Это связано с тем, что доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде в Университете Вандербильта является членом небольшой группы ученых-геологов, первопроходцев в использовании залежей минеральных пещер, известных под общим названием образования, в качестве заместителей для доисторического климата.
Оказывается, постоянное капание воды глубоко под землей может раскрыть удивительное количество информации о постоянно меняющихся циклах холода и жары, осадков и засухи в турбулентной атмосфере наверху.
Когда вода просачивается сквозь землю, она собирает минералы, чаще всего карбонат кальция. Когда эта богатая минералами вода капает в пещеры, она оставляет за собой минеральные отложения, которые образуют слои, которые растут во время влажных периодов и образуют пыльную кожу, когда вода высыхает.
Сегодня ученые могут датировать эти слои с чрезвычайной точностью, основываясь на радиоактивном распаде урана на его дочерний продукт торий. Вариации толщины слоев определяются сочетанием количества воды, просачивающейся в пещеру, и концентрации углекислого газа в атмосфере пещеры, поэтому при подходящих условиях они могут служить мерой того, как количество осадков выше пещера меняется со временем.
Анализируя соотношение тяжелых и легких изотопов кислорода, присутствующих в слоях, исследователи могут отслеживать изменения температуры, при которой вода первоначально конденсировалась в капли в атмосфере, а также то, было ли место происхождения осадков местным или в случае длительного путешествия. путь до падения на землю.
Ценность этой информации подтверждается результатами исследования, опубликованного 19 мая в журнале Geophysical Research Letters группой Остера в сотрудничестве с коллегами из Геохронологического центра Беркли, Национального музея естественной истории Смитсоновского института и Кембриджского университета под названием " Сталагмит на северо-востоке Индии показывает изменение климата за десятилетие в Тихом океане: последствия для переноса влаги и засухи в Индии."
В ходе исследования Остер и ее команда подробно описали рост сталагмита за последние 50 лет, который образовался в пещере Маумлух в районе Восточных холмов Хаси в северо-восточном индийском штате Мегхалая, районе, который считается самым дождливым местом на Земле.
Исследования исторических данных в Индии показывают, что уменьшение количества муссонных дождей в центральной части Индии произошло, когда температура поверхности моря в определенных регионах Тихого океана была выше, чем обычно. Эти естественные повторяющиеся "аномалии" температуры поверхности моря известны как Эль-Ниньо-Модоки, которое происходит в центральной части Тихого океана, и Тихоокеанское десятилетнее колебание, которое имеет место в северной части Тихого океана. (Напротив, исторические записи показывают, что традиционное Эль-Ниньо, которое происходит в восточной части Тихого океана, мало влияет на уровень осадков на субконтиненте.)
Когда исследователи проанализировали летопись сталагмита Маумлуха, результаты совпали с историческими записями. В частности, они обнаружили, что во время событий Эль-Ниньо-Модоки, когда в центральной Индии происходила засуха, химический состав минералов предполагал, что над пещерой происходили более локальные штормовые явления, в то время как в периоды, не связанные с Эль-Ниньо, вода, просачивающаяся в пещеру, перемещалась. намного дальше, прежде чем он упадет, что является типичной картиной муссонов.
«Теперь, когда мы показали, что запись пещеры Маумлух согласуется с инструментальной записью за последние 50 лет, мы надеемся использовать ее для исследования отношений между индийскими муссонами и Эль-Ниньо в доисторические времена, такие как голоцен», — сказал Остер.
Оптимальный климат в голоцене — это период глобального потепления климата, который произошел от шести до девяти тысяч лет назад. В то время глобальные средние температуры были где-то на четыре-шесть градусов по Цельсию выше, чем сегодня. Это диапазон потепления, который прогнозируют климатологи из-за накопления парниковых газов в атмосфере в результате деятельности человека.
Таким образом, информация о поведении муссонов во время голоцена может дать ключ к разгадке его вероятного поведения в будущем. Эти знания могут быть очень важны для 600 миллионов человек, живущих на Индийском субконтиненте, которые зависят от муссонов, которые обеспечивают 75 процентов годового количества осадков.
"Исследование на самом деле стало результатом случайного открытия", — сказал Остер.
Аспирант Вандербильта Крис Майерс посетил пещеру, которую соавтор Себастьян Брайтенбах из Кембриджа изучал в течение нескольких лет, чтобы посмотреть, достаточно ли в ней сломанных образований, чтобы они могли использовать их для датирования крупных доисторических землетрясений в этом районе.
Майерс обнаружил несколько обломков столбцов величиной 8 баллов.6.Землетрясение в Ассаме, Тибет, 1950 г. Но он также обнаружил ряд новых сталагмитов, которые начали расти на сломанных основаниях.
Когда он подробно изучил их, он обнаружил, что они имеют очень толстые слои и высокие концентрации урана, что делает их идеальными для анализа.
Из-за большого количества воды, поступающей в пещеру, сталагмит, который они выбрали для анализа, вырос примерно на 2.5 сантиметров за 50 лет. (Если это кажется медленным, сравните его с темпами роста в несколько миллиметров за тысячу лет, обнаруженными в пещерах в засушливых регионах, таких как Сьерра-Невада.) В результате годовые слои в среднем составили около 0.Толщина 4 миллиметра — достаточно, чтобы исследователи могли получить от семи до восьми образцов на слой, что немного лучше, чем одно измерение каждые два месяца. Количество информации о климате, которую ученые могут извлечь из сталагмитов и сталактитов в пещере, поразительно.
Но ценность этого подхода существенно возрастает по мере увеличения числа пещер, которые могут действовать как климатические прокси.
Это непростая задача. Поскольку каждая пещера уникальна, ученые должны изучить ее в течение нескольких лет, прежде чем они поймут ее достаточно хорошо, чтобы использовать ее в качестве прокси.
Например, они должны установить, сколько времени требуется воде, чтобы перейти с поверхности в пещеру, фактор, который может варьироваться от дней до месяцев.
Попытки использовать залежи полезных ископаемых в пещерах в качестве климатических индикаторов начались в 1990-х годах.
В настоящее время существует всего несколько десятков ученых, которые занимаются этим направлением исследований, и они таким образом проанализировали месторождения полезных ископаемых от 100 до 200 пещер.