В пещере Йондеруп, в 12 милях к северу от Перта, Австралия, Полин Требл путешествует во времени. Вместо того, чтобы сгибать законы физики, исследователь изучает записи прошлого Земли, запертого в сталагмитах и сталактитах - последних с потолка и первых с земли - вместе называемых образованиями.
Связанный контент
- Потусторонние фотографии изнутри Одна из крупнейших в мире речных пещер
- Китайские пещерные граффити рассказывают о столетиях засухи
Эти знаковые части пещер образуются, когда вода капает в подземную пасть, унося с собой минералы. Жидкость оставляет минералы позади, так же как вода из вашего душа оставляет отложения на плитке, а часть воды остается в ловушке между минеральными кристаллами. На протяжении веков эта красивая табличка становится капсулой времени: каждый минеральный слой содержит химические подсказки, или прокси, чтобы рассказать, что происходило над землей в течение определенной эпохи. Чем ближе к середине образования вы смотрите, тем дальше назад вы видите время.
Ученые, такие как Treble из Австралийской организации по ядерной науке и технике, изучают, как использовать композиции этих пещерных конусов для отслеживания древних приливов и отливов в климатических и погодных условиях. Надежда состоит не только в понимании прошлого, но и в том, чтобы получить представление о нашем будущем.
Теперь Требл и ее коллеги обнаружили, что пещерные образования также фиксируют записи древних лесных пожаров - и это представляет проблему. Сигнал для пожара очень похож на основной показатель изменения климатических условий, что означает, что ученые могут ошибочно принять локальные нарушения, такие как пожары, за более глобальные последствия.
«Это действительно должно быть доведено до сведения людей», - говорит Требл. «В противном случае люди могут неправильно истолковать эти прокси».
Высокие частоты не собирались искать древние огни. Она поехала в Йондеруп в надежде извлечь информацию об осадках в пещере и добавить к записи палеоклимата. «Должен был быть четкий сигнал», - говорит Требл, сигнал, подобный тем, которые другие научные спелецеры видели в других пещерах. Но, как ни странно, не было.
Проблема заключалась в том, что эти другие пещеры были расположены в умеренных частях Северного полушария. В Западной Австралии климат более сухой, средиземноморский. С странным отсутствием сигнала в ее пещере, она начала думать, что, возможно, прокси, которые использовали ученые с умеренным климатом, просто не транслировались вниз.
Но потом она подумала, что пожар, который, как она помнила, вспыхнул над пещерой в феврале. Как бы это изменило образования? Как будет выглядеть закодированный огонь? И могли ли его сигналы speleothem маскировать тот от дождя?
Она передала этот проект студенту Университета Нового Южного Уэльса Гуриндеру Награ. Он работал с Treble и ее коллегой Энди Бейкером, чтобы показать, как пожары влияют на землю, которую они сжигают, и как эти эффекты капают в пещеры.
Ученые взяли данные из этих соборных образований в пещере Йондеруп в Австралии. (Энди Бейкер) Кислород является одним из ключевых посредников, которые ученые используют для реконструкции прошлого, в частности, меняющегося соотношения между изотопами кислорода-18 и кислорода-16. В широком смысле в дождевой воде содержится больше кислорода-16, чем в морской воде, поскольку этот изотоп легче, поэтому он легче испаряется из океана, попадает в облака и затем падает обратно на Землю. Чем выше температура, тем больше кислорода-18 может испаряться, и тем больше воды испаряется, что означает, что количество осадков возрастает во всем мире.
Но читать отношения, которые обнаруживаются в пещерах и в разных климатических зонах, не просто, и их точное значение варьируется по всему миру.
«На юго-западе Австралии отношение количества кислорода к кислороду связано с двумя факторами: интенсивностью осадков и изменениями атмосферной циркуляции», - говорит Требл. Это открытие она подтвердила, изучив известные события 20-го века с осадками и современную Сталагмитовая запись. Для этой части Австралии Treble обнаружил, что более высокое соотношение - более тяжелый кислород по сравнению со светом - означает меньшее количество осадков или сдвиг западных ветров в южном полушарии.
В дополнение к сложностям, кажется, что кислородное отношение может быть столь же чувствительным к пожарам, как и к климату. Сообщения от этих двух смешаны в speleothems, и никто не знал это до сих пор.
Когда огонь пронизывает сухую область, он поражает или убивает растительность. Эти жертвы изменяют скорость испарения и испарения - как вода стекает через корни растений к их листьям, а затем прыгает в воздух в виде пара. Из-за колебаний флоры и пепла микробы почвы также смещаются, как и уровни элементов, таких как магний, кальций, калий и натрий. Земля становится темнее, чем прежде, что заставляет ее поглощать больше солнечного излучения.
Когда вода течет через почерневшую безжизненную почву, она собирает свидетельства изменения окружающей среды, и этот сигнал попадает в пещеры. Тогда встал вопрос: можно ли отделить признаки огня от признаков изменения климата? Награ глубоко вкопалась в данные о пещерах, чтобы раз в два месяца измерять места с августа 2005 г. по март 2011 г., анализ, который выявил отпечатки пожара, отпечатанные на спелеотемах.
Лесной пожар тлеет в регионе за пределами Перта, Австралия, в 2009 году. (Thorsten Milse / robertharding / Corbis) После пожара вода была более хлорированной и обогащенной калием и сульфатом, сообщается в результатах, представленных на конференции Американского геофизического союза в декабре, и в настоящее время рассматривается в отделе гидрологии и наук о Земле . Что наиболее важно, они увидели, что пожар также увеличил соотношение изотопов кислорода - этот традиционный стандарт прошлых исследований климата - до 2 частей на тысячу.
Такое, казалось бы, небольшое изменение фактически соответствует самым большим колебаниям климата, примерно от 2, 6 миллионов лет назад до настоящего времени. Ученые обнаружили, что ученые могут неправильно истолковывать соотношение кислорода как большие колебания климата, когда они действительно видят большое пламя.
По словам Фрэнка МакДермотта из Университетского колледжа Дублина, правильно интерпретированная реконструкция климата помогает ученым представить современные изменения в контексте, например, сравнить сегодняшние темпы изменений с естественной изменчивостью планеты в прошлом. И ученые используют данные палеоклимата, чтобы сделать более точные модели прошлого и настоящего и лучшие прогнозы на будущее.
«Если мы знаем, как климат изменился в прошлом, скажем, за последние несколько тысяч лет, мы можем запустить модель климата в обратном направлении от сегодняшнего дня ... и затем проверить, удастся ли модели воспроизвести известные климатические условия прошлого», - сказал он. говорит.
Исследование группы показывает, насколько важно понимать пещеру как отдельную систему, прежде чем использовать ее для создания таких обобщений о мире - хорошая тактика, изучаете ли вы людей или подземные камеры.
«По сути, ученый должен попытаться понять систему пещер и даже систему капельной воды, из которой был взят его или ее сталагмит, чтобы правильно интерпретировать более тонкие изменения», - говорит Макдермотт.
Проект, возглавляемый Грегом Хакимом из Вашингтонского университета в Сиэтле, в настоящее время включает базу данных Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) по изотопно-кислородным измерениям в эти модели, чтобы выполнить именно эти проверки. И здесь могут помочь новые результаты.
«Те, на кого влияют местные факторы, выгоняются», - говорит Бейкер. Теперь ученые, возможно, могут выбросить пещеры, которые были сожжены.
Новые растения прорастали примерно через шесть месяцев после пожара возле пещеры Йондеруп. (Полин Требл) Используя ту же базу данных NOAA и новые результаты Награ, палеоклиматологи также могут восстановить историю пожаров в регионе. «Вы, вероятно, не можете сделать это с [измерением изотопов кислорода] самостоятельно, но с другими вещами, которые были бы более изолированными с точки зрения их влияния», - предостерегает Награ.
Это означает, что для такой работы нужен настоящий отпечаток огня - тот, который на самом деле уникален. Treble говорит, что решение может быть следы металлов. В сочетании с данными по кислороду они могут построить сильную хронологию пожаров. Эта запись, особенно в засушливых районах, подобных тем, что приведены в данном исследовании, часто является частью сюжета о климате. Мы видим это сейчас, когда на американском Западе усиливаются лесные пожары из-за засухи, более высоких температур, более продолжительных жарких сезонов и более сильных штормов.
Что касается австралийских пещер, «мы пытаемся сузить, как эти процессы связаны в долгосрочной перспективе, и какое влияние мы можем ожидать при дальнейшем усыхании этого региона», - говорит Требл.
Ученые также надеются увидеть, как будущие пожары повлияют на местную экологию и сами пещеры, поэтому Австралийский исследовательский совет финансировал это исследование. Награ и его советники объединились с Управлением окружающей среды и наследия, которое управляет национальными парками Австралии.
«В Новом Южном Уэльсе у нас есть государственная политика, в которой они не контролировали или не предписывали сжигание пещер или карста в национальных заповедниках, потому что они не знали, какое влияние это окажет», - говорит Бейкер. «Чтобы предупредить, у них не было огня. Может быть, мы сможем дать им достаточно доказательств того, что они могут изменить политику, если это в наилучших интересах ».
