Spårelementens roll som paleo-klimatproxy har utforskats i ANSTO-ledd miljöforskning.

Palaeoklimat är rekonstruktionen och studien av tidigare klimattillstånd på jorden och andra planeter.

Spårmetaller från aerosoler i atmosfären som deponeras i marken, eller från berggrunden, och ta sig in i grottan stalagmiter kan användas som proxy för att bekräfta klimathändelser, enligt forskning publicerad av Carol Tadros och medarbetare i Vetenskap om den totala miljön .

Forskningen kommer att hjälpa till att dechiffrera komplexiteten hos geokemiska signaler i droppvatten från speleothems (grottstalagmiter) för att på ett tillförlitligt sätt rekonstruera en historia av paleoklimat i sydöstra Australien.

Tadros publicerade uppsatsen som en del av sin doktorsexamen. studier genomförda vid University of New South Wales under ledning av prof Andy Baker, Direktör för forskning och miljö och Dr. Pauline Treble från ANSTO. Stuart Hankin från ANSTO bidrog också till forskningen.

Spårmängder av natrium, kalium och zink och andra grundämnen transporteras som fina partiklar i aerosoler innan de deponeras vid grottplatser. Dessa element kan modifiera den kemiska sammansättningen av droppvatten som används i miljöforskning.

"Om vi ​​vet att ett spårelement kan användas som en proxy för t.ex. torka och El Niño-evenemang, sedan när vi ser tillbaka längre i tiden, vi kan bekräfta perioder av torka av proxy, sa Tadros.

Studien genomfördes för att ytterligare undersöka källorna och processerna som kontrollerar förändringar i de kemiska signaturerna av droppvatten.

Carol undersökte droppvattendata från Harrie Wood Cave i Snowy Mountains som samlades in under en tioårsperiod.

"Vi samlade också jord för att bestämma dess sammansättning, och experimentellt studerade rörligheten av element från dessa lerrika jordar. Vi samlade berggrundsprover och hade tillgång till en aerosolprovtagare i drift på platsen i fyra år, sa Tadros.

Klimatet i denna zon och hela östra Australien kännetecknas av buskbränder, damm stormar, cykloner och extrema regnvariationer.

Samspelet mellan atmosfären och havet i det tropiska Stilla havet, känd som El Niño/Southern Oscillation (ENSO), ökar nederbördsvariabiliteten och extrema väderhändelser i sydöstra Australien.

"Speleothem-spårelementbaserade arkiv i regionen skulle kunna förlänga den instrumentella posten in i det förflutna, vilket gör det möjligt för oss att etablera en förståelse för baslinjens naturliga variation i klimatsystemet, sa Tadros.

"Men för att korrekt tolka dessa arkiv, vi måste ha en fullständig förståelse för orsakerna till spårelementvariabilitet i grottans droppvatten."

Även om det var känt att koncentrationen av spår och huvudämnen i grottvatten berodde på deras ursprung, forskningen bekräftade att platsspecifika hydrokemiska processer under kontrasterande regnförhållanden också påverkar dess sammansättning.

"Spårämnen är mycket specifika för en plats och du måste också förstå de hydrologiska processerna ovanför och inuti grottan under ett föränderligt klimat, sa Tadros.

Utredarna bekräftade att under våta och torra perioder inträffar två olika hydrokemiska processer i grottzonen.

"Efter att vi kvantifierat hur mycket av atmosfären och berggrunden som bidrar till droppvattnet, vi fann att det fanns en anrikning av spårmetaller, natrium, kalium och zink i den lerrika jorden. Det fungerar som ett handfat för att behålla dessa element. Skiftet från torra till våta förhållanden underlättar kemiska processer i jordzonen som sedan mobiliserar metaller till markvattnet och sipprar genom markprofilen."

"Under torkan, kaliumkoncentrationerna är ganska stabila. Jorden rymmer allt kalium. Men när platsens vattenbalans ökar under La Niña-förhållanden, och vattnet börjar röra sig genom det, långsam vittring av lerstrukturen frigör kalium som är fångat mellan lagren i lermineralet."

Andra processer som sker i jorden, som katjonbyte och kolloidal mobilisering, visade sig modifiera natrium, magnesium, strontium- och zinkkoncentrationer i droppvattnet. Tadros och kollegor fastställde att magnesium och strontium/kalcium-förhållanden kunde användas som proxy för torka i stalagmitarkiv.

"Detta är ett nytt tillvägagångssätt, eftersom vi har utvecklat en mångfacetterad förståelse av hela karstsystemet. Med hjälp av massbalansekvationer, vi begränsade bidraget från platsspecifika källor och geokemiska processer för karst/jord. Vi har nu nya geokemiska verktyg att söka för speleothemforskning, sa Tadros.

"Nu när vi vet vilka spårämnen som är särskilt lovande som paleoklimatproxy, vi ska försöka tillämpa det på den moderna uppteckningen av speleothems, sa Tadros.