Dane o zmianach klimatu zapisane w stalagmitach

Stalagmity to formy naciekowe narastające ku górze od dna jaskiń krasowych. Powstają, gdy woda nasycona dwutlenkiem węgla rozpuszcza skały wapienne i kapie ze stropu jaskini. Stalagmity (podobnie jak stalaktyty i stalagnaty) tworzą się stopniowo i przyrastają warstwami. Analiza składu chemicznego poszczególnych warstw przynosi więc informacje na temat środowiska naturalnego i klimatu panujących w przeszłości.

Rekonstrukcja krótkoterminowych zmian klimatu

Geolodzy z Uniwersytetu w Heidelbergu i Instytutu Technologii w Karlsruhe (Niemcy) wykorzystali to do określenia warunków klimatycznych sprzed wieków. Przeanalizowali zawartość izotopów tlenu w stalagmicie z jaskini w południowych Niemczech. Połączyli otrzymane w ten sposób informacje z danymi uzyskanymi ze słojów drzew. Na tej podstawie badacze zrekonstruowali krótkoterminowe zmiany klimatu sprzed wieków i porównali je z zapisami historycznymi.

– Jeszcze niedawno trwające krótko zmiany klimatyczne określano jedynie na podstawie zapisów słojów drzew. Przyrastają one różnie w zależności od dostępu do wody. Rozmiar słojów drzew dostarcza więc informacji na temat dynamiki sezonowych opadów, a więc warunków klimatycznych w danym okresie wzrostu – tłumaczył dr Tobias Kluge, geolog z Karlsruhe Institute of Technology i współautor badania, które opublikowano na łamach “Earth and Planetary Science Letters” (10.1016/j.epsl.2023.118458). I dodał, że zwykle obfite opady w miesiącach letnich występują w okresach o niższej średniej rocznej temperatur, a mokre zimy wskazują na okresy cieplejsze.

Skład nacieków zależy od wody z opadów atmosferycznych, która infiltruje jaskinię. Woda deszczowa w zimnych i ciepłych porach roku zawiera inne ilości izotopów tlenu (tlen-16 i tlen-18). Na podstawie analizy ich zawartości w poszczególnych warstwach stalagmitów można stwierdzić, w których latach dominowały opady zimowe lub letnie.

Przedmiot badań

Autorzy opracowania zbadali stalagmit z Małej Jaskini Diabelskiej (Kleine Teufelshöhle) niedaleko miasteczka Pottenstein w Bawarii. Naciek narastał od 1 do 4 cm na 1000 lat. Naciek o kilkucentymetrowej średnicy może dostarczyć danych na temat warunków klimatycznych z setek i tysięcy lat. Zawartość izotopów tlenu w poszczególnych warstwach stalagmitu ustalono za pomocą sondy jonowej w Instytucie Nauk o Ziemi Uniwersytetu w Heidelbergu.

– Analizy wymagały precyzyjnych pomiarów w rocznych strefach wzrostu stalagmitu, które mają grubość zaledwie kilku mikrometrów (mikrometr to jedna tysięczna milimetra) – wyjaśnił prof. dr Mario Trieloff, kierownik laboratorium Heidelberg Ion Probe.

Wiedza na temat ekstremalnych zjawisk pogodowych

Na podstawie wyników badań naukowcy byli w stanie określić panujące przed wiekami regionalne i globalne warunki środowiskowe. W stalagmicie odkryli m.in. zapis z wyjątkowo zimnego roku 1816, nazywanego “rokiem bez lata”, który szczególnie dał się we znaki mieszkańcom Stanów Zjednoczonych, Kanady i północnej Europy. Mrozy i późniejsze powodzie zniszczyły większość upraw w tych regionach, co spowodowało klęskę głodu. Wiele ofiar pochłonęły też gwałtowne burze śnieżne, które pojawiły się w czerwcu. Geolodzy uważają, że takie ekstremalne zjawiska pogodowe były wynikiem zmian klimatycznych, które nastąpiły w wyniku wcześniejszych erupcji wulkanu Tambora w Indonezji – z lat 1809 i 1815.

Długoterminowe zmiany klimatyczne

Analiza zawartości izotopów tlenu w bawarskim stalagmicie dostarcza również dowodów na długoterminowe zmiany klimatyczne, takie jak Mała Epoka Lodowcowa, która trwała mniej więcej w latach 1300-1850, a największe ochłodzenie przypadło na lata od końca XVI do końca XVII w. Naukowcy stwierdzili, że w tym okresie występowały częste powodzie – takie jak nawiedzające wówczas okolice Norymbergi.

– Dane z jaskini koło Pottenstein porównaliśmy z “zapisem” ze słojów drzew z okolicy. Jedne i drugie wskazują na mroźne, suche zimy w okresie Małej Epoki Lodowcowej i powodzie o katastrofalnych skutkach – powiedział dr Kluge.

Naukowcy uważają, że ich praca może nie tylko rzucić światło na zmiany klimatyczne zachodzące w przeszłości, ale też pomóc w opracowaniu skutecznych metod prognozowania ekstremalnych zjawisk pogodowych.