Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Tropical Temperature Reconstruction Across 0.5 million years from Cave formations

Alternativ tittel: Tropiske temperaturendringer gjennom de siste 0.5 million år rekonstruert fra dryppestein

Tildelt: kr 9,9 mill.

Framtidige klimaendringer i tropene er en av de mest usikre aspektene av klimaprojeksjoner med økende konsentrasjon av CO2 i atmosfæren, men vil påvirke en stor del av jordens befolkning. Denne mangelen kan bøtes på ved å studere tidligere klimaendringer in tropiske regioner, for eksempel igjennom kjente klimaendringer av globalt omfang. I T-TRAC-prosjektet har vi benyttet dryppestein (stalagmitter) fra huler i Borneo for å rekonstruere variasjoner i tropisk fortidsklima over den siste halve million år. Stalagmitter vokser kontinuerlig gjennom utfelling av kalsitt fra dryppvann, og lagrer derved informasjon om miljøet rundt. Vi har tidligere brukt kjemiske (isotop) forandringer i kalsitten for å rekonstruere variasjoner i nedbør. I T-TRAC har vi i tillegg brukt et annet gjemt arkiv i prøvene: Små hulrom som inneholder gammelt dryppvann som ble fanget inn da dryppsteinene vokste. Vi kan måle tettheten av selve vannet for å beregne temperaturen det var sluttet inn under. Til det formålet bruker vi en metode kalt væske-damp homogenisering. Homogeniseringsmetoden er nå etablert i Bergen, som eneste stedet i verden hvor den metoden blir anvendt på stalagmitter. Vi har analysert stalagmitter av forskjellig alder fra Borneo. Resultatene gir detaljerte rekonstruksjoner av fortidstemperaturer fra flere viktige tidsintervaller som vitnet store klimaendringer, som overganger inn i og ut av istider. Temperaturdataene våre er uvanlig pålitelige fordi homogeniseringsmetoden ikke trenger like mange antagelser som for eksempel metoder som benytter seg av mikrofossiler i havavsetninger. I tillegg har stalagmitter en innebygget "klokke": Vi kan bestemme alderen til lagene med hjelp av radioaktivt forfall av uran som er bygget inn når dryppesteinene dannes. Dette betyr at vi nå har nøyaktig kunnskap om både hvor mye og når temperaturene i tropene endret seg i fortiden. Resultatene våre viser at temperaturen i tropene endret seg merkbart mellom istidene og de varme mellomistidene og at endringene var tett koblet mot konsentrasjonen av CO2 i atmosfæren. Resultatet er bemerkelsesverdig fordi vi vet at det har vært mange perioder med veldig ulik temperaturutvikling i forskjellige områder, på grunn av endringer i havstrømmer som påvirker varmefordelingen over kloden. Det er derfor viktig å forstå hvordan tropisk klima reagerte på den slags endringer. Vi fant ut at gjennom alle tidsintervaller vi så på, temperatur i Borneo fulgte tett med CO2 og temperatur i Sørhalvkulen, selv under perioder med sterk nedkjøling og isutbredelse i nordlige breddegrader. Med andre ord viser dataene våre at temperaturen i tropene ikke er sensitiv til variasjoner i varmefordelingen gjennom havstrømmer som har sterk påvirkning i nordlige områder. I tillegg til homogeniseringsmetoden har vi brukt andre metoder på de samme prøvene og fant at også de kan gi pålitelige temperaturer, men innebærer større usikkerhet. En av disse metodene er basert på isotopsammensetningen av vannet som er innkapslet i væskeinklusjonene. Det analytiske systemet vi har bygget for disse analysene gir oss ikke bare informasjon om temperatur, men også mer direkte kunnskap om sammensetningen av nedbør fra gamle tider, og dermed informasjon om endringer i vannets kretsløp. Resultatene fra isotopmålingene viser at nedbør i Borneo ble tydelig påvirket av nedkjølinger i nordområdene og medførte endringer i hav og atmosfæresirkulasjonen, i motsetning til temperatur. Mens homogeniseringsmetoden ga pålitelige resultater i flere prøver, fant vi også en stalagmitt hvor metoden ikke fungerte som forventet. Det resultatet ble utgangspunkt for en vellykket søknad om midler fra det Europeiske Forskningsrådet for de neste fem år, hvor vi skal videreutvikle metoden og anvende den på flere steder jorden rundt. I vår 2018 hadde vi en stor feltkampanje i Borneo med kolleger fra USA, Østerrike og Storbritannia, samt lokale guider fra Nasjonalparken Gunung Mulu. Vi satt ut instrumenter som måler temperaturvariasjoner i grottene i dag, samlet inn mange prøver fra dryppstein og dryppvann og gjorde kjemiske analyser på dem. Bilder fra ekspedisjonen finnes på instagram (@muluclimatescience) og vi hadde med et team fra det tyske GEO magasinet som har laget en artikkel om arbeidet vårt som ble publisert i januar 2019. I parken snakket vi mye med guidene, som kan fortelle om klima arkivene i grottene til de mange turister som besøker parken. Stalagmittprøvene vi tok i Borneo ble datert med hjelp av samarbeidspartnere i USA. Det har vist seg at vi var heldig og at en av prøvene nøyaktig dekker et tidsintervall vi så langt ikke hadde data for. Det betyr at vi i framtiden kan få en gjennomgående tropisk klimatidsserie som dekker de siste halv million år.

With the T-TRAC project, we have set up two methods for reconstructing past climate from stalagmites in Bergen, which will be available to the research community. One of them, the laser-aided liquid-vapor homogenisation method is currently the only setup of its kind worldwide in speleothem research and has already attracted international attention. We expect that the user group of this new facility will increase over the next years, which will also further enhance international collaboration. This facility can furthermore be of interest in many other applications where classical liquid-vapour homogenisation thermometry is hindered by metastability, such as minerals formed under low temperatures or in salty fluids. Our robust temperatures reconstructed from tropical speleothems provide long-sought constraints and showcase the large potential of speleothem data as climate model benchmarks.

Future climate change in tropical regions is among the most uncertain aspects of climate projections under rising levels of greenhouse gases. We can improve our understanding of climate in this crucial region by reconstructing tropical climate under varying boundary conditions in the past. However, precisely dated paleoclimate data from tropical regions that cover sufficiently long time intervals to disentangle various influences are still rare. T-TRAC aims to provide the first temperature record for the tropical West Pacific covering the last half million years from well-dated stalagmites from Borneo. The project will be embedded in an international collaborative network and can build on previous achievements of this group. We will use a highly innovative method based on physical properties of fluid inclusions trapped in the calcite matrix, called liquid-vapor homogenization. In a recent proxy comparison study we found this technique to yield the most reliable and precise temperature estimates. We will complement our previous ground-truthing work with extensive cave monitoring and further measurements on modern samples grown at known cave temperatures. In addition, we will apply two other methods, namely fluid inclusion isotope and clumped isotope thermometry, affected by isotopic disequilibria during speleothem formation. Applying these proxies alongside our primary method and on modern speleothems will shed new light on speleothem formation and lead to a better understanding of these new methods. We will furthermore try to close the last remaining gap of 50 kyr within our 570 kyr long speleothem record. With T-TRAC, we will be able to address several long-standing questions, such as the amplitude of glacial-interglacial tropical temperature changes, relative importance of various influences on tropical precipitation on multiple timescales, and tropical climate sensitivity to past changes in greenhouse forcing.

Budsjettformål:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek