En ny studie publicerad i Geofysiska forskningsbrev visar att den så kallade lilla istiden-en period som sträcker sig från 1500 till 1850, under vilka medeltemperaturer på norra halvklotet var betydligt lägre än nuvarande - påverkade klimatet i Sydamerika.

Baserat på en analys av speleothems (grottformationer) i de brasilianska delstaterna Mato Grosso do Sul och Goiás, studien avslöjade att under 1600- och 1700 -talen klimatet i sydvästra Brasilien var fuktigare än det är nu, till exempel, medan landets nordöstra region var torrare.

Samma brasilianska grottrekord visade att klimatet var torrare i Brasilien mellan 900 och 1100 under en period som kallas Medieval Climate Anomaly (MCA), när det norra halvklotets klimat var varmare än det är nu.

Studiens författare är fysikern Valdir Felipe Novello och geologen Francisco William Cruz, forskare vid University of São Paulo's Geoscience Institute (IGC-USP), i samarbete med kollegor i Brasilien, USA och Kina. Studien upptäckte torra och våta perioder i det brasilianska paleoklimatet genom att analysera syreisotoperna i kalciumkarbonatmolekyler som finns i speleothems. "I professor Cruz grupp, vi reste genom hela Brasilien och samlade prover av grottstenar. Sammansättningen av syreisotoper i kalciumkarbonatet som avsatts under århundraden och årtusenden för att bilda speleothems [stalagmiter och stalaktiter] visar om klimatet var torrare eller fuktigare tidigare, sa Novelo.

Torr och våt säsong isotoper

Isotoper är varianter av ett kemiskt element. Medan alla isotoper av något element har samma antal protoner i varje atom, olika isotoper har olika antal neutroner. Till exempel, syre 16 ( ¹⁶ O) har åtta protoner och åtta neutroner, medan syre 18 ( ¹⁸ O) har åtta protoner och tio neutroner.

"I naturen, det finns ungefär en syreatom 18 för varje 1, 000 syreatomer 16, "Förklarade Novello. ¹⁸ O är tyngre än ¹⁶ O, så när det börjar regna, vattenmolekyler med ¹⁸ O fäll först.

Som ett resultat, mängden ¹⁶ O i regnmolnet stiger i förhållande till mängden ¹⁸ O, vilket nödvändigtvis minskar eftersom det mesta av originalet ¹⁸ O fäller ut som regn. "När det regnar kraftigt, regnets isotopprofil ändras, Sa Novello.

För att avgöra hur förändringar i tidigare nederbördssystem kan mätas, Novello och Cruz analyserade register över ¹⁶ O/ ¹⁸ O -förhållande bevarat i kalciumkarbonat i speleotem.

Grottor bildas under långa regnperioder i karstregioner, en typ av landskap som består av karbonatiska stenar som kalksten. Regnvatten kommer i kontakt med koldioxid (CO2) löst i luft och mark. Resultatet av denna kemiska reaktion är något surt vatten, som tränger in i jorden tills den når underjordisk kalkart.

Kalkhaltig sten är olöslig i vatten med neutralt pH men löser sig i närvaro av surt vatten (som har ett måttligt lågt pH), vilket leder till bildandet av de naturliga underjordiska tomrum som vi kallar grottor.

Forskarna förklarade att speleothems bildas när kalciumkarbonat-laddat regnvatten som har trängt in i jorden når grottans tak. Långsam kontinuerlig droppning under tusentals år fäller ut kalciumkarbonatet som löses i varje droppe i form av speleothems, som stalaktiter hängande från taket i grottan och som stalagmiter stiger upp från golvet.

Eventuellt kalciumkarbonat som fälls ut från taket avsätts på golvet i lager som byggs upp för att bilda stalagmiter. Speleothems bevarar isotopsignaturen för syret i regnet som föll vid den tidpunkt då varje lager av kalciumkarbonat deponerades.

"Så, i en region med kraftig nederbörd, till exempel, du tenderar att hitta speleothems med sekvenser av lager som innehåller mindre ¹⁸ O. Omvänt, i regioner med ett torrt klimat, den lilla mängden nederbörd innehåller mer ¹⁸ O. När detta vatten tränger in i jorden och löser upp kalciumkarbonat, det slutar skapa speleothems med en relativt hög nivå av ¹⁸ O."

Rock dating och isotop analys

Novello samlade bergprover från två stalagmiter i Jaraguá -grottan, nära Bonito, Mato Grosso do Sul, och från stalagmiter i São Bernardo Cave och São Mateus Cave, ligger i Terra Ronca State Park, Goiás.

Två prover från två olika stalagmiter samlades i Jaraguá -grottan. En av dem växte kontinuerligt i 800 år enligt uran-thorium-datering, mellan 1190 och 2000, en period som inkluderade LIA. Det andra urvalet växte kontinuerligt 442-1451, en period som inkluderade MCA.

I Goiás, Novello samlade ett bergprov från São Bernardo-grottan som täckte perioden 1123-2010, som inkluderade LIA. São Mateus-grottan gav prov daterat till perioden 264-1201, som inkluderade MCA.

Studien visade att ¹⁸ O-profil för proverna från Jaraguá-grottan visade sjunkande syrenivåer under perioden 400-1400, tyder på ett måttligt vått klimat i centrala Brasilien under perioden (som inkluderade MCA på norra halvklotet).

Nivåer av ¹⁸ O i proverna från Jaraguá -grottan föll mellan 1400 och 1770, återspeglar en ökning av fukt under perioden (som inkluderade LIA på norra halvklotet), men steg mellan 1770 och 1950, i linje med fallande fukt.

En liknande analys av proverna från São Bernardo Cave och São Mateus Cave i Goiás visade ingen tydlig trend, men det fanns ett antal långa våtperioder, främst 680-780 och 1290-1350, med spikar 1050, 1175 och 1490.

Å andra sidan, den våta perioden som dokumenterats av posten från Jaraguá-grottan under LIA 1500-1850 överensstämmer med de våta förhållanden som gynnas av passage av South Atlantic Convergence Zone (SACZ), ett stort molnsystem med en nordväst-sydöstlig orientering som sträcker sig från södra Amazonia till centrala södra Atlanten på sommaren.

"SACZ är molnmassan som är ansvarig för de långa regnperioder som förekommer i Brasiliens sydostregion. Isotoperna berättar hela historien om denna våta massa och dess rörelse över kontinenten, Sa Novello.

I en tidigare studie med isotopregistreringar från grottor i Brasiliens nordöstra region (vid Iraquara, Bahia), Novello hade dragit slutsatsen att ett torrare klimat rådde under LIA i den regionen, som ligger utanför SACZ.

"Data från speleothems i Bonito, associerad med kända paleoklimatdata från Peru, visa att under LIA, SACZ stannade oftare längre i sydväst över ett område som sträcker sig från Peru till São Paulo via Mato Grosso do Sul, "sa han." Å andra sidan, data från grottorna i Goiás och Iraquara tyder på att SACZ inte nådde Goiás, Bahia och nordöstra under LIA, men stannade kvar över sydöstra. Som ett resultat, nordöstra blev torrare. "

Även om posterna från de två grottorna i Goiás (och tre andra grottor) inte visade någon signifikant förändring av den genomsnittliga andelen ¹⁸ O under de perioder som inkluderade MCA och LIA, de pekade på stark variation på en tidsplan för flera kadaller till hundraåriga under övergångsperioden från MCA till LIA (1100-1500).

Konvergenszoner

"Det finns en överensstämmelse mellan klimatförändringar i Sydamerika och klimatdata för norra halvklotet, "sa Cruz, huvudutredare för det FAPESP-finansierade projektet. "Jordens klimat är helt sammankopplat. Om det finns avvikelser i områden med hög latitud, detta kommer att återspeglas i tropikerna. "

"När vi tittar på paleoklimatdata för perioden som motsvarar LIA, vi ser mer kyla i Sydamerika, men nederbördsmönstren förändrades, "Sa Novello. Från denna information, man kan dra slutsatsen att om klimatet blir kallare på norra halvklotet, det regnar mer på södra halvklotet. Fuktkonvergensen hamnar i riktning söderut. Omvänt, när klimatet värms upp på norra halvklotet, det regnar mindre på södra halvklotet.

"I ekvatorialregionerna det finns ett molnbälte som kallas Inter Tropical Convergence Zone. Dess läge motsvarar det område där havsytan är varmare. Denna varmare region skapar en lågtryckszon till vilken all fukt konvergerar, och så regnar det mer. "

Under LIA, när skillnaden mellan det svalare klimatet på norra halvklotet och det varmare klimatet på södra halvklotet var större, vindarna som konvergerade från norra halvklotet till Inter Tropical Convergence Zone (ITCZ) bar mer fukt än de gör nu. Denna större fukt bidrog till en ökning av molnvolymen i ITCZ, som avancerade öst-väst över ekvatorn från Atlanten till Amazonas, där det började regna kraftigt. Detta var när alla ¹⁸ O i molnen utfälldes.

"Kylningen av Nordatlanten under LIA intensifierade nordöstra passatvindarna, vilket gynnade transporten av fukt till Amazonas. Detta är motsatsen till vad som händer under år när nordöstra passatvindarna är mindre intensiva:de tenderar att vara torrare år, "Sa Cruz.

När molnmassorna i ITCZ ​​når Amazonas, de bidrar med fukt som är rikare på ¹⁶ O till SACZ. Den extra mängden av denna isotop registreras av speleothems.

Under MCA, norra halvklotets varmare klimat bildade en lågtryckszon till vilken blöta vindar konvergerade från södra Atlanten. "ITCZ flyttade längre norrut. Hela Sydamerika blev torrare, "Sa Cruz.