Ett internationellt team av forskare, ledd av Max Planck Institute for Chemistry i Mainz, Tyskland, har nu lyckats rekonstruera förändringar i nederbörd i Centralasien under de senaste fem miljoner åren. Den information som bevaras inom sedimentär succession ger den saknade länken för att förstå återvinningar av land-vatten för det globala klimatet.

Paleo -forskare Charlotte Prud'homme, som tills nyligen arbetat vid Max Planck Institute for Chemistry och nu är forskare vid Université Lausanne, förklarar:"Den 80 meter tjocka sedimentära sekvensen vi hittade vid Charyn Canyon i sydöstra Kazakstan ger oss en praktiskt taget kontinuerlig historia av fem miljoner år av klimatförändringar. Detta är en mycket sällsynt händelse på land!" De omväxlande damm- och jordlagren ger det första tillförlitliga beviset, på en plats, av långsiktiga interaktioner mellan stora klimatsystem på den eurasiska kontinenten.

"Under de senaste fem miljoner åren har Eurasiens landytor verkar ha bidragit mer aktivt till vattencykeln på land-atmosfär-hav än tidigare erkänt. De sediment som bevarats vid Charyn Canyon fungerade som ett lakmusprov för tillströmningen av sötvatten till Ishavet, stimulera transporten av fuktiga luftmassor från Nordatlanten tillbaka till land via västliga luftflöden, "säger motsvarande författare Prud'homme. Resultaten av forskningen har nu publicerats i den vetenskapliga tidskriften Kommunikation Jord och miljö .

Forskarna fokuserade sin undersökning på Pliocene och Pleistocene perioder. Pliocen, för fem till 2,6 miljoner år sedan, representerar den bästa analogen för antropocenens klimatförhållanden:denna geologiska tidsperiod var den sista koncentrationen av koldioxid i atmosfären var jämförbar med idag, cirka 400 delar per miljon (ppm). "Det är därför våra insikter från sedimenten i Charyn Canyon är så viktiga för att förstå framtida klimat, "Säger Prud'homme.

Tills nu, lite har varit känt om Centralasiens roll i den globala klimatutvecklingen tidigare och nu. Jordens klimatutveckling under de senaste fem miljoner åren har förståtts främst utifrån marina mekanismer. I kontrast, betydelsen av klimatåterkopplingar som har sitt ursprung på land - snarare än i haven, sjöar eller iskärnor - har i stort sett varit outforskade. Det internationella forskargruppen har fyllt denna lucka med sin fältforskning i Charyn Canyon.

Interaktioner mellan klimatsystem på medellång och hög latitud

Studieplatsens geografiska läge i mitten av Centralasien var av största vikt för teamet:"Vi behövde hitta en plats som var inåt landet och så långt bort från havet som möjligt, "Kathryn Fitzsimmons, Gruppledare för forskningsgruppen Terrestrial Paleoclimate Reconstruction Research vid Max Planck Institute for Chemistry, förklarar. "Vi kunde knappast hitta en mer kontinental situation än vid Charyn Canyon i sydöstra Kazakstan." Det halvt torra klimatet i kanjonen, och dess landskap, formades av växelverkan mellan västlägerna på mitten latitud och polära fronter på hög latitud, och med sediment som transporteras från de närliggande Tien Shan -bergen. Charyn Canyon är perfekt, enligt Fitzsimmons, för att studera långsiktiga återkopplingsmekanismer för mark-klimat.

Forskarna undersökte den 80 meter tjocka sedimentära successionen och provtagits av abseil för att säkerställa kontinuerlig täckning av posten. Genom att mäta de relativa koncentrationerna av isotoper i markkarbonater, de rekonstruerade den förändrade tillgången på fukt i jorden genom tiden. En kombination av paleomagnetiska analyser och absolut uran-bly-datering av markkarbonater fastställde åldern och ackumuleringshastigheten för sedimentrekordet. Jordproven avslöjade en region som kännetecknades av ständigt ökande torrhet under de senaste fem miljoner åren. I början av pliocen, jorden var betydligt fuktigare än i efterföljande epoker eller än dagens klimat. Denna aridifieringsprocess var inte linjär, dock; den avbröts av kortsiktiga klimatfluktuationer som ger insikter i samspelet mellan västvindarna på medelbredd och det sibiriska högtryckssystemet.

Interaktion mellan det sibiriska höglandet och regnväder

Forskningen vid Charyn Canyon gjorde det möjligt för forskarna att undersöka den långsiktiga interaktionen mellan den sibiriska högen och de regnbringande västlig väst. Fitzsimmons säger:"Vi är övertygade om att de förändringar i markfuktigheten vi hittade på vår plats också kan användas som en proxy för sibirisk flodaktivitet längre norrut." Hydroklimatet vid Charyn Canyon återspeglar stäppen i norr, varifrån ett antal stora sibiriska floder, som Irtysh och Ob, flöde, hon säger. Dessa påverkas på samma sätt av dynamiken i de sibiriska höga och västliga luftmassorna. En särskild fas där denna länk är viktig sticker ut:en varaktig period av våta förhållanden vid Charyn Canyon strax före den första stora globala istiden för cirka 3,3 miljoner år sedan. Det är troligt att dessa våta förhållanden sträckte sig till de sibiriska floderna i norr, vars utflöde av färskvatten till Arktiska havet kan ha brutit mot en vändpunkt för utbredd ökad havsbildning.

Informationen från detta mest kompletta terrestriska klimatarkiv under de senaste fem miljoner åren ger en mycket värdefull grund för framtida klimatmodeller. "Vi har öppnat en dörr, "Prud'homme avslutar.