破译线索锁定在洞穴沉积的史前气候变化


当谈话转向天气和气候时,大多数人的想法自然而然地向上漂向云层,但是杰西卡·奥斯特沉入地下世界的钟乳石和石笋。

那是因为范德比尔特大学的地球和环境科学助理教授是一小群地球科学家的成员,他们是使用矿物质矿床(统称为长石)作为史前气候的替代品。

事实证明,深层地下水的稳定滴落,可以揭示出上述湍流环境中不断变化的热,冷,降水和干旱周期的大量信息。

当水渗透到地面时,它会吸收矿物质,最常见的是碳酸钙。当这种富含矿物质的水滴入洞穴时,会在潮湿时期形成多层的矿床,并在水分干涸时形成灰尘。

今天,科学家们可以根据放射性衰变的铀进入其子产物钍,以极高的精确度来追溯这些层。各层厚度的变化由渗入洞穴的水量和洞穴大气中二氧化碳浓度的组合决定,因此,在条件正确的情况下,它们可以提供上述降水量洞穴随着时间而变化。通过分析各层中氧重和轻同位素的比例,研究人员可以跟踪大气中原来凝结成液滴的水温变化,以及降雨的起源点是局部的还是长的然后倒在地上。

这个信息的价值是由Oster小组在地球物理学研究通讯上发表的一篇研究成果5月19日发表的,与伯克利地质年代学中心,史密森学会国家自然历史博物馆和大学剑桥题为“东北印度石笋记录太平洋年代际气候变化:对印度水分运输和干旱的启示”

在研究,奥斯特和她的团队详细记录了石笋生长的最近50年,在印度东北部的梅加拉亚邦东部卡西山地区的Mawmluh洞穴中形成,这个地区被认为是地球上最冷的地方。

以上,收集之前,在Mawmluh洞穴中的小石笋照片。以下,准备分析后的石笋的板坯的灰度图像。红线表示图层的位置,绿线表示材料的日期位置,数字表示测量的不确定性。图片来源:Jessica Oster。

对印度历史记录的研究表明,印度中部地区季风降水减少的原因是太平洋特定地区的海表温度比正常水平偏高。这些自然反复发生的海表温度“异常”被称为发生在中太平洋的厄尔尼诺Modoki和发生在太平洋北部的太平洋十年振荡。 (相反,历史记录表明,发生在东太平洋的厄尔尼诺现象对次大陆的降水量影响不大)

当研究人员分析Mawmluh石笋记录时,结果与历史一致记录。具体而言,他们发现,在ElNiñoModoki事件中,当印度中部发生干旱时,矿物化学表明在洞穴上方发生了更多的局部风暴事件,而在非厄尔尼诺现象期间,渗入洞内的水已经旅行坠落之前更远,这是典型的季风模式。

“现在我们已经证明Mawmluh洞穴记录与过去50年的仪器记录一致,我们希望用它来调查史前时代如全新世时印度季风和厄尔尼诺之间的关系,”Oster说。 。

全新世气候适宜期是全球性的 气候变暖发生在六,九千年前。当时全球平均气温,,比现在高出四至六摄氏度。气候学家预测,由于人类活动导致大气中的温室气体积聚,这就是气候变暖的范围。因此,关于全新世季风行为的信息可以为未来的行为提供线索。对印度次大陆上的6亿人来说,这种认识是非常重要的,他们依靠季风,这个季风为该地区提供了75%的年降水量。 “奥斯特说,”这个研究实际上是由一个意外的发现发展而来的。范德比尔特大学的研究生克里斯·迈尔斯(Chris Myers)参观了这个洞穴,合作者剑桥的塞巴斯蒂安·布赖滕巴赫(Sebastian Breitenbach)已经研究了好几年了,看看它是否包含足够的破碎的洞穴,以便能够用它们来记录该地区的重大史前地震。

迈尔斯在1950年西藏阿萨姆邦发生的8.6级地震中发现了许多柱子,但也发现了一些新的石笋,这些石笋已经开始在破碎的基地上生长。当他详细检查这些资料时,发现他们有非常厚的层次和高浓度的铀,这使得它们成为分析的完美选择。

由于大量的水流入山洞,他们选择分析的石笋在50年内长约2.5厘米。 (如果看起来很慢的话,比较一下像在内华达山脉这样的干旱地区的洞穴中发现的几千毫米的增长率)。结果,年平均厚度约为0.4毫米,足以让研究人员每层得到七到八个样本,这比每两个月测量一次略好。

科学家可以从洞内的石笋和钟乳石中提取的有关气候的信息量是惊人的。但是这种方法的价值随着可作为气候代用的洞穴数量的增加而显着增加。

这不是一个简单的任务。因为每个洞穴都是独一无二的,所以科学家们必须研究它几年,然后才能把它用作代理。例如,他们必须确定需要多长时间才能将水从地表移动到洞穴,这个因素可以从几天到几个月不等。

二十世纪九十年代,开始使用洞穴中的矿藏作为气候代用品。目前,只有几十名科学家正在进行这一研究,他们用这种方式分析了100到200个洞穴的矿藏。

来源:国家科学基金会,范德比尔特大学