Utspridda över hela Filippinerna finns många grottor som innehåller värdefulla geologiska formationer som innehåller viktig information om tidigare klimat. Men på grund av lokalt stenbrott, några av dessa formationer kan förstöras. Nu, en Stanford-forskare är på uppdrag att rädda dem.

Daniel Ibarra, BS '12, MS '14, Ph.D. '18, är postdoktor vid Institutionen för geologi och miljövetenskap. Han slog sig nyligen ihop med Stanford alun Carlos Primo David, Ph.D. '03, nu professor vid University of the Philippines i Diliman, att påbörja processen att hämta dessa värdefulla klimatarkiv. Ibarra tar med dem till Stanford där han kommer att använda sofistikerade geokemitekniker för att rekonstruera och utöka tidigare klimatrekord.

"Som klimatforskare har vi inget sätt att basera hur klimatet har förändrats i det förflutna utöver det instrumentella rekordet, förutom att använda den geologiska dokumentationen, " Sa Ibarra. "Så vi studerar arkiv som trädringar, iskärnor, sjöar, marina sediment och grottor."

Arkivgrottor

Ett av de viktigaste arkiven på land är grottavlagringar som innehåller stora, istappsformade mineralavlagringar som kallas speleothems. Många av dessa grottor ligger i Filippinerna. Så i januari, Ibarra reste till Manila, där han träffade David och hans doktorander. Tillsammans utforskade de en serie grottor i Luzon för att dokumentera och samla in två typer av speleotem:stalaktiter och stalagmiter.

Stalaktiter bildas när vatten droppar från taket i en grotta och sakta fälls ut med tiden, lämnar ett klimatrekord i form av koncentriska cirklar som liknar ringar på ett träd. Stalagmiter bildas på samma sätt, men växer uppåt från golvet och är de mest användbara av dessa grottavlagringar. Även om dessa formationer uppskattas vara tusentals år gamla, mycket få har studerats i Filippinerna. På grund av industriell utgrävning i närheten, de kunde snart vara borta för alltid.

"Detta är ett område för aktiv cementbrytning, så vi har bara några år på oss att få speleothems, " Sa Ibarra. "Det är lite av ett räddningsuppdrag."

Efter att noggrant tagit bort speleothems från grottorna, Ibarra tar med dem till Stanford, där proverna borras och dateras genom en process – liknande koldatering – med användning av den radioaktiva sönderfallskedjan av uran, mätt på en masspektrometer. Ibarra använder detektorer som mäter de olika förhållandena mellan torium- och uranisotoper, som talar om för honom provets ålder. Liknande masspektrometritekniker som använder stabila isotoper av syre och kol används för att bestämma temperaturen och nederbördsnivåerna vid den tidpunkt då speleotemerna bildades – data som kommer att förbättra forskarnas förståelse av klimatförändringar.

"Vi fokuserar på prover som kommer att förlänga de historiska nederbördsrekorden flera hundra tillbaka, kanske till och med tusen år, ", sa Ibarra. "Och vi kan använda vad vi drar slutsatser om klimatet från dessa prover för att jämföra klimatmodeller som vi också använder för att projicera framtida klimatförändringar."

Vitring vid Mount Pinatubo

Ibarra och David arbetar samtidigt med relaterad forskning i området kring Mount Pinatubo, den aktiva vulkanen cirka 100 miles nordväst om Manila känd för sitt massiva utbrott 1991. Det är där som den kemiska nedbrytningen av stenar på jordens underyta – en process som kallas vittring – tros ske i några av de snabbaste takterna i världen.

Vitring av stenar är det primära sättet på vilket koldioxid binds under geologisk tid, hålla jorden beboelig. Ibarra och David mäter vittringshastigheter genom att samla in vattenprover från floder under olika tider på året och mäta flodvattnets kemiska sammansättning för element som kalcium, magnesium, natrium och kiseldioxid – huvudkomponenterna i stenar.

"Kemisk vittring och efterföljande karbonatbegravning i havssediment binder atmosfärisk CO2 tillbaka i den geologiska kolcykeln, " Ibarra förklarade. "Vitring modulerar jordens atmosfäriska CO2-nivåer från förändringar i vulkanisk avgasning, eller de långsiktiga effekterna av mänskliga utsläpp, hålla temperaturerna reglerade."

Båda forskningsprojekten stöds av en utmärkelse Ibarra fick från Institutionen för vetenskap och teknik Balik Scientist Program, som uppmuntrar forskare av filippinsk härkomst att återvända till Filippinerna för att dela med sig av sin expertis. Genom programmet, Han är värd av University of the Philippines National Institute for Geological Sciences och professor David. Förutom att utföra originalforskning, Ibarra har hållit föredrag och föreläsningar om klimatvetenskap och geokemi vid University of the Philippines.

Ibarra planerar att återvända till Filippinerna i vår för att fortsätta samla in grottavlagringar och flodprover. Han hoppas att detta arbete kommer att hjälpa människor att förbereda sig för förändringar i miljön.

"Att studera tidigare klimat ger oss en färdplan för de typer av förändringar vi kan förvänta oss i nederbörd och temperatur på grund av framtida klimatförändringar, som kan informera om anpassningsstrategier, " han sa.