Nacieki jaskiniowe źródłem informacji o klimacie sprzed tysięcy lat
Stalagmity mogą mieć po kilkadziesiąt tysięcy lat. Rosną od dna jaskini ku górze, w niektórych przypadkach nawet po kilkadziesiąt milimetrów rocznie. Ze względu na fakt, że stalagmity i inne nacieki jaskiniowe narastają stopniowo, kropla po kropli, można uzyskać z nich informacje na temat ich składu chemicznego, co sprawia, że stanowią one cenne zbiory danych dotyczących klimatów i środowisk z przeszłości. Ze względu na fakt, że ich bezpośrednie zbadanie nie jest możliwe, naukowcy naukowcy dokonują pomiarów głównych procesów w oparciu o wskaźniki orientacyjne. Większość tych wskaźników ma charakter jakościowy – pozwalają one określić, czy coś jest bardziej suche czy bardziej wilgotne, ale bez precyzowania stopnia tej właściwości. Pełne wykorzystanie danych pochodzących z nacieków jaskiniowych w celu modelowania klimatu czy kształtowania polityki wymaga jednak także informacji ilościowych. Rozwiązaniem tej kwestii zajął się zespół finansowanego ze środków UE projektu QUEST, który pracuje nad nowymi metodami ilościowego określania zmian środowiskowych na podstawie informacji pochodzących ze stalagmitów.
Interdyscyplinarne podejście
Niewątpliwą zaletą zespołu była różnorodność specjalizacji jego członków – znaleźli się wśród nich eksperci w zakresie chemii środowiskowej, badania wpływu minerałów magnetycznych na środowisko i analizy danych numerycznych. „Połączenie interdyscyplinarnej wiedzy specjalistycznej, najnowocześniejszych przyrządów i nowatorskich technik sprawia, że mamy duże szanse, żeby opracować ilościowe zapisy dotyczące klimatu na podstawie informacji uzyskanych z analizy nacieków jaskiniowych”, mówi koordynator projektu, Sebastian Breitenbach. Konsorcjum stworzyło nowe metody pozyskiwania informacji ilościowych z nacieków jaskiniowych oraz łączenia eksperymentów terenowych i laboratoryjnych w zakresie chemii wody/minerałów z innowacyjnymi metodami analizy fizycznej i numerycznej tych zjawisk. „Zastosowanie tych technik, bazujących na właściwościach fizycznych i chemicznych oraz metodach statystycznych, pozwoliło nam na rekonstrukcję dwóch najważniejszych parametrów: hydrologii i temperatury”, wyjaśnia Breitenbach. Badacze wykorzystali między innymi próbnik automatyczny, który może pracować w terenie od 6 do 12 miesięcy, co umożliwiło im uzyskanie próbek wody z trudno dostępnych miejsc. Breitenbach zaznacza, że próbnik może być wykorzystywany przez wszystkich naukowców zajmujących się monitorowaniem wody: „Dzięki próbnikowi możemy poszerzyć naszą wiedzę na temat dynamiki klimatu, zanieczyszczenia środowiska, zmian hydrologicznych, a także samych przyczyn tych zjawisk”.
Nowe narzędzia
Naukowcy skupieni wokół projektu QUEST opracowali innowacyjny program w postaci zestawów narzędzi statystycznych do złożonej analizy danych oraz zbiór metod pozwalających na analizę nieliniowych szeregów czasowych. „Techniki te znajdą zastosowanie w wielu różnych dziedzinach, takich jak klimatologia, fizyka, ekonomia, teoria gier czy bezpieczeństwo energetyczne”, wyjaśnia Breitenbach. Naukowcy opracowali ponadto ilościowe wskaźniki orientacyjne i innowacyjne narzędzia analityczne w oparciu o monitorowanie środowiska i eksperymenty laboratoryjne. „Zbadaliśmy skuteczność tych narzędzi w jednej z jaskiń Waitomo w Nowej Zelandii – miejscu, które jest szczególnie wrażliwe na dynamikę oscylacji południowej El Niño mającej skutki lokalne i globalne. Lepsze zrozumienie zjawisk, do których dochodziło tam w przeszłości, może nam pomóc w prognozowaniu zmian związanych z globalnym ociepleniem”, zauważa Breitenbach. Badania przeprowadzone w ramach projektu QUEST dostarczają istotnych informacji na temat geochemii związanej ze strącaniem węglanu podczas procesu tworzenia się stalagmitów oraz uwidaczniają powiązania pomiędzy wodami płynącymi nad jaskinią a związkami metaloorganicznymi i obecnością metali w stalagmitach. Ostatnie z wymienionych powiązań jest obecnie wykorzystywane do stworzenia ilościowego narzędzia – próbnika, który może przynieść przełom w dziedzinie paleoklimatologii opierającej się na naciekach jaskiniowych.
Słowa kluczowe
QUEST, środowisko, klimat, naciek jaskiniowy, jaskinia, stalagmit, wskaźnik orientacyjny, paleoklimatologia, geochemia
