I början av augusti 2017, ett team av forskare från University of São Paulo (USP), universitetet i Campinas (UNICAMP) i Brasilien och Frankrikes utvecklingsforskningsinstitut (IRD) började borra borrhål och analysera sediment som avlägsnats från Colônia-kratern, en depression belägen i södra utkanten av staden São Paulo, med en diameter på 3,6 km, djup på upp till 450 m och en yta på 10,2 km ² . Deras mål var att rekonstruera de senaste 1 miljon åren av biosfären och den atlantiska regnskogsbiomen i det området.

"Ansamling av sediment var möjlig under kvartären [de senaste 2,6 miljoner åren] på grund av skålformen. De 50 m av sediment vi provar kommer att innehålla register över de senaste 800, 000 till 1 miljon år, " sa André Oliveira Sawakuchi. Sawakuchi är medlem i projektgruppen och leder Gamma Spectrometry &Luminescence Laboratory vid USP:s Geoscience Institute.

Utrustning för labbet köptes med stöd från São Paulo Research Foundation (FAPESP), och detta labb är en av anläggningarna där materialen kommer att analyseras. "Analysen kommer att göras i laboratorier vid USP och i länder som Schweiz, Frankrike, USA och Tyskland, sa Marie-Pierre Ledru, en forskare vid IRD, som delar samordningen av projektet med Sawakuchi.

Forskarna analyserar kärnorna för alla mikrober, pollen, isotoper, växthusgaser och alger, såväl som för andra föremål som fastnat i sedimentet. Allt detta är bevis på variationerna i mängden solljus som mottas av planeten som orsakade de många glacial-interglaciala cyklerna i planetens historia och effekterna av de våta och torra perioderna på den atlantiska regnskogen.

"Frågorna vi försöker svara på har att göra med dessa naturliga cykler som är en del av jordens klimat. Under de senaste 800 000 år, det har varit istider ungefär var 100:e, 000 år. Vårt forskningsprojekt har flera fronter, och vi kommer att få en omfattande analys av denna period, sa Patricia Roeser, ytterligare en medlem i projektgruppen och en forskare vid European Centre for Environmental Geoscience Research &Education (CEREGE) i Frankrike.

Sedimentproverna som samlats in från Colônia-kratern är mycket rik på information om vad som hände i området och hur den atlantiska regnskogsbiomen reagerade på klimatförändringarna. Genom att analysera de organiska föreningarna och isotoper (former av kemiska grundämnen) i sedimentet, forskarna kan fastställa en hel del om typen av växttäcke och till och med sammansättningen av regnet som föll för tusentals år sedan.

"Växter absorberar isotoper av väte från nederbörd, så resterna av växter fångade i sedimentet representerar ett slags klimatarkiv, Sawakuchi sa. En annan informationskälla om Atlantens regnskogs förflutna är pollen som finns i sedimentkärnor, där forskarna kan dra slutsatser om florans mångfald.

Analys av de gaser som fångas i sedimentets porer gör det möjligt att undersöka underjordiska samhällen av mikrober, som producerar växthusgaser som koldioxid och metan.

"Den här typen av forskning har gjorts för tempererade skogar, men väldigt få tropiska områden har studerats på detta sätt, ", säger Ledru. "Informationen som erhållits hänför sig inte bara till själva skogen utan också till mängden nederbörd och till perioder med mer intensiv torka och regn."

Projektet genomförs i tre etapper. Den första är borrning och insamling av kärnprov. Den andra är analysen av växthusgaser och mikrobiologi. "Borrplatsen ligger 100 m från vårt minilaboratorium. Materialet kommer till minilabbet, där proverna delas upp i mindre delprov. Vi måste göra detta snabbt för att undvika kontaminering. Proverna skickas sedan till forskare i flera länder, sade Röser, vem som ansvarar för in situ-analys.

Detta tredje steg involverar analys av rester som isotoper, pollen och alger av experter vid forskningscentra i flera olika länder. "Efter det, kärnorna kommer att returneras till Brasilien för lagring i USP:s arkiv, ", sa Ledru. "Det är ett tvärvetenskapligt projekt med 17 forskare som är specialiserade inom olika områden."

Forskningsprojektet, kallas Tropicol, är inte den första som studerar växtligheten i Colônia-kratern. Området har studerats sedan 1960-talet, men det första fokuset var på hur kratern bildades, troligen av en meteorit. Studier med fokus på klimat och vegetation började på 1980-talet.

"Det finns inte mycket forskning av det här slaget i världen, " Sa Roeser. "Kontinental djupborrning för att studera mikrobiell aktivitet, i motsats till havsundersökningar, började för mindre än tio år sedan. De första resultaten visade en koppling mellan glacial-interglaciala cykler och typer av mikrobiella samhällen. Vi är nyfikna på att se resultaten av analyserna, som kommer att visa om detta också är fallet för Colônia-kratern."

Borrning 2014, som en del av det tematiska projektet "Dimensions US-BIOTA São Paulo", producerade 14 m kärnor av sediment, spela in de senaste 250, 000 år. I detta fall, forskarna upptäckte att det fanns en sjö i kratern under en lång period. De uppskattade att förändringen från en sjö till ett kärr skedde cirka 120, 000 år sedan.

"Vi vet att sedimentet är rikt på pollen och organiskt material, allt detta är bra material för att studera utvecklingen av den atlantiska regnskogen, " Sawakuchi sa. "Ett annat intressant faktum är att på djup under 11 m, vi finner sjöbotten sedimentlager. Det mesta av kraterns sedimentära utfyllnad är av detta slag, vilket betyder att kratern var en sjö under en stor del av sin livstid."

Kratern är också känd för att ha en maximal tjocklek på 450 m ackumulerat sediment. "Det framtida målet är att borra ner för att samla in kärnor från dessa 450 m, ", sade Ledru. "Det kommer då att vara möjligt att ta prover på källarstenen i botten av kratern för att fastställa om den verkligen orsakades av ett meteoritnedslag. Satellitbilder av kratern lämnar inga tvivel, men denna studie kommer att ge bekräftelse från klippan, sa Ledru.

Hon tillade att materialet som har samlats in från kratern kan användas i nya studier om klimatförändringar och den atlantiska regnskogen.

"För framtida forskning, vi är intresserade av att studera hur förändringar i solenergi påverkar den biologiska mångfalden, skapa processer för utrotning och arters uppkomst. Dessa processer är fortfarande dåligt förstådda. Vi har inga svar om de naturliga utrotningsprocesserna, och vi upplever för närvarande en massutrotning till stor del orsakad av människor, sa Ledru.

Planeten genomgår en ny fas av solcykeln, varvid solens aktivitet blir mer intensiv med cirka 11 års mellanrum, samtidigt som växthusgaserna är på höga nivåer. "Det kommer att vara viktigt att bestämma effekterna av dessa variationer i solenergi på det tropiska skogens underlag, ", sa Ledru. "Vi kan då veta hur energivariationer kan påverka framtida utrotningar och artuppkomster, skapa en länk mellan det förflutna och den nuvarande eran där mänsklig aktivitet skapar något helt nytt på jorden. Det är fortfarande bara en ny forskningsmöjlighet. Studier av klimat, paleoklimat och paleobiologi behöver flera indikatorer, som de som fångats i Colônia-kratern."