Vanderbilts paleoklimatologer som använder banbrytande forskning har avslöjat bevis på forntida klimat-"whiplash" i Kalifornien som översteg till och med de extremer som staten har klarat av under det senaste decenniet. Deras resultat ger en långsiktig bild av hur regionala klimatförändringar kan se ut i staten som förser USA med mer än en tredjedel av sina grönsaker och två tredjedelar av sina frukter och nötter.

"Vi hoppas att detta är användbart för planerare som söker mer information om återkommande intervall av klimathändelser som torka, stormar och översvämningar, sa Jessica Oster, docent i jord- och miljövetenskap.

Att arbeta med en stalagmit som växte från 8, 600 till 6, 900 år sedan, Oster och ett team av forskare satte sig för att identifiera klimatmönster utanför räckvidden av mänskliga register. Deras artikel, "Semikvantitativa uppskattningar av nederbördsvariabilitet under 8.2kyr-evenemanget i Kalifornien med hjälp av Speleothem kalciumisotopkvoter, " publicerades i tidskriften Geofysiska forskningsbrev den 28 december. Forskarna inkluderade doktoranden Cameron de Wet och grundutbildningen Yiruo Xu.

Genom att mäta kalciumisotoper i stalagmiter kan forskare uppskatta faktiska mängder av tidigare nederbörd. Andra markörer, som spårelementförhållanden och kol, påverkas av andra faktorer och ger inte denna nivå av klarhet. Unikt, kalcium i speleothems – stalaktiter eller stalagmiter – styrs av hur snabbt vattnet rör sig från bergytan ovanför en grotta till själva grottan. För att förstå kalciumisotoperna, forskarna analyserade 69 prover från en stalagmit i White Moon Cave i Santa Cruz-bergen och från moderna prover av kalcit som odlats i grottan.

"Analysera kalciumisotoper är ett växande område, " sa de Wet. "Det har redan visat sig generera mer robusta och tillförlitliga uppskattningar av hur nederbörden varierade tidigare." Denna forskning är den första kända för att använda kalciumisotopanalys för speleothems i Nordamerika och den tredje kända världen över.

De rekord som laget mätte bokför en plötslig köldknäck noterad i globala klimatrekord 8, 200 år sedan. Händelsen kan ha utlösts av de sista faserna av en smältande inlandsis i Kanada som dumpade kyla, färskvatten i Atlanten. Med Grönlands inlandsis som smälter på liknande sätt idag, Oster sa att deras forskningsperiod kan ha funktionell relevans för vad som händer med vårt nuvarande klimatsystem.

Genom att jämföra mätningar av nederbörd för tusentals år sedan med moderna nederbördsmängder, forskarna fann att omfattningen av nederbördsvariabiliteten under och kring det tidiga köldknäppet i vissa fall överskred den klimatpisksnärt som upplevdes i Kalifornien idag. Kombinerad, dessa register indikerar att Santa Cruz-regionen kan uppleva fler våta och torra extremer i framtiden.

"Vi kan säga att klimatextremer har hänt tidigare och att vi har sett en gång i livet händelser, men att förstå frekvensen av händelser kan vara bra att se framåt, " sa de Wet.

"Sättet vi för närvarande ser på klimatförändringar är genom stora modeller, men det har varit svårare att få en lokal bild av hur klimatförändringarna kan se ut på marken, " sa Oster. "De register vi nu har berättar för oss vad som hände på den här platsen, vid en tidpunkt som kan ha likheter med vart vi är på väg."