Det finns en viss romantik i speleologi, studiet av grottor, om du kan se förbi kylan och det fuktiga och det mörka. Grottor är gamla och ofta vackra platser. Och de kan vara användbara. Hällformationer i grottor, det visar sig, innehar kemiska hemligheter som ger ett fönster på både antika civilisationer och framtidens klimat.

Många människor tänker på speleothems, eller grottor, som tråkig och brun. Men de finns i en bred färgpalett. "Jag var nyligen med en vän i en övergiven gruva där det fanns några stenar som hade en blåaktig, grönaktig glans eftersom de hade mycket koppar i sig, "sa doktor Sebastian Breitenbach." Det är verkligen sällan man ser det. "

Tänk på en speleothem och du föreställer dig förmodligen stalaktiter och stalagmiter. (För att komma ihåg vilket är vilket, försök tänka på stalaktiter som måste hålla hårt; det är de som hänger från taket.) Dessa stenar bildas när vatten droppar in i en grotta och det lösta karbonatet som det innehåller utfälls gradvis ut. Du får också flödesstenar som bildas av underjordiska bäckar och tunnväggiga bergrör som kallas "soda-sugrör".

Dessa stenar växer värkande långsamt:några tiondels millimeter per år i de snabbaste fallen. Det betyder att stalaktiter kan vara tiotusentals år gamla. Och eftersom grottstenen läggs ned gradvis av enskilda vattendroppar, det lagrar en registrering av deras kemiska sammansättning.

Det visar sig att några av dessa kemiska signaturer varierar beroende på klimatet vid den tiden. Ta till exempel förhållandet mellan två isotoper syre, syre-16 och syre-18. Regnvatten innehåller ett specifikt förhållande av de två och så genom att slipa ner prover från speleothems och analysera isotopförhållandet vid olika punkter längs bergets längd, geokemister kan få en antydan om hur regnigt det var, eller var regnet härstammar från när berget bildades. Det finns många andra fullmakter förutom syre också.

Gammal

Denna historia över antikt klimat som är begravd i sten visar sig vara användbar för att ge oss ett grepp om hur livet var för gamla civilisationer. Det kan också berätta om perioder som den mystiska bronsålders kollapsen.

Detta var den 50-åriga perioden då flera stora civilisationer i Medelhavet, inklusive det egyptiska imperiet, mykenerna och hetiterna, alla kollapsade cirka 3, 000 år sedan. Vissa tror att detta kan ha att göra med en megadro som drabbade regionen. Men det här är en kontroversiell idé och det finns gott om andra teorier. Vissa gamla texter skyller på invaderande horder som kallas 'havsfolk'.

Data från grottor kan hjälpa till att belysa vad som kan ha hänt genom att åtminstone visa när och var det var en torka. Men det finns luckor i data, inte minst när det gäller Turkiet.

"Turkiet har varit hem för många viktiga gamla mänskliga kulturer, från några av världens tidigaste jordbrukssamhällen i paleolitikum till mer moderna samhällen som hetiterna, klassiska greker, Romersk, Bysantinska och ottomanska imperier, "sa Dr Ezgi Unal-Imer vid Middle East Technical University i Ankara, Kalkon. "Vi är säkra på att de måste ha påverkats starkt av (förändrade) miljöförhållanden."

Det var därför hon började Speleotolia -projektet, med målet att samla in högupplösta paleoklimatdata från Turkiet. Hon har samlat prover från grottor under de senaste åren inklusive 10 stalagmiter från västra Turkiet.

Fem av dessa täcker Holocene -perioden och hon har ett prov som ger en kontinuerlig tillväxtlinje tillbaka 1, 825 år. "Detta täcker nästan hela den vanliga eran - det är ett riktigt bra urval, " Hon sa.

Hon är för närvarande halvvägs med att borra 420 prover, vilket hjälper henne att rekonstruera tidigare klimatförhållanden. Dr Unal-Imer är upphetsad över vad de kommer att avslöja. Vi vet bara inte vad vi hittar, hon säger.

Regn

En sak som hennes projekt inte kommer att göra, dock, är kvantifiera hur mycket regn som föll under ett visst år tidigare.

Just nu, de flesta speleothem-data kan bara signalera kortsiktiga klimattrender, säger Dr Breitenbach som är baserad vid Northumbria University i Newcastle, STORBRITANNIEN. Med andra ord, det kan berätta att en viss period var mycket regnigare än den tidigare - men inte hur många millimeter regn som föll. Varför då?

Väl, låt oss ta förhållandet mellan syreisotoper i en sten igen. I sanning, även om detta påverkas av nederbörd, knuffas det också upp och ner av andra faktorer som temperatur, och topografin och luftfuktigheten i den specifika grottan.

QUEST -projektet som Breitenbach ledde försöker ändra den osäkerheten, med två strategier. Den första innebär detaljerat arbete med en av Waitomo -grottorna i Nya Zeeland. Planen är att mäta många fullmakter parallellt och se hur de alla varierar över tiden. Variationer i en proxy kan orsakas av flera faktorer och det är omöjligt att veta hur mycket varje bidragit. Men titta på variationerna i 10 eller 15 ombud i tandem och det borde bara finnas en hypotes för hur nederbörden har förändrats kvantitativt, säga, som passar alla fakta. "Då är det som en Agatha Christie -kriminalroman, sa Dr Breitenbach. Alla fakta som vi lärde oss från fullmakterna måste passa in i tolkningen.

Ett minus till denna strategi, dock, är att det kräver en detaljerad förståelse av grottan där speleotemproverna togs. Det betyder att forskarna skulle behöva kalla sin inre detektiv på nytt med nästan varje stenprov.

Den andra strategin är att upptäcka nya fullmakter som verkligen bara påverkas av en variabel och som kan ge kvantitativa data direkt. Dr Adam Hartland vid University of Waikato i Hamilton, Nya Zeeland har lett denna del av arbetet.

Kalibrera

Han har upptäckt några molekyler som kallas organo-metalliska komplex för vilka det är möjligt att kvantifiera hur de förändras i grottstenar som svar på temperaturen i detalj. Tricket blir att kalibrera denna proxy, så att vi kan säga att en mätning av en viss mängd av komplexet betyder en viss temperatur. "Vi vet hur vi gör det - men vi har inte riktigt gjort det ännu, sa Dr Breitenbach.

Men vad har allt detta att göra med framtiden? Väl, skörd av information om det förflutna är avgörande för att svara på frågor om vad som kommer att hända med nederbörd och temperatur inför klimatnöd. Ta El Niño – Southern Oscillation (ENSO), ett vädermönster som påverkar havstemperaturen och skiftar regn på södra halvklotet med katastrofala effekter på fiske och jordbruk.

Just nu, vi har dålig koll på hur ENSO påverkats av klimatförändringar tidigare. Men med speleothems, vi kan gå tillbaka i tiden och titta på en period som var särskilt varm. "Vi kan se hur ofta det fanns El Niños, hur starka var de, och var var deras starkaste effekter? Då kan vi använda det förflutna som en nyckel till framtiden, sa Dr Breitenbach.