på, kan hjælpe videnskabsmænd med at læse miljøforhold og vejrbegivenheder fra en fjern fortid. I sæsonbestemte klimaer, disse ændringer i stoffet kan forekomme med jævne mellemrum, producerer lag, de kalder 'årligt laminerede stalagmitter." Men når ekstreme vejrbegivenheder opstår, som det sker med El Niño/La Niña Southern Oscillation-fænomenet, der involverer megatørke, skovbrande og oversvømmelser, variationer af tykkelser af stalagmitplader kan give vitale spor.

"Vi kan bruge andre kemiske beviser i stalagmitter til at få optegnelser over tidligere miljøændringer, og ved præcis hvornår dette skete, " siger prof. Baker.

"For eksempel, på UNSW rekonstruerer vi brandhistorier fra hule-stalagmitter for første gang. Arbejder i det vestlige Australien, og ved at bruge stalagmitter, der har disse kontinuerlige laminater og regelmæssig vækst, vi kan identificere, hvor ofte brande er opstået i fortiden, ud fra de spor, der er efterladt fra den opløselige del af bushbrandaske, der bliver transporteret til stalagmitten med drypvand."

Forskerne siger, at de stadig har begrænset forståelse for, hvordan krystaller vokser inden for hver lamina, så fremtidige undersøgelser kunne undersøge den indre struktur af laminae og de involverede krystalvækstmekanismer.

Analysen, "Egenskaberne af årligt laminerede stalagmitter - En global syntese, " blev offentliggjort i april-udgaven af Anmeldelser af geofysik tidsskrift.