Il ruolo degli oligoelementi come proxy paleoclimatici è stato esplorato nella ricerca ambientale collaborativa condotta da ANSTO.

Il paleoclima è la ricostruzione e lo studio degli stati climatici passati sulla Terra e su altri pianeti.

Traccia i metalli dagli aerosol nell'atmosfera che si depositano nel suolo, o dalla roccia, e farsi strada nelle caverne, le stalagmiti possono essere usate come proxy per confermare gli eventi climatici, secondo una ricerca pubblicata da Carol Tadros e soci in Scienza dell'ambiente totale .

La ricerca aiuterà a decifrare la complessità dei segnali geochimici nell'acqua gocciolante dagli speleotemi (stalagmiti delle caverne) al fine di ricostruire in modo affidabile una storia del paleoclima nell'Australia sud-orientale.

Tadros ha pubblicato il documento come parte del suo dottorato di ricerca. studi intrapresi presso l'Università del New South Wales sotto la supervisione del Prof Andy Baker, Direttore Ricerca e Ambiente e Dott.ssa Pauline Treble dell'ANSTO. Anche Stuart Hankin di ANSTO ha contribuito alla ricerca.

Tracce di sodio, potassio e zinco e altri elementi vengono trasportati come particolato fine negli aerosol prima di essere depositati nei siti delle grotte. Questi elementi possono modificare la composizione chimica delle acque gocciolanti utilizzate nella ricerca ambientale.

"Se sappiamo che un oligoelemento può essere utilizzato come proxy per, ad esempio, la siccità e gli eventi di El Niño, poi quando guardiamo indietro nel tempo, possiamo confermare i periodi di siccità dal proxy, " disse Tadro.

Lo studio è stato intrapreso per indagare ulteriormente sulle fonti e sui processi che controllano i cambiamenti nelle firme chimiche delle acque gocciolanti.

Carol ha esaminato i dati sull'acqua gocciolante dalla Harrie Wood Cave nelle Snowy Mountains che sono stati raccolti in un periodo di dieci anni.

"Abbiamo anche raccolto del terreno per determinarne la composizione, e studiato sperimentalmente la mobilità degli elementi da questi terreni ricchi di argilla. Abbiamo raccolto campioni di roccia e abbiamo avuto accesso a un campionatore di aerosol che operava nel sito per quattro anni, " disse Tadro.

Il clima in questa zona e in tutta l'Australia orientale è caratterizzato da incendi boschivi, tempeste di polvere, cicloni ed estrema variabilità delle precipitazioni.

L'interazione tra l'atmosfera e l'oceano nel Pacifico tropicale, noto come El Niño/Southern Oscillation (ENSO), aumenta la variabilità delle precipitazioni e gli eventi meteorologici estremi nell'Australia sud-orientale.

"Gli archivi basati su elementi in traccia di Speleothem nella regione potrebbero estendere la documentazione strumentale nel passato, consentendoci quindi di stabilire una comprensione della variabilità naturale di base nel sistema climatico, " disse Tadro.

"Tuttavia, per interpretare accuratamente questi archivi, dobbiamo avere una piena comprensione delle cause della variabilità degli oligoelementi nelle acque gocciolanti della grotta".

Sebbene fosse noto che la concentrazione di tracce e di elementi maggiori nelle acque gocciolanti delle grotte dipendeva dalla loro origine, la ricerca ha confermato che anche i processi idrochimici specifici del sito durante condizioni di pioggia contrastanti influenzano la sua composizione.

"Gli oligoelementi sono molto specifici per un sito e devi anche comprendere i processi idrologici sopra e all'interno della grotta in un clima che cambia, " disse Tadro.

I ricercatori hanno confermato che durante i periodi umidi e secchi si verificano due diversi processi idrochimici nella zona della grotta.

"Dopo aver quantificato quanta parte dell'atmosfera e del substrato roccioso contribuisce all'acqua gocciolante, abbiamo riscontrato un arricchimento di metalli in tracce, sodio, potassio e zinco nel terreno ricco di argilla. Funziona come un lavandino per trattenere questi elementi. Il passaggio da condizioni asciutte a condizioni umide facilita i processi chimici nella zona del suolo che poi mobilitano i metalli nell'acqua del suolo e percolano attraverso il profilo del suolo".

"Durante la siccità, le concentrazioni di potassio sono abbastanza stabili. Il terreno trattiene tutto il potassio. Ma quando il bilancio idrico del sito aumenta nelle condizioni di La Niña, e l'acqua inizia a muoversi attraverso di essa, il lento invecchiamento della struttura argillosa rilascia il potassio intrappolato tra gli strati nel minerale argilloso."

Altri processi che avvengono nel suolo, come lo scambio cationico e la mobilitazione colloidale, sono stati trovati per modificare il sodio, magnesio, concentrazioni di stronzio e zinco nell'acqua gocciolante. Tadros e colleghi hanno determinato che i rapporti magnesio e stronzio/calcio potrebbero essere usati come proxy per la siccità negli archivi di stalagmiti.

"Questo è un nuovo approccio, poiché abbiamo sviluppato una comprensione multiforme dell'intero sistema carsico. Utilizzando le equazioni di bilancio di massa, abbiamo vincolato il contributo delle sorgenti site specific e dei processi geochimici carsici/del suolo. Ora abbiamo nuovi strumenti geochimici da applicare per la ricerca sugli speleotemi, " disse Tadro.

"Ora che sappiamo quali oligoelementi mostrano una particolare promessa come proxy paleoclimatici, cercheremo di applicarlo alla moderna documentazione degli speleotemi, " disse Tadro.