Ett fint lager av damm som tros ha lämnats kvar av den första vintermonsunen någonsin för att korsa nordöstra Tibet har avslöjats av forskare, avslöjar ögonblicket då det stora väderfenomenet som vattnar stora delar av Asiens somrar och torkar sina vintrar kan ha börjat.

Dammet blåste in för cirka 40 miljoner år sedan, härstammar från samma platser som vintermonsunerna kommer med damm från idag. Det finns ingen att hitta före detta datum - men damm har avsatts sedan dess.

Monsuner ger vatten till halva jordens befolkning och förekommer i tropikerna och subtroperna, även om den mest kraftfulla är den sydasiatiska monsunen. När sommarvärmen växer, Häftigt, fuktladdad luft strömmar in från havet, värmer och stiger, släpper sin last när den når de kallare temperaturerna ovan. På vintern, det motsatta händer med glaciärvindar som flammar från Arktis och blåser damm över hela Asien och omgivande hav.

Men monsuner är fortfarande dåligt förstådda, och dagens klimatmodeller är oense om hur ökad koldioxid (CO ₂ ) i atmosfären kommer att förändra dem. Genom att förstå hur monsunerna började, och hur detta väderfenomen och CO ₂ relatera till varandra, forskare kan förbättra dagens modeller.

Forskare trodde att den asiatiska monsunen började för cirka 25 miljoner år sedan, men nyligen publicerade flera oberoende team bevis som skjuter tillbaka datumet till cirka 40 miljoner år sedan. Det var vid den här tiden som de två kontinenterna Indien och Asien kolliderade, driva Himalaya och den tibetanska platån till existens, och, någon gång för mellan 55 och 34 miljoner år sedan, Jorden började svalna från en varm, isfri planet till dagens bipolära ishusförhållanden. Professor Guillaume Dupont-Nivet, en specialist på paleomiljö vid det franska nationella centret för vetenskaplig forskning (CNRS) i Paris, tror att monsunerna kan ha haft en avgörande roll i denna avkylning.

Kyld

Han tror att kraftiga regn orsakade en enorm utslitning av bergen, känd som vittring. Det är känt att väderlek drar CO ₂ från atmosfären på ett antal sätt – t.ex. det resulterande dammet, när den når havet, matar plankton som sedan absorberar CO ₂ när de växer. Med mindre CO ₂ för att isolera atmosfären, växthuseffekten försvagades och klimatet svalnade.

"Det finns många teorier om den globala kylningen och det är bara en av dem, " sa prof. Dupont-Nivet.

För att testa hans teori, hans team har letat efter spår av de första monsunerna, i ett projekt som heter MAGIC.

Men att leta efter bevis på årliga väderhändelser som hände för tiotals miljoner år sedan är en svår uppgift.

Teamet undersökte sten i tre områden – Myanmar, Tadzjikistan och nordöstra Tibet.

De hittade fossiliserade pollenkorn från vilka de bestämde vilka växtarter som fanns där. De har spårat dem utvecklas för att klara klimatförändringarna och sedan försvinna när öknarna tog över. Att känna till de förhållanden under vilka olika arter frodas, de kunde härleda luftfuktigheten och temperaturen under på varandra följande säsonger.

Forskarna använde också isotopanalys av bladvax - ett segt ämne som överlever miljoner år efter att växterna som utsöndrade dem har försämrats. I naturen, vissa grundämnen förekommer i flera former som bara skiljer sig i massa - det finns till exempel två vanliga isotoper av syre - syre 16 och syre 18 - och väte. Hur mycket av varje isotop som bevaras i fossilet beror på temperaturen och luftfuktigheten vid vilken den levde. Detta innebär att, när växter absorberar vatten, det lämnar ett fingeravtryck i deras vävnader som antyder klimatförhållandena.

"Det här är svåra frågor när du tittar på 40 miljoner år i det förflutna, men när vi kombinerar dessa proxyservrar kan vi ... berätta hur temperatur och nederbörd förändrades med årstiderna, " sa prof. Dupont-Nivet.

I Myanmar, vädret varierade säsongsmässigt på det typiska sättet för monsuner, även om Prof. Dupont-Nivet säger att andra förklaringar också passar in i uppgifterna.

Men dammet i Tibet är en stor upptäckt, " han säger.

"Det som är väldigt spännande är att vi registrerar början ... Det finns inget damm på tiotals miljoner år och sedan början av det, och sedan är det damm fram till idag."

Teamet insåg att dammets ankomst sammanföll exakt med försvinnandet av ett enormt hav som brukade täcka Eurasien från Kina till Europa. När Indien kolliderade med Asien skars detta vatten av från havet och förångades gradvis, lämnar efter sig öknar och det isolerade Aral, Kaspiska och Svarta havet. Analys av dammet visade att det hade kommit från detta område vilket visar att dessa händelser förändrade hur luften cirkulerade, driver det första dammet från dessa öknar mot regioner som Tibet, han säger.

Det som började för 40 miljoner år sedan var en svagare protomonsun av vad vi har idag, enligt prof. Dupont-Nivet.

"Det är väldigt nära (till dagens monsun) eftersom vi får starka vindar som bär detta damm och dammet har stor inverkan på klimatet, " sa han. "Det kan vara ansvarigt för en del av kylningen."

Framtida

Datan kommer att hjälpa till att testa förutsägelserna klimatmodeller gör för framtidens monsuner, han säger.

Dagens stora klimatmodeller kan inte enas om huruvida klimatförändringarna kommer att få monsunerna att förstärkas eller försvagas, eller om deras starttid kommer att ändras, säger Dr Michael Byrne, klimatforskare vid universiteten i Oxford och St Andrews i Storbritannien.

Alla klimatmodeller är överens om att den globala uppvärmningen packar upp mer vattenånga i luften vilket borde orsaka en blötare monsun. Vissa föreslår också att i södra Asien, svarta kol- och sulfatföroreningar har nyligen försvagat den.

Men de är inte överens om påverkan av CO ₂ på mer komplicerade faktorer, som molnstorlek, vindriktning och den hastighet med vilken fuktbelastad luft från havet stiger.

"Under det senaste decenniet eller så har det lagts mycket tid och pengar på att utveckla dessa klimatmodeller så att de kan simulera alla delar av världen i (allt mer) högre upplösning ... men osäkerheten i monsunförutsägelser har inte gått ner, " sa Dr Byrne.

Som ett resultat, det är inte klart om monsunerna kommer att börja tidigare eller senare än de gör idag, till exempel.

Han har därför tagit ett radikalt grepp för sitt projekt, MONSUN. Istället för att lägga till mer komplexitet, han gick tillbaka till grunderna, skildrar bara några av de grundläggande krafterna som formar monsuner.

Faktiskt, han har avstått från land helt och hållet och har byggt en "vattenplanet." Utan land för att komplicera saken, han kan fokusera på moln, CO ₂ och vattenånga kretslopp.

"Rubrikresultatet är att moln och vattenånga (genom att absorbera och reflektera energi som sänds ut av solen och jorden) har ett mycket starkt inflytande på monsunen, " sa han. Ökad CO ₂ ökar mängden vattenånga som "tenderar att göra monsunen starkare och blötare."

"Men det har några andra intressanta effekter som är mindre uppenbara. När du slår på denna vattenångaeffekt tenderar du att fördröja monsunstarten med ungefär tio dagar, vilket inte är känt."

Dessa simuleringar visar att detta är viktiga monsunprocesser som hittills nästan helt har försummats, han säger. "(Och de) har stor potential att möjligen förklara en del av den stora osäkerhet vi ser i de senaste klimatmodellprognoserna."