Många år sedan, medan man analyserar iskärnprover från Antarktis James Ross Island, forskarna Joe McConnell, Ph.D., och Nathan Chellman, Ph.D., från DRI, och Robert Mulvaney, Ph.D., från British Antarctic Survey märkte något ovanligt:​​en avsevärd ökning av nivåerna av svart kol som började omkring år 1300 och fortsatte till våra dagar.

svart kol, brukar kallas sot, är en ljusabsorberande partikel som kommer från förbränningskällor som förbränning av biomassa (t.ex. skogsbränder) och, på senare tid, förbränning av fossila bränslen. Arbetar i samarbete med ett internationellt team av forskare från Storbritannien, Österrike, Norge, Tyskland, Australien, Argentina, och USA, McConnell, Chellman, och Mulvaney satte sig för att avslöja ursprunget till den oväntade ökningen av svart kol som fångats i Antarktis is.

Teamets resultat, som publicerades denna vecka i Natur , peka på en osannolik källa:forntida maoriernas landbränningsmetoder i Nya Zeeland, utfört i en skala som påverkade atmosfären över stora delar av det södra halvklotet och minskade andra förindustriella utsläpp i regionen under de senaste 2, 000 år.

"Tanken att människor vid denna tidpunkt i historien orsakade en så betydande förändring av atmosfäriskt svart kol genom sina markröjningsaktiviteter är ganska överraskande, sa McConnell, forskningsprofessor i hydrologi vid DRI som designade och ledde studien. "Vi brukade tro att om du gick tillbaka några hundra år skulle du titta på en orörd, förindustriell värld, men det är tydligt från denna studie att människor har påverkat miljön över södra oceanen och Antarktishalvön under åtminstone de senaste 700 åren."

Spåra det svarta kolet till dess källa

För att identifiera källan till det svarta kolet, studiegruppen analyserade en uppsättning av sex iskärnor som samlats in från James Ross Island och kontinentala Antarktis med hjälp av DRI:s unika kontinuerliga analyssystem för iskärnor. Metoden som används för att analysera svart kol i is utvecklades först i McConnells labb 2007.

Medan iskärnan från James Ross Island visade en anmärkningsvärd ökning av svart kol med början omkring år 1300, med nivåer som tredubblades under de 700 år som följde och nådde sin topp under de 16 ^th och 17 ^th århundraden, Nivåerna av svart kol på platser på kontinentala Antarktis förblev under samma tidsperiod relativt stabila.

Andreas Stohl, Ph.D., vid universitetet i Wien ledde atmosfäriska modellsimuleringar av transport och avsättning av svart kol runt det södra halvklotet som stödde resultaten.

"Från våra modeller och avsättningsmönstret över Antarktis sett i isen, det är tydligt att Patagonien, Tasmanien, och Nya Zeeland var de mest troliga ursprungspunkterna för de ökade koldioxidutsläppen från omkring 1300, sa Stohl.

Efter att ha konsulterat paleofire-register från var och en av de tre regionerna, bara en gångbar möjlighet återstod:Nya Zeeland, där kolregister visade en kraftig ökning av brandaktiviteten med början omkring år 1300. Detta datum sammanföll också med den beräknade ankomsten, kolonisering, och efterföljande bränning av mycket av Nya Zeelands skogsområden av maorierna.

Detta var en överraskande slutsats, med tanke på Nya Zeelands relativt lilla landyta och avståndet (nästan 4, 500 mil), att rök skulle ha rest för att nå iskärnan på James Ross Island.

"Jämfört med naturlig förbränning på platser som Amazonas, eller södra Afrika, eller Australien, du skulle inte förvänta dig att maoribränning i Nya Zeeland skulle ha en stor inverkan, men det gör det över södra oceanen och den antarktiska halvön, sade Chellman, postdoktor vid DRI. "Att kunna använda iskärnregistrering för att visa effekter på atmosfärisk kemi som sträckte sig över hela södra oceanen, och att kunna tillskriva det till Māoriernas ankomst och bosättning av Nya Zeeland för 700 år sedan var verkligen fantastiskt."

Forskningseffekter

Studiens resultat är viktiga av flera skäl. Först, resultaten har viktiga implikationer för vår förståelse av jordens atmosfär och klimat. Moderna klimatmodeller förlitar sig på korrekt information om tidigare klimat för att göra prognoser för framtiden, speciellt på utsläpp och koncentrationer av ljusabsorberande svart kol kopplat till jordens strålningsbalans. Även om det ofta antas att mänsklig påverkan under förindustriell tid var försumbar jämfört med bakgrund eller naturlig förbränning, denna studie ger nya bevis för att utsläpp från människorelaterad förbränning har påverkat jordens atmosfär och möjligen dess klimat långt tidigare, och i mycket större skalor, än man tidigare tänkt sig.

Andra, nedfallet från förbränning av biomassa är rikt på mikronäringsämnen som järn. Växtplanktontillväxten i stora delar av södra oceanen är näringsbegränsad, så det ökade nedfallet från maoribränning resulterade troligen i århundraden av ökad växtplanktontillväxt i stora områden på södra halvklotet.

Tredje, resultaten förfinar vad som är känt om tidpunkten för maoriernas ankomst till Nya Zeeland, en av de sista beboeliga platserna på jorden som koloniserades av människor. Māori ankomstdatum baserade på radiokoldatum varierar från de 13 ^th till 14 ^th århundrade, men den mer exakta datering som möjliggörs av iskärnregistren pekar på början av storskalig brinnande av tidiga maorier på Nya Zeeland till 1297, med en osäkerhet på 30 år.

"Från denna studie och annat tidigare arbete som vårt team har gjort som den 2, 000 år gammal blyförorening i Arktis från antikens Rom, det är tydligt att iskärnregistrering är mycket värdefull för att lära sig om tidigare mänsklig påverkan på miljön, "Sa McConnell. "Även de mest avlägsna delarna av jorden var inte nödvändigtvis orörda under förindustriell tid."