Speleologie heeft een zekere romantiek, de studie van grotten, als je voorbij de kou en het vochtige en het donker kunt kijken. Grotten zijn eeuwenoude en vaak prachtige plekken. En ze kunnen nuttig zijn. Rotsformaties in grotten, het blijkt, bevatten chemische geheimen die een venster bieden op zowel oude beschavingen als het klimaat van de toekomst.

Veel mensen denken aan speleothemen, of grotrotsen, als dof en bruin. Maar ze zijn er in een breed kleurenpalet. "Ik was onlangs met een vriend in een verlaten mijn waar enkele rotsen waren met een blauwachtige, groenachtige glans omdat er veel koper in zat, " zei Dr. Sebastian Breitenbach. "Het is echt zeldzaam om dat te zien."

Denk aan een speleothem en je stelt je waarschijnlijk stalactieten en stalagmieten voor. (Om te onthouden wat wat is, probeer te denken aan stalactieten die zich stevig moeten vasthouden; zij zijn degenen die aan het plafond hangen.) Deze rotsen worden gevormd als water in een grot druppelt en het opgeloste carbonaat dat het bevat, slaat geleidelijk neer. Je krijgt ook stroomstenen gevormd uit ondergrondse stromen en dunwandige buizen van gesteente die bekend staan ​​​​als 'frisdrankrietjes'.

Deze rotsen groeien pijnlijk langzaam:enkele tienden van een millimeter per jaar in de snelste gevallen. Dit betekent dat stalactieten tienduizenden jaren oud kunnen zijn. En omdat grotgesteente geleidelijk wordt afgezet door individuele waterdruppels, het slaat een record op van hun chemische samenstelling.

Het blijkt dat sommige van deze chemische kenmerken variëren afhankelijk van het klimaat op dat moment. Neem bijvoorbeeld de verhouding van twee isotopen van zuurstof, zuurstof-16 en zuurstof-18. Regenwater bevat een specifieke verhouding van beide en dus door monsters van speleothemen te vermalen en de isotopenverhouding op verschillende punten langs de lengte van het gesteente te analyseren, geochemici kunnen een idee krijgen van hoe regenachtig het was, of waar de regen vandaan kwam toen de rots zich vormde. Naast zuurstof zijn er nog tal van andere proxy's.

Oud

Dit verslag van het oude klimaat dat in steen is begraven, blijkt nuttig te zijn om ons een greep te geven op hoe het leven was voor oude beschavingen. Het kan ons ook vertellen over perioden zoals de mysterieuze ineenstorting van de Bronstijd.

Dit was de periode van 50 jaar waarin verschillende grote beschavingen in de Middellandse Zee, inclusief het Egyptische rijk, de Myceners en de Hethieten, allemaal ingestort ongeveer 3, 000 jaar geleden. Sommigen denken dat dit te maken kan hebben met een megadroogte die de regio trof. Maar dit is een controversieel idee en er zijn tal van andere theorieën. Sommige oude teksten leggen de schuld bij binnenvallende hordes die bekend staan ​​als de 'zeevolken'.

Gegevens uit grotten kunnen helpen om te verhelderen wat er zou kunnen zijn gebeurd door op zijn minst te laten zien wanneer en waar er een droogte was. Maar er zijn hiaten in de gegevens, niet in het minst als het om Turkije gaat.

"Turkije is de thuisbasis van vele belangrijke oude menselijke culturen, van enkele van 's werelds vroegste boerengemeenschappen in het paleolithicum tot modernere samenlevingen zoals de Hettieten, klassieke Grieken, Romeins, Byzantijnse en Ottomaanse rijken, " zei Dr. Ezgi Unal-Imer van de Middle East Technical University in Ankara, Kalkoen. "We zijn er zeker van dat ze sterk beïnvloed moeten zijn door (veranderende) omgevingsomstandigheden."

Daarom begon ze het Speleotolië-project, met als doel het verzamelen van paleoklimaatgegevens in hoge resolutie uit Turkije. Ze heeft de afgelopen jaren monsters verzameld uit grotten, waaronder 10 stalagmieten uit West-Turkije.

Vijf hiervan hebben betrekking op de Holoceen-periode en ze heeft één monster dat een ononderbroken groeilijn biedt die teruggaat tot 1, 825 jaar. "Dit bestrijkt bijna het hele gewone tijdperk - het is echt een goed voorbeeld, " ze zei.

Ze is momenteel ongeveer halverwege het boren van 420 monsters, die haar zal helpen de klimaatomstandigheden in het verleden te reconstrueren. Dr. Unal-Imer is enthousiast over wat ze zullen ontdekken. We weten gewoon niet wat we zullen vinden, ze zegt.

Regenen

Eén ding zal haar project niet doen, echter, is kwantificeren hoeveel regen er in een bepaald jaar in het verleden is gevallen.

Momenteel, de meeste speleothem-gegevens kunnen alleen kortetermijnklimaattrends aangeven, zegt Dr. Breitenbach, die is gevestigd aan de Northumbria University in Newcastle, VK. Met andere woorden, het kan ons vertellen dat een bepaalde periode veel regenachtiger was dan de vorige, maar niet hoeveel millimeters er regen viel. Waarom?

We zullen, laten we de verhouding van zuurstofisotopen in een gesteente opnieuw nemen. in waarheid, hoewel dit wordt beïnvloed door regenval, wordt het ook op en neer geduwd door andere factoren zoals temperatuur, en de topografie en vochtigheid van de specifieke grot.

Het QUEST-project dat Breitenbach leidde, probeert die onzekerheid te veranderen, twee strategieën gebruiken. De eerste betreft gedetailleerd werk aan een van de Waitomo-grotten in Nieuw-Zeeland. Het plan is om veel proxy's parallel te meten en te zien hoe ze allemaal in de loop van de tijd variëren. Variaties in één proxy kunnen worden veroorzaakt door verschillende factoren en het is onmogelijk om te weten hoeveel elk heeft bijgedragen. Maar kijk naar de variaties in 10 of 15 proxies tegelijk en er zou maar één hypothese moeten zijn voor hoe de regenval kwantitatief is veranderd, zeggen, dat klopt met alle feiten. "Dan is het net een misdaadroman van Agatha Christie, " zei Dr. Breitenbach. "Alle feiten die we van de volmachten hebben geleerd, moeten in de interpretatie passen."

Een minpuntje aan deze strategie, echter, is dat het een gedetailleerd begrip vereist van de grot waar de speleothem-monsters werden genomen. Dit betekent dat de onderzoekers bij bijna elk gesteentemonster hun innerlijke detective opnieuw zouden moeten oproepen.

De tweede strategie is om nieuwe proxy's te ontdekken die eigenlijk maar door één variabele worden beïnvloed en die dus rechtstreeks kwantitatieve gegevens kunnen leveren. Dr. Adam Hartland aan de Universiteit van Waikato in Hamilton, Nieuw-Zeeland heeft dit deel van het werk geleid.

Ijken

Hij heeft enkele moleculen ontdekt die bekend staan ​​als organo-metaalcomplexen waarvan het mogelijk is om tot in detail te kwantificeren hoe ze veranderen in grotrotsen als reactie op temperatuur. De truc zal zijn om deze proxy te kalibreren, zodat we kunnen zeggen dat een meting van een bepaalde hoeveelheid van het complex een bepaalde temperatuur betekent. "We weten hoe we dat moeten doen, maar we hebben het nog niet helemaal gedaan, " zei dr. Breitenbach.

Wat heeft dit alles echter met de toekomst te maken? We zullen, het verzamelen van informatie over het verleden is cruciaal voor het beantwoorden van vragen over wat er zal gebeuren met regenval en temperatuur in het licht van de klimaatnoodsituatie. Neem de El Niño-Zuidelijke Oscillatie (ENSO), een weerpatroon dat de oceaantemperaturen beïnvloedt en regen op het zuidelijk halfrond verschuift met catastrofale gevolgen voor de visserij en de landbouw.

Momenteel, we hebben een slecht idee van hoe ENSO in het verleden werd beïnvloed door klimaatverandering. Maar met speleothemen, we kunnen teruggaan in de tijd en kijken naar een periode die bijzonder warm was. "We kunnen zien hoe vaak er El Niño's waren, hoe sterk waren ze, en waar waren hun sterkste effecten? Dan kunnen we het verleden gebruiken als sleutel tot de toekomst, " zei dr. Breitenbach.