Att titta in i en stalagmit är att titta tillbaka i tiden tiotusentals år för att se hur jordens klimatmönster har format den värld vi lever i idag.

Som trädringar, grottstalagmiter är en portal till en förhistorisk jord, och nu har forskare från UNSW Sydney funnit att de är konsekvent pålitliga som tidsspårare över hela världen.

I en global undersökning av tillväxtegenskaperna hos stalagmiter fördelade över världen, forskarna fann att medan tillväxtfluktuationer på grund av klimathändelser är uppenbara under den kortare perioden, stalagmittillväxten under de längre perioderna – tiotusentals år – är förvånansvärt linjär.

"Vår nya globala analys visar att vi kan betrakta stalagmittillväxt som en metronom och mycket konstant över hundratals och tusentals år, " säger professor Andy Baker, UNSW School of Biological, geo- och miljövetenskap.

"Ibland kan extrema väderhändelser störa den här metronomen i några år, gör tillväxten lite snabbare eller långsammare, och vi kan använda det för att utforska klimatvariationer.

"Men generellt, Stalagmittillväxt är förutsägbar och det är denna unika egenskap som gör dem så värdefulla för forskare – du kan se tiden i det förflutna genom att använda de mycket regelbundna tillväxtringarna som finns över hela världen."

Stalagmiter, som växer från grottgolv när vatten droppar från stalaktiter vid grotttaket, är resultatet av kemikalier som bärs av vattnet i lösning som övergår till fast form i grottan. De är byggda av lager av kalcitkristaller, som kan staplas perfekt ovanpå varandra om inget stör tillväxten.

"Men i verkligheten, det finns många störningar i grottor, " säger Prof. Baker.

"Små partiklar från marken ovan och spårämnen av kemikalier kan störa staplingen för att skapa porer mellan växande kristaller eller till och med något ändra sin form i morfologin - eller tyget - hos de växande kristallerna."

Stadig tillväxt

Forskare har använt stalagmiter som mätare av olika delar av planetens tillstånd under årtusenden under en tid, men huruvida alla stalagmiter växte på samma sätt i grottor med olika klimatförhållanden förblev okänt - tills nu.

"Innan denna analys, vi hade inga bevis för att stalagmiter bara finns i regioner med säsongsbetonad nederbörd, Det var inte heller uppenbart att stalagmittillväxten är relativt oföränderlig över tid och att detta är en allmänt förekommande egenskap, " säger Prof. Baker.

"Vad vi har lärt oss är att för att en miljösignal ska bevaras i stalagmitskikttjockleksvariationer, en stor störning av vädermönster krävs—såsom långvariga våta eller torra år associerade med El Niño eller La Niña.

"Men i regioner där det finns en säsongsvariation av nederbörd, den långsiktiga konstanta tillväxthastigheten för laminerade stalagmiter ger en oöverträffad kapacitet för exakt kronologisk uppbyggnad."

Forskarna fann att mellan olika platser runt om i världen, varmare klimat tenderade mot mer stalagmittillväxt över tiden, medan kallare klimat såg att tillväxten avtog.

Men forskningen visade att majoriteten av stalagmitproverna, oavsett plats, följt en linjär tillväxt under tiotusentals år.

"Den 'globala genomsnittliga stalagmiten' ökade i höjd med cirka en meter under de senaste 11, 000 år, " säger Prof. Baker.

Ögonblicksbild av det förflutna

Att analysera hur lamellerna är organiserade kan hjälpa forskare att läsa miljöförhållanden och väderhändelser från det avlägsna förflutna. I säsongsbetonade klimat, dessa förändringar i tyget kan inträffa med jämna mellanrum, producerar lager som de kallar "årligen laminerade stalagmiter." Men när extrema väderhändelser inträffar, som händer med fenomenet El Niño/La Niña Southern Oscillation som involverar megatorka, skogsbränder och översvämningar, variationer av tjocklek på stalagmitskikt kan ge viktiga ledtrådar.

"Vi kan använda andra kemiska bevis i stalagmiter för att få register över tidigare miljöförändringar, och vet exakt när detta hände, " säger Prof. Baker.

"Till exempel, på UNSW rekonstruerar vi brandhistorier från grottstalagmiter för första gången. Arbetar i västra Australien, och använda stalagmiter som har dessa kontinuerliga laminae och regelbunden tillväxt, Vi kan identifiera hur ofta bränder har inträffat tidigare från spåren som lämnats efter från den lösliga delen av buskeldsaska som transporteras till stalagmiten med droppvatten."

Forskarna säger att de fortfarande har begränsad förståelse för hur kristaller växer inom varje lamina, så framtida studier skulle kunna undersöka den interna strukturen hos laminae och de involverade kristalltillväxtmekanismerna.

Analysen, "Egenskaperna hos årligen laminerade stalagmiter - en global syntes, " publicerades i aprilnumret av Recensioner av geofysik tidning.