Undangömda i ett laboratorium i University of Cincinnatis Braunstein Hall finns rör av sten och smuts som tyst berättar en historia - en historia som ser tillbaka på det antika samhällets tidiga vattenbesparing. UC-forskare hoppas att berättelsen kommer att bidra till det framtida bevarandet av vår planets mest värdefulla resurs.

I ett försök att hjälpa till att hantera världens vattenförsörjning mer effektivt, ett tvärvetenskapligt team av forskare från University of Cincinnati från antropologiska institutioner, geografi och geologi har klättrat genom regnskogar, grävde djupt under torra öknar och samarbetade med forskare runt om i världen för att titta på hur forntida människor manipulerade sin miljö för att hantera vatten.

"Vi börjar med att fråga, "Vad är vatten för människor, hur interagerar vi med det och hur engagerar miljön oss? "frågar Vernon Scarborough, professor och avdelningschef vid UC:s institution för antropologi. "När vi tittar på banan för vårt förändrade klimat, vi inser att problemet inte bara är klimatförändringar utan också vattenförändringar. Klimat och vatten fungerar synergistiskt och kan påverka varandra på kritiska sätt.

"Med tanke på de nuvarande klimatmönstren, i detta och nästa århundrade, vi kommer sannolikt att möta ytterligare stigande havsnivåer, mindre dricksvatten och en försämrad tillgång på sötvatten till följd av torka i många områden och ovanligt kraftiga regn och avrinning i andra.

"Så vi tittar på hur det förflutna kan informera nuet, ", tillägger Scarborough.

Högteknologiskt samarbete

För att möta framtida hållbarhets- och vattenhanteringsfrågor, UC:s tvärvetenskapliga team av verkliga "Indiana Jones" använder modern teknik för att kika in i gamla bevattningssamhällen på dunkla platser runt om i världen som den torra amerikanska sydväst och fuktiga regnskogar i Centralamerika och Sydostasien.

"Poängen med dessa projekt är att hjälpa, till viss del, skapa en effektiv modern vattenpolitik, säger Scarborough, som också arbetar nära med United Nations Educational, Vetenskaplig och kulturell organisation (UNESCO). "Att utforska alla dessa unika punkter på jordklotet är det enda sättet vi kommer till det, och det är vårt lagarbete, kommunikation och samarbete som kommer att göra detta projekt så framgångsrikt."

Som ett resultat av deras samarbete, flera medlemmar i UC:s forskargrupp kommer att presentera resultatet av sitt fältarbete vid ett eller båda av de kommande prestigefyllda vetenskapliga årsmötena:det 77:e årliga Society for Applied Science -mötet i Santa Fe, New Mexico, och det 82:a årliga mötet för Society for American Archaeology i Vancouver, British Columbia, Kanada. Båda träffas denna vecka.

I mer än två decennier, forskarna arbetade invecklat tillsammans i avlägsna områden som är kända för sina säsongsbetonade vatten- och miljöutmaningar. En kärnutredning ligger djupt i det förfädernas Puebloan -samhälle i Chaco Canyon, New Mexico – förfäderna till moderna puebloaner som trivdes i mer än 300 år i en torr öken mitt i sydvästra USA.

Forskare har länge diskuterat om detta område verkligen var ett hållbart blomstrande samhälle baserat på lokal resurstillgång eller en tillfällig samlingsplats för ceremoniella ritualer beroende av import av mat och relaterade förnödenheter.

För att skapa en heltäckande ögonblicksbild av hur uråldriga indianska puebloaner hanterade vatten och överlevde i den antika öknen, UC:s forskargrupp använde antennbildsteknik, masspektrometri och geokemisk markprovtagning, såväl som antropologiska beteende- och DNA -studier och markutgrävningar runt gamla strukturer för att hjälpa till att belysa detta mysterium.

På fältet

Nicholas Dunning och Christopher Carr, båda UC-professorerna i geografi, tittade brett på det geografiska området och dokumenterade och tog prover på de skiktade lagren av berg och sediment, medan Lewis Owen, också en UC -professor i geologi, använd optisk stimulerad luminescens, en unik teknik för att exakt bestämma åldern på kärnsand och jordprover.

"Vi hittade geokemiska bevis för majs som odlats i området under denna tid, som är en mycket vattenintensiv gröda, samt sofistikerade bevattnings- och vattenhanteringstekniker, "säger Kenneth Tankersley, UC docent i antropologi och geologi.

För att få en 3D-titt på kanjonens yta, Carr använde sofistikerad LIDAR-teknik, eller ljus, bildbehandling, detekterings- och avståndsteknik, för att mäta markhöjden från ett flygplan.

"Denna teknik använder en laserstråle för att mäta ytans morfologi och revolutionerar arkeologin totalt, "säger Carr." Det viktigaste LIDAR ger oss är höjden så att vi vet hur vattnet rinner ut från mesatopparna i dräneringsdiken och in i dalgolven.

"LIDAR berättar slutligen för arkeologerna var de ska gräva och leta efter bevis på jordbruk, kanaler och vattenkontrollportar under ytan."

Salt överlevnad

För att avslöja de tusen år gamla hemligheterna för överlevnad som finns i de geokemiska djupa kärnjordsproven, Tankersley, tillsammans med Owen och Warren Huff, UC professor i geologi, använde laboratorieprovtagningstekniker för att avslöja att den höga nivån av salt i jorden – som en gång ansågs av forskare vara skadlig – faktiskt var en form av en kalciumsulfatmineralisering som kan ha fungerat för att förbättra jorden för majsen (majsen) som odlats i det området.

"De omgivande mesorna gav vatten i sina källor efter att snön smält, "säger Tankersley." Under regnperioden när översvämningar slog till, Puebloans skulle fånga avrinningsvatten från små kanjoner som kallas rincons och lokala periodiska strömmar som Chaco Wash och Escavada Wash. "

Forskarna anser att denna strategi är en återspegling av riskaversion. "När det regnade på ett ställe här borta utnyttjade Ancestral Puebloans det, och när det regnade där borta utnyttjade de det, " säger Scarborough.

Under denna snabba användning av landskap, två viktiga medlemmar i Chacos vattenhanteringsprojekt, Stephen Plog, professor i arkeologi från University of Virginia, och Adam Watson vid American Museum of Natural History var också en del av det samarbetsteam som använde DNA-provtagningstekniker på mänskliga kvarlevor för att avslöja en anmärkningsvärd matrilineal släktlinje kopplad genom den kvinnliga härstamningen.

"För att effektivt hantera vatten krävs flexibilitet och kreativitet eftersom nederbörden är oförutsägbar i sydväst, säger Samantha Fladd, en avancerad doktorand från University of Arizona, arbetar även med Chaco-projektet här på UC. "Närvaron av en hierarkisk matrilin hjälper till att förklara hur Chaco-invånarna samordnade dessa aktiviteter för att utöva framgångsrik vattenförvaltning och jordbruk."

Inga skogar, inget regn

I motsats till Chaco Canyons ökentorka tillbringade många av forskarna också en betydande tid i de guatemalanska regnskogarna runt Tikal - en centralamerikansk plats som samexisterade ungefär samtidigt som Chaco Canyon för mer än tusen år sedan.

Även om de två miljöerna inte kunde vara mer motsatta i klimatet fann forskarna att Tikals vattenproblem var lika utmanande. David Lentz, UC professor i biologi, med hjälp av Scarborough, Huff, Tankersley, Carr, Owen och NSF-finansierade Dunning, upptäckte hur Maya-civilisationen överlevde i Tikal efter att ha lidit av flera torka.

"Liknar Chaco Canyon, vi hittade geokemiska bevis för majsfält i specifika miljönischer vid Tikal, säger Dunning.

Scarborough spekulerar i att Maya kanaliserat avrinning under regnperioden och skapade utarbetade vattenlagringssystem, låta deras civilisation frodas i mer än tre århundraden. Så småningom led Maya inte bara av ett förändrat klimat, men de hade lagt till sin egen bortgång, säger forskarna.

"Väsentligen, de kan ha påverkat en förändring i sitt eget klimat, " säger Scarborough. "Efter flera år av avskogning – rensa ut träd och skogar för att göra plats för grödor – Maya oavsiktligt, men kanske dramatiskt störde deras årliga nederbörd, som utlöste grader av torka som till slut tvingade dem att överge den en gång bördiga miljön. Låter bekant?"

Med nyligen finansierad av National Science Foundation, Dunning, tillsammans med Scarborough och andra forskare, kommer att tillbringa en femte säsong i sommar som co-rektor utredare på Yaxnohcah-projektet tillsammans med Carr och fyra UC-studenter. Fokus för denna studie tittar på utvecklingen av antik urbanism i relation till vatten, mark- och skogsförvaltning i Mayas lågland och kommer att vara ett presentationsämne av Dunning och av Carr vid det kommande årliga mötet för Society for American Archaeology i Vancouver.

Det krävs en by

"Vår samarbetsforskning som ett team är avgörande - var och en av oss är en viktig kugge i den här undersökningen, "säger Scarborough." Det krävs var och en av oss och vår individuella expertis för att effektivt mäta hur väl dessa tidiga stads- och landsbygdssamhällen anpassade sig till klimatförändringar och hanterade sina vattenresurser. "

"Vi måste fortfarande ta itu med samma frågor i vår miljö idag. Ur ett arkeologiskt perspektiv, vårt föränderliga klimat är omedelbart, men det kan dröja flera år innan skadan är helt uppenbar på en verkligt global skala, ", tillägger Scarborough.

"Vi kommer att börja se havsnivån stiga med en bra meter. Eftersom över två tredjedelar av de största städerna på planeten upptar kustnära marginaler, med uppskattningar som tyder på att en förväntad 80 procent av den mänskliga befolkningen kommer att dras till stadsmiljöer på kort sikt, vi närmar oss verkligen en verkligt "perfekt storm". "

Medan forskarna ser på framtida vattenförvaltning som riktningen för denna forskning, de fokuserar också på de ständiga förändringarna i landskapet och de varelser som upptar dessa miljöer. Scarborough tillägger att om vi inte är försiktiga, vi kommer att anstifta ytterligare förändringar till ett brett spektrum av växt- och djurarter över hela världen.

"Om du inte designar för det på lämpligt sätt, du kan bygga ledningsnätverk och sätt att fånga upp och kontrollera vatten som kommer att hamna begravd som uppbyggnaden bakom moderna dammar, eller planer kan bli övergivna helt och hållet när en flod förändras, säger Scarborough och Jon-Paul McCool, UC doktorand under Dunnings mentorskap.

"Hur tidigare populationer hanterade varierande nederbörd som den som identifierades vid Tikal, Chaco tvätt- eller dräneringsmönster har överlag varit mycket dynamiska. Sådana investeringar i att bygga massiva dammprojekt idag är en kostsam utgift för pengar och tid som mycket väl kan dra nytta av synpunkter på det förflutna.

"Vi vill inte slösa bort de pengarna på dyra vatteninfrastrukturer om vi kan engagera oss i mindre skala, lägre investeringsstrategier som våra förfäder gjorde."