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(odnośnik otworzy się w nowym oknie), 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(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Nowej Zelandii – miejscu, które jest szczególnie wrażliwe na dynamikę oscylacji południowej El Niño(odnośnik otworzy się w nowym oknie) 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.
