Yonderup-luolan sisällä, 12 mailia pohjoiseen Perthistä, Australiasta, Pauline Treble kulkee ajan myötä. Fysiikan lakien taivuttamisen sijaan tutkija tutkii maapallon menneisyyden rekistereitä, jotka ovat lukittuina stalagmiiteihin ja stalaktiiteihin - jälkimmäisiä katosta ja entisiä maasta -, joita yhdessä kutsutaan speleoteemiksi.
Asiaan liittyvä sisältö
- Maailman valokuvia yhden maailman suurimmista jokiluolasta sisältä
- Kiinalainen luolagraffiti kirjaa vuosisatojen kuivuus
Nämä luolien ikoniset osat muodostuvat, kun vesi tippuu maanalaiseen maguun, kantaen mineraaleja mukana. Neste jättää mineraalit taakse, aivan kuten suihkusi vesi jättää kerrostumia laatalle ja osa vedestä jää loukkuun mineraalikiteiden väliin. Vuosisatojen ajan tästä kauniista plakista tulee aikakapseli: Jokaisessa mineraalikerroksessa on kemiallisia vihjeitä tai valtakirjoja kertoakseen mitä tapahtui maanpinnan yläpuolella tietyn aikakauden aikana. Mitä lähemmäksi speleoteemin keskustaa katsot, sitä kauemmas ajassa näet.
Tiedemiehet, kuten Treble, Australian ydintutkimus- ja teknologiajärjestöstä, oppivat käyttämään näitä luola-kartiokoostumuksia jäljittämään muinaisia ebbejä ja virtauksia ilmastossa ja säässä. Toivon on ymmärtää paitsi menneisyys myös saada mahdollisia tulevaisuudennäkymiä.
Nyt Treble ja hänen kollegansa ovat huomanneet, että luolamuodostumat myös tallentavat muinaisia tulipaloja - ja se on ongelma. Palosignaali näyttää suurelta osin ilmasto-olosuhteiden muutoksen välityspalvelimelta, mikä tarkoittaa, että tutkijat saattavat sekoittaa paikalliset häiriöt, kuten tulipalot, globaalien vaikutusten vuoksi.
"Siihen on todella kiinnitettävä ihmisten huomio", Treble sanoo. "Muuten ihmisillä on paljon potentiaalia tulkita näitä valtakirjoja väärin."
Treble ei lähtenyt etsimään muinaisia tulipaloja. Hän matkusti Yonderupiin toivoen saadakseen luolan sademäärätiedot ja lisätäkseen paleoklimaattisen ennätysluettelon. "Pitäisi olla selkeä signaali", Treble sanoo, signaali, kuten muutkin tieteelliset taitajat olivat nähneet muissa luolissa. Mutta salaperäisesti ei ollut.
Ongelmana oli, että nämä muut luolat sijaitsivat pohjoisen pallonpuoliskon lauhkeissa osissa. Länsi-Australiassa ilmasto nousi kuivemmaksi, Välimeren tasolle. Luolassaan olleen omituisen signaalin puutteen takia hän alkoi ajatella, että kenties lempeät tutkijat käyttivät välityspalvelimia vain kääntämättä.
Mutta sitten hän katsoi, että muistoksi joutunut tulipalo oli hellyttänyt luolan yläpuolella helmikuussa. Kuinka se olisi muuttanut puhetta? Miltä koodattu tuli näyttää? Ja voisiko sen speleoteemiset signaalit peittää yhden sademäärästä?
Hän siirsi projektin New South Walesin yliopiston perustutkintoa suorittaneelle Gurinder Nagralle. Hän työskenteli Treblen ja hänen kollegansa Andy Bakerin kanssa paljastaakseen, kuinka tulipalot vaikuttavat heidän polttamaansa maahan ja kuinka nuo vaikutukset tippuvat luolaan.
Tutkijat ottivat tiedot näistä katedraalin kaltaisista muodostelmista Yonderup-luolassa Australiassa. (Andy Baker) Happi on yksi keskeisimmistä asiamiehistä, joita tutkijat käyttävät rekonstruoidakseen menneisyyttä, erityisesti muuttuvien suhteiden välillä happea-18 ja happea-16. Laajassa mielessä sadevedessä on enemmän happea-16 kuin merivedessä, koska tämä isotooppi on kevyempi, joten se haihtuu helpommin valtamerestä, löytää tiensä pilviin ja putoaa sitten takaisin maan päälle. Mitä lämpimämpi lämpötila, sitä enemmän happea-18 voi myös haihtua - ja mitä enemmän vesi haihtuu, eli sademäärä kasvaa maailmanlaajuisesti.
Mutta lukeminen luolissa ja eri ilmastovyöhykkeissä näkyviin suhteisiin ei ole helppoa, ja niiden tarkka merkitys vaihtelee ympäri maailmaa.
"Lounais-Australiassa sade [happea] -suhde liittyy kahteen asiaan: sadetapahtumien voimakkuuteen ja ilmakehän muutoksiin", kertoo Treble, havainnon, jonka hän on todennut tarkastelemalla tunnettuja 1900-luvun sademäärätapahtumia ja modernia stalagmiittitietue. Tätä Australian osaa varten Treble on havainnut, että korkeampi suhde - enemmän raskasta happea valoon verrattuna - tarkoittaa vähemmän voimakasta sadetta tai muutosta eteläisen pallonpuoliskon länsituulissa.
Lisättyä monimutkaisuuksiin näyttää siltä, että happisuhde voi olla yhtä herkkä konflataatioille kuin ilmastolle. Näiden kahden viestit sekoitetaan speleotemoihin, ja kukaan ei tiennyt sitä toistaiseksi.
Kun tulipalo räjähtää kuivaan alueeseen, se luonnehtii tai tappaa kasvillisuuden. Nuo uhrit muuttavat imeytymisen ja haihtumisen nopeutta - miten vesi juoksee kasvien juurten läpi lehtiin ja sitten hyppää ilmaan höyrynä. Kasvistoheilahtelujen ja tuhkan vuoksi myös maaperän mikrobit muuttuvat, samoin kuin alkuaineiden, kuten magnesiumin, kalsiumin, kaliumin ja natriumin, pitoisuudet. Maasta tulee tummempi kuin ennen, mikä aiheuttaa sen, että se absorboi enemmän auringon säteilyä.
Kun vesi virtaa mustatun, eloton maan läpi, se kerää todisteita muuttuneesta ympäristöstä ja signaali laskeutuu luolaan. Sitten tuli kysymys, voisiko tulipalon merkit erottaa ilmastonmuutoksen merkkeistä? Nagra kaivoi syvälle luolatietoja selvittääkseen kahden kuukauden välein alueiden mittauksista elokuusta 2005 maaliskuuhun 2011 analyysin, joka paljasti speleotomeihin puristetun tulen sormenjäljet.
Metsäpalo palaa Australian Perthin ulkopuolella sijaitsevalle alueelle vuonna 2009. (Thorsten Milse / robertharding / Corbis) Tulipalon jälkeinen vesi oli enemmän kloorattua ja rikkaampaa kaliumilla ja sulfaatilla, ryhmä raportoi tuloksissa, jotka esitettiin Yhdysvaltain geofysikaalisen liiton konferenssissa joulukuussa ja joita tarkastellaan nyt hydrologia- ja maajärjestelmätieteissä . Mikä tärkeintä, he näkivät, että tulipalo lisäsi myös happea isotooppisuhdetta - tätä perinteistä standardia aiemmissa ilmastotutkimuksissa - jopa 2 osalla tuhannesta.
Tällainen näennäisesti pieni muutos on tosiasiassa verrattavissa suurimpiin ilmastonvaihteluihin noin 2, 6 miljoonan vuoden takaisesta nykypäivään. Tutkijat, ryhmä löysi, saattavat harkita happosuhteiden väärää ilmaston suurina heilahteluina, kun he tosiasiassa näkevät suuria liekkejä.
Oikein tulkittu ilmaston jälleenrakentaminen auttaa tutkijoita asettamaan nykypäivän muutokset kontekstiin, kuten vertaamaan nykyistä muutosastetta planeetan aikaisempaan luonnolliseen vaihteluun, sanoo Frank McDermott Dublinin yliopisto-yliopistosta. Ja tutkijat käyttävät paleoklimaattista tietoa tehdäkseen tarkempia malleja menneisyydestä ja nykyisyydestä sekä parempia ennusteita tulevaisuudelle.
"Jos tiedämme, kuinka ilmasto muuttui menneisyydessä - sanotaanpa muutaman viime tuhannen vuoden aikana -, voimme ajaa ilmastomallin taaksepäin nykypäivästä ... ja sitten tarkistaa, pystyykö malli toistamaan tunnetut aiemmat ilmasto-olosuhteet", hän sanoo.
Ryhmän tutkimus osoittaa, kuinka tärkeää on ymmärtää luola yksilöllisenä järjestelmänä ennen kuin käytät sitä sellaisten yleistysten tekemiseen maailmasta - hyvä taktiikka tutkitko ihmisiä vai maanalaisia kammioita.
"Pohjimmiltaan tutkijan on yritettävä ymmärtää luolajärjestelmä ja jopa tiputusvesijärjestelmä, josta hänen stalagmiittista on otettu näytteitä, jotta voidaan tulkita oikein hienoimpia muutoksia", sanoo McDermott.
Seattlessa sijaitsevan Washingtonin yliopiston Greg Hakimin johtamassa projektissa yhdistetään parhaillaan National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) -tietokanta happi-isotooppimittauksista näihin malleihin tarkalleen näiden tarkastusten suorittamiseksi. Ja siellä uudet havainnot voivat auttaa.
"Paikallisten tekijöiden vaikutukset alkaa potkaista", Baker sanoo. Nyt tutkijat voivat ehkä potkia poltettuja luolia.
Uudet kasvit itävät noin kuusi kuukautta metsäpalon jälkeen Yonderupin luolan lähellä. (Pauline Treble) Käyttäen samaa NOAA-tietokantaa ja Nagran uusia tuloksia, paleoklimatologit saattavat myös pystyä rekonstruoimaan alueen palohistorian. "Et todennäköisesti voi tehdä sitä [hapen isotooppimittauksella] yksinään, mutta muilla asioilla, jotka olisivat eristyneempiä niiden vaikutuksen suhteen", Nagra varoittaa.
Tämä tarkoittaa, että tällainen työ tarvitsee todellisen tulen sormenjäljen - joka on todella ainutlaatuinen. Treble kertoo, että ratkaisu voi olla hienometalleja. Yhdistettynä happea koskeviin tietoihin ne voisivat rakentaa vahvan palohistorian aikajanan. Tämä ennätys, etenkin kuivilla alueilla, kuten tämän tutkimuksen kaltaiset, on usein osaesitys ilmastokertomuksesta. Näemme sen nyt, kun tulipalot lisääntyvät Yhdysvaltojen lännessä kuivuuden, korkeampien lämpötilojen, pidempien kuumien vuodenaikojen ja suurempien myrskyjen vuoksi.
Australian luolien kanssa ”yritämme rajata miten nämä prosessit kytkeytyvät pitkällä aikavälillä ja millaisia vaikutuksia voimme odottaa näkevän alueen lisää kuivumisen myötä”, Treble sanoo.
Tutkijat toivovat myös näkevänsä, miten tulevat tulipalot vaikuttavat paikalliseen ekologiaan ja itse luoliin, minkä vuoksi Australian tutkimusneuvosto rahoitti tätä tutkimusta. Nagra ja hänen neuvonantajansa ryhtyivät ympäristö- ja kulttuuriperinnön toimistoon, joka hallinnoi Australian kansallispuistoja.
"Uudessa Etelä-Walesissa meillä on valtion politiikka, jossa heillä ei ole ollut minkäänlaista hallittua tai määrättyä luolien tai karstin polttamista kansallisissa suojelualueissa, koska he eivät tienneet, mitä vaikutuksia sillä olisi", Baker sanoo. ”Varotoimenpiteenä heillä ei ole ollut tulipaloa. Ehkä voimme antaa heille tarpeeksi todisteita siitä, että he voivat muuttaa käytäntöä, jos se on parhaan edun mukaista. "
