Grottor glöms lätt bort när eld sliter genom busken, men trots deras robusthet den långsiktiga effekten av frekventa, oöverträffade brandsäsonger innebär en ny utmaning för underjordisk geologi.

Berömda grottor vid turistattraktioner överlevde bördan av den australiensiska bushbrandkrisen i somras, men brändernas aldrig tidigare skådade natur presenterar en ny osäkerhet för dessa unika underjordiska ekosystem, enligt en UNSW Sydney geolog.

Skogsbränderna påverkade många sällsynta karstlandformer i sydöstra Australien, inklusive populära turistattraktioner som Jenolan, Wombeyan och Buchan grottor.

UNSW professor Andy Baker, del av ett team som var först med att undersöka effekten av eld på grottor och karst, sa att detta var ett avgörande område att studera på grund av landformernas unika geodiversitet och värden. Bränderna påverkade flera forskningsplatser där Prof Baker och hans medarbetare studerar effekterna av brand på grottor.

"Tänk på Marble Arch vid Jenolan, Victoria Arch vid Wombeyan eller Mount Sebastopol i Macleay Karst Arc. Sebastopol, till exempel, är ett särpräglat berg med betydande inhemska värden, " sa Prof Baker.

"Grottor är en viktig tillflyktsort och livsmiljö, t.ex. fladdermusplatser som fungerar som förlossnings- eller övervintringsplatser. Men vad händer med fladdermuspopulationerna när ekosystemet utanför bränns? Vart går dom? Kan de överleva? Vi vet inte.

"Vi kan också hitta bevis på tidigare bränder genom stalagmiter - mineralavlagringar som stiger upp från grottgolvet - så, medan bränder förstör det som finns på ytan, den mer skyddade underytan är ett bra ställe att leta efter historisk klimatinformation och för att sätta dagens bränder i sitt sammanhang."

Stalagmiter är motsvarigheten till stalaktiter, som växer ner från taket i en grotta.

Prof Baker sa att under de kommande 12 månaderna, han förväntade sig att efterdyningarna av bränderna skulle spola ut näringsämnen till underytan, ändra grottans hydrologi och sakta ner karstifieringsprocessen (när kalksten utsätts för kolsyra i marken och löses upp, det skapar distinkta landformer — karst).

"Vissa hydrologiska förändringar kan vara permanenta eller långvariga, och nedgången i karstifiering kan vara flera år, " han sa.

"Dessa effekter minskar ju svagare elden är och djupare grottan."

Bränder utan motstycke för karstregioner

Prof Baker sa att bränderna påverkade NSW:s karst oproportionerligt eftersom det var koncentrerat i nationalparker i de viktigaste eldområdena, såsom Greater Blue Mountains världsarvsområde.

"Många områden har brunnit förut, men det här är första gången vi har sett så många platser brinna samtidigt, under samma brandsäsong—så, den rumsliga täckningen är en av anledningarna till att dessa skogsbränder är utan motstycke, " han sa.

"Bränderna är också utan motstycke på grund av regnskogsområdena som brann, och dessa områden innehåller karst. Till exempel, det mesta av Macleay-karst i norr är subtropisk eller tempererad regnskog och några av bränderna brände in i den subtropiska regnskogen.

"Macleay är där jag grottar med en grupp som inkluderar frivilliga brandmän och medborgarforskare. Jag har aldrig sett en så omfattande brand där tidigare.

"Det är förmodligen första gången en brand har påverkat regnskogen på mycket länge eftersom regnskog, till skillnad från andra skogar och träd, har inte utvecklats och anpassats till brand—dessa träd borde inte fatta eld—så, det kanske inte växer tillbaka och det är ett stort problem."

Prof Baker har arbetat med Kempsey Speleological Society för att övervaka klimatet och hydrologin i vissa grottor i den tempererade och subtropiska regnskogen i Macleay-regionen sedan 2014.

"Ett antal av dessa grottor brändes av de stora bränderna i Carrai-Carrai East mellan oktober och december förra året, " han sa.

"Vi utforskade en av dessa grottor i november, i vad som var en av de första forskningsresorna för att undersöka brandens inverkan på karst.

"Så, vår långsiktiga övervakningsdatauppsättning är nu en sällsynt och värdefull baslinje för att undersöka effekterna av brand på grottklimat och hydrologi."

Spåra brandhistoria i karst

Yanchep National Park i västra Australien var ett av de kustnära karstområdena som förstördes av brand före jul.

Prof Baker besökte denna månad för att undersöka effekterna av branden 2019 jämfört med en brand 2005 på samma plats.

Yanchep är också den huvudsakliga forskningsplatsen för Prof Bakers nya treåriga Australian Research Council Discovery Project som syftar till att rekonstruera brandhistoria från grottstalagmiter, ett samarbete med forskaren Dr Pauline Treble från Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO).

Karstområdet var föremål för forskarnas inledande arbete om brandens effekter på grottor och karst och konsekvenser för brandhantering, som började 2013.

ANSTO började övervaka grottorna efter att en intensiv skogsbrand brände 1200 hektar av Yanchep National Park i februari 2005.

Övervakningen, som fortsatte till 2011, undersökte hydrologin och vattenkemin för vatten som sipprar från ytan till grottan.

Prof Baker sa att forskarna, ledd av dåvarande UNSW Honours-studenten Gurinder Nagra, publicerade resultaten 2016 och det blev den första studien någonsin om effekterna av brand på grottor.

"Forskningen visade att branden dödade stora träd, och så var ytan inte längre skuggad. Detta gjorde ytan varmare, ökad avdunstning och därför, grottan blev torrare, " han sa.

"De döda träden lämnade askavlagringar på ytan och de lösliga komponenterna i askan fördes via vatten till grottan. De vanligaste lösliga askmaterialen är näringsämnen och därför brand orsakade export av näringsämnen till underytan.

"Vad mer, bränderna minskade mängden upplöst kalksten, på så sätt bromsar tillväxten av stalagmiter och stalaktiter i grottan."

Prof Baker sa att Yanchep karst också var viktig eftersom WA:s distinkta årstider uppmuntrade regelbundna tillväxtmarkeringar på stalagmiter, gör dem mer exakta för dejtingändamål och därför, bättre för att spåra brandhistoria.

"Årliga tillväxtlager - som trädringar - är ett sätt att datera stalagmiter, men de visas bara där du har ett starkt årligt klimat, " han sa.

"Vi kan räkna tillbaka åren i stalagmiternas kemi och om vi kan räkna varje år, då vet vi exakt när bränder inträffade - vilket kan vara ganska intressant."

Långtidspåverkan av bränder osäker

Prof Baker granskar data han samlat in på Yanchep och ser fram emot ytterligare forskning, men han sa att brandens långsiktiga inverkan på grottor och karst – i synnerhet, om aldrig tidigare skådade bränder blir vanligare — var okänt.

"Eld är en naturlig process - så det är något som alltid har hänt. Men om dessa bränder är oöverträffade på grund av den rumsliga omfattningen av landet som har bränts, och bränderna inträffar samtidigt och blir allt vanligare, då blir det något som grottorna inte har sett förut, " han sa.

"Om mer regelbunden näringstillförsel - den lösta askan - flödar in i de underjordiska systemen, hydrologin kan förändras mer, och det underjordiska ekosystemet kanske inte klarar av att ta emot näringsämnen i denna skala; men vi vet inte.

"I längden, det kan bli permanenta förändringar, till exempel, en berömd stalagmit i en turistgrotta som folk kommer ihåg eftersom det alltid droppar vatten kan sluta droppa eftersom ledningen är blockerad, eller kanske en formation som växte snabbt börjar sakta ner om några år eftersom träden har dött på ytan.

"Och, om överliggande skogar bränns kraftigt, bromsningen av karstprocesser kan pågå i många år - tills skogen har återhämtat sig."