Inne i hulen i Yonderup, 20 kilometer nord for Perth, Australia, reiser Pauline Treble gjennom tiden. I stedet for å bøye fysikkens lover, undersøker forskeren poster over jordas fortid innelukket i stalagmitter og stalaktitter - sistnevnte fra taket og den tidligere fra bakken - sammen kalt speleothemer.
Relatert innhold
- Otherworldly Bilder fra innsiden av en av verdens største elvehuler
- Chinese Cave Graffiti registrerer århundrer av tørke
Disse ikoniske delene av hulene dannes når vann drypper ned i undergrunnen og fører mineraler med seg. Væsken etterlater mineralene, akkurat som vann fra dusjen etterlater seg på flisen, og noe av vannet forblir fanget mellom mineralkrystaller. Gjennom århundrer blir denne vakre plakaten en tidskapsel: Hvert minerallag har kjemiske ledetråder, eller proxy, for å fortelle hva som skjedde over bakken i løpet av en bestemt epoke. Jo nærmere midten av speleothem du ser, jo lenger tilbake i tid du ser.
Forskere som Treble, fra den australske organisasjonen for nukleær vitenskap og teknologi, lærer hvordan man bruker disse hule-kotters komposisjoner for å spore gamle ebber og strømmer i klima- og værmønstre. Håpet er å ikke bare forstå fortiden, men også få mulige glimt fra fremtiden.
Nå har Treble og hennes kolleger funnet ut at huleformasjoner også fanger opp fortegnelser over eldgamle villbranner - og det gir et problem. Signalet for brann ligner mye på en viktig prosess for endringer i klimaforholdene, noe som betyr at forskere kan ta feil av lokale forstyrrelser som branner for mer globale effekter.
"Det må virkelig bli folks oppmerksomhet, " sier Treble. "Ellers er det nok av potensial for at folk tolker de fullmaktene feil."
Treble forsøkte ikke å finne eldgamle branner. Hun reiste til Yonderup i håp om å hente ut hulens informasjon om nedbøren og legge til den paleoclimate posten. "Det burde ha vært et tydelig signal, " sier Treble, et signal som de andre vitenskapelige spillunkere hadde sett i andre huler. Men på mystisk vis var det ikke det.
Problemet var at de andre hulene lå i tempererte deler av den nordlige halvkule. I Vest-Australia lente klimaet tørrere, mer Middelhavet. Med den merkelige mangelen på signal i hulen hennes, begynte hun å tenke at kanskje ikke fullmaktene som tempererte forskere brukte, oversatte seg under.
Men så vurderte hun brannen som hun husket hadde brent over hulen i februar. Hvordan ville det ha endret speleothems? Hvordan vil en kodet brann se ut? Og kunne dets speleothemsignaler maskere den fra nedbør?
Hun overførte prosjektet til University of New South Wales-studenter Gurinder Nagra. Han jobbet sammen med Treble og hennes kollega Andy Baker for å avsløre hvordan branner påvirker landet de brenner og hvordan disse effektene drypper ned i hulene.
Forskerne tok data fra disse katedrallignende formasjonene i Yonderup-hulen i Australia. (Andy Baker) Oksygen er en av de viktigste proxyene forskere bruker for å rekonstruere fortiden - nærmere bestemt det skiftende forholdet mellom isotopen oksygen-18 og oksygen-16. I vid forstand har regnvann mer oksygen-16 enn sjøvann fordi den isotopen er lettere, så det fordamper lettere fra havet, finner veien inn i skyer og faller deretter ned igjen til Jorden. Jo varmere temperaturen, jo mer oksygen-18 kan også fordampe - og jo mer vann fordamper perioden, noe som betyr at nedbørsmengden stiger globalt.
Men å lese inn forholdene som vises i huler og i forskjellige klimasoner er ikke enkelt, og deres eksakte betydning varierer rundt om i verden.
"I Sørvest-Australia er [oksygen] -forholdet mellom nedbør relatert til to ting: intensiteten av nedbørshendelser og endringer i atmosfærisk sirkulasjon, " sier Treble, et funn hun har bekreftet ved å se på kjente nedbørshendelser fra det 20. århundre og et moderne stalagmittrekord. For den delen av Australia har Treble funnet at et høyere forhold - mer tungt oksygen sammenlignet med lett - betyr mindre kraftig nedbør, eller et skifte i sørlige halvkule vestlige vind.
Ved å legge til vanskelighetene ser det ut til at oksygenforholdet kan være like følsomt for forvekslinger som for klima. Meldinger fra de to er blandet sammen i speleothemene, og ingen visste det før nå.
Når en brann spretter gjennom et tørt område, chars eller dreper det vegetasjon. Disse skadene endrer hastighetene for transpirasjon og fordampning - hvordan vann renner opp gjennom røttene til planter til bladene deres og deretter hopper ut i luften som damp. På grunn av fluorasvingninger og aske, endres også jordmikrober, og det samme gjelder nivåene av elementer som magnesium, kalsium, kalium og natrium. Bakken blir svartere enn den var før, noe som får den til å absorbere mer stråling fra solen.
Når vann renner gjennom den svertet, livløse bakken, samler det bevis på det endrede miljøet, og signalet blir avsatt i hulene. Spørsmålet ble da, kunne brannteknene skilles fra tegn på endret klima? Nagra gravde dypt ned i huledataene for å finne ut, ved bruk av målinger på andre steder fra august 2005 til mars 2011, en analyse som avslørte fingeravtrykk fra brannen presset på speleothems.
En skogbrannsmuglere i regionen utenfor Perth, Australia, i 2009. (Thorsten Milse / robertharding / Corbis) Vannet etter brannen var mer klorert og rikere på kalium og sulfat, rapporterer teamet om resultater presentert på konferansen American Geophysical Union i desember, og nå under vurdering på Hydrology and Earth Systems Sciences . Viktigst av alt, så de at brannen også økte oksygenisotopforholdet - den tradisjonelle standarden for tidligere klimastudier - med hele 2 promille.
En så tilsynelatende liten forandring er faktisk på nivå med de største klimasvingningene fra omtrent 2, 6 millioner år siden til i dag. Forskere, oppdaget teamet, kan kanskje lese feil oksygenforhold som store svinger i klimaet når de faktisk ser store flammer.
Korrekt tolket klimarekonstruksjon hjelper forskere å sette dagens endringer i kontekst, for eksempel å sammenligne dagens endringshastighet med planetens naturlige variabilitet i fortiden, sier Frank McDermott fra University College Dublin. Og forskere bruker paleoklimatdata for å lage mer nøyaktige modeller fra fortid og nåtid, og bedre fremskrivninger for fremtiden.
"Hvis vi vet hvordan klimaendringene har skjedd i fortiden - la oss si de siste tusen årene - kan vi kjøre en klimamodell bakover fra i dag ... og så sjekke om modellen klarer å gjengi de kjente klimatiske forhold i fortiden, " sa han sier.
Teamets studie viser hvor viktig det er å forstå en hule som et individuelt system før du bruker den til å lage slike generaliseringer om verden - en god taktikk enten du studerer mennesker eller underjordiske kamre.
"I hovedsak må forskeren prøve å forstå hulesystemet og til og med dryppvannssystemet som hans eller hennes stalagmitt er tatt ut for å tolke de mer subtile endringene riktig, " sier McDermott.
Et prosjekt ledet av Greg Hakim fra University of Washington i Seattle inkluderer for tiden National Oceanic and Atmospheric Administrations (NOAA) database over oksygen-isotopmålinger i disse modellene for å utføre nøyaktig disse kontrollene. Og det er her de nye funnene kan hjelpe.
"De som er berørt av lokale faktorer blir sparket ut, " sier Baker. Nå kan forskere kanskje sparke ut huler som har blitt brent.
Nye planter spirte rundt seks måneder etter en brann i nærheten av Yonderup-hulen. (Pauline Treble) Ved å bruke den samme NOAA-databasen og Nagras nye resultater, kan paleoclimatologer også være i stand til å rekonstruere brannhistorien til en region. "Du kan sannsynligvis ikke gjøre det med [oksygenisotopmåling] i seg selv, men med andre ting som vil være mer isolert med tanke på hvordan de blir påvirket, " advarer Nagra.
Det betyr at slikt arbeid trenger et ekte fingeravtrykk - et som faktisk er unikt. Treble sier at løsningen kan være spormetaller. Kombinert med oksygendataene kunne de bygge en sterk tidslinje for brannhistorie. Denne posten, spesielt i tørre områder som i denne studien, er ofte et underdiagram i historien om klima. Vi ser at nå, med øker øker i det amerikanske vesten på grunn av tørke, høyere temperaturer, lengre varme årstider og større stormer.
Med de australske grottene, "prøver vi å begrense hvordan disse prosessene er koblet på lengre sikt, og hva slags innvirkning vi kan forvente å få ved ytterligere tørking av regionen, " sier Treble.
Forskerne håper også å se hvordan fremtidige branner vil påvirke den lokale økologien og hulene i seg selv, og det er grunnen til at det australske forskningsrådet finansierte denne studien. Nagra og hans rådgivere slo seg sammen med Office of Environment and Heritage, som forvalter Australias nasjonalparker.
"I New South Wales har vi en statlig politikk der de ikke har hatt noen kontrollert eller foreskrevet forbrenning av huler eller karst i nasjonale konserver, fordi de ikke visste hvilken innvirkning det ville ha, " sier Baker. “For å være forsiktige, har de ikke hatt brann. Kanskje vi kan gi dem nok bevis på at de kan endre retningslinjene hvis det er i beste interesse. ”
