Veranderingen in grondwater miljoenen jaren geleden creëerden afwisselende lagen van levendig geel en bruin in het mineraal sfaleriet, en die variaties komen overeen met bewegingen in de baan van de aarde die het klimaat in het diepe verleden beïnvloedden, Penn State wetenschappers gevonden.

De bevindingen leveren nieuw bewijs voor hoe veranderingen in het klimaat de regenval en het grondwater van de planeet beïnvloedden. een proces dat wetenschappers niet goed hebben gedocumenteerd, aldus de onderzoekers.

"Deze studie toont aan dat sfaleriet-banding kan worden gebruikt als een vingerafdruk van grondwater in het geologische verleden, " zei Mingsong Li, assistent-onderzoeksprofessor geowetenschappen aan Penn State. "Grondwater is cruciaal voor het begrijpen van de wereldwijde verandering van de zeespiegel, chemische verwering en landschapsevolutie, en deze studie presenteert een nieuw idee om de rol van grondwater in het aardsysteem te helpen onderscheiden."

Verhoogde neerslag beïnvloedde de gekleurde strepen in sfalerietmonsters uit het Upper Mississippi Valley Ore Mineral District in het Midwesten van de VS, zeiden de wetenschappers. Meer regenval leidt ertoe dat zuurstofrijk grondwater naar diepten stroomt waar het mineraal gevormd is, en de verhoogde oxidatie resulteerde in lichtere gele banden. Drogere tijden leverden donkerdere bruine kleuren op.

Met behulp van nieuwe datingtechnologie, de wetenschappers ontdekten dat deze afzettingspatronen overeenkwamen met veranderingen in de baan van de aarde gedurende tienduizenden tot honderdduizenden jaren, bekend als de astronomische cycli van Milankovitch.

Deze cycli verwijzen naar veranderingen in de vorm van de baan van de aarde en variaties in de helling van de rotatie die mogelijk hebben geleid tot warmere, nattere omstandigheden voor perioden van 299 miljoen tot 252 miljoen jaar geleden, toen het sfaleriet gevormd werd, zeiden de wetenschappers.

"Wat we doen is geochemisch onderzoek naar ertsen combineren met wat we weten over astronomische cycli uit heel ander onderzoek, " zei Hubert Barnes, emeritus hoogleraar aan Penn State. "Niemand heeft hier ooit eerder een poging toe gedaan."

Het onderzoek bouwt voort op eerder werk dat hydrothermale vloeistoffen laat zien die ertsafzettingen hebben gecreëerd in het hedendaagse Iowa, Illinois en Wisconsin zijn begonnen als grondwater in de Appalachen. Het water werd verwarmd door geothermische processen en nam onderweg metalen en opgeloste stoffen op.

Maar in tijden van veel neerslag, nieuwe bronnen van grondwater stroomden naar ongeveer 3, 000 voet onder het oppervlak met hogere zuurstofniveaus en vermenging met de hydrothermische vloeistoffen om verschillende gekleurde banden in het sfaleriet te creëren.

De onderzoekers digitaliseerden een grijsschaalprofiel van het sfaleriet uit Wisconsin en analyseerden de banden met behulp van nieuwe computersoftware die periodieke signalen in de monsters kan detecteren. Ze vonden duidelijke frequentiepieken in de banding die correleren met de Milankovitch-cycli.

De resultaten - vandaag (12 november) gepubliceerd in het tijdschrift Geochemische perspectiefbrieven - zou kunnen helpen bij het verklaren van veranderingen in zeeniveau in tijden in de geschiedenis van de aarde toen de planeet te warm was voor ijs, zeiden de wetenschappers.

Veranderingen in het grondwater kunnen reële gevolgen hebben voor de zeespiegel. Als al het grondwater vandaag in de oceanen zou stromen, de zeespiegel meer dan 180 voet zou stijgen, volgens de wetenschappers.

Toch houden projecties van het mondiale gemiddelde zeeniveau op lange termijn op tijdschalen van honderden tot duizenden jaren vaak geen rekening met de bijdragen van landwateropslag, zeiden de wetenschappers. Het Intergouvernementeel Panel inzake klimaatverandering, bijvoorbeeld, vindt de bijdrage van waterberging op het land aan de zeespiegelstijging klein.

"Dit onderzoek opent een nieuwe manier om klimaatbeheersing te evalueren op grondwateractiviteiten die verband houden met wereldwijde watercycli, " zei Li. "Dit is het eerste directe bewijs om grondwateractiviteiten in het diepe verleden aan te tonen."