Древние подземные пещеры Гранд-Каньона могут помочь предсказать будущий климат

Долины Гранд-Каньона и миллионы лет слоев горных пород, охватывающих историю Земли, заслужили звание одного из семи природных чудес света. Но, согласно новому исследованию UNLV, его чудеса распространяются и на обширные пещерные системы, лежащие под поверхностью земли, которые могут содержать ключи к лучшему пониманию будущего изменения климата — путем изучения прошлого природы. Исследование было опубликовано в журнале Nature.

Исследовательская группа во главе с палеоклиматологом UNLV и профессором Мэтью Лачнетом извлекла древний сталагмит со пола нетронутой пещеры Гранд-Каньона. Изучая геохимию месторождений полезных ископаемых, они смогли проанализировать характер осадков в период быстрого потепления после последнего ледникового периода, чтобы улучшить понимание потенциального воздействия будущего изменения климата на летние муссонные дожди на юго-западе США и северо-западе Мексики.

Их результаты, опубликованные в журнале Nature Geoscience, показали, что возрастающий уровень воды просачивался в пещеру между 8500 и 14 000 лет назад, в период, известный как ранний голоцен, когда температура повышалась по всему региону. Используя палеоклиматическую модель, исследователи определили, что это, вероятно, было вызвано усилением и увеличением количества летних осадков, вызванным воздействием атмосферы на структуру циркуляции воздуха, что привело к более быстрому таянию зимних снежных покровов и ускорению процесса испарения, вызывающего муссонные дожди.

Это важно, говорят авторы, потому что большая часть воды, которая в настоящее время просачивается через скальную породу в пещеры и водоносные горизонты и способствует пополнению подземных вод, поступает в результате зимнего таяния снегов. Однако в раннем голоцене, когда пиковые температуры были лишь немного выше, чем сегодня, как летняя, так и зимняя влага способствовали пополнению подземных вод в регионе.

Авторы предполагают, что будущее потепление, которое может привести к повышению температуры выше уровня раннего голоцена, может также привести к увеличению количества летних осадков на высокогорном плато Колорадо и усилению североамериканских муссонов, характеру выраженных и учащающихся гроз. и осадки, которые обычно выпадают в период с июня по середину сентября.

«Что было удивительным в наших результатах, так это то, что в течение последнего теплого периода как летние муссоны, так и проникновение в пещеру увеличились, что говорит о том, что лето было важно для пополнения подземных вод Гранд-Каньона, хотя сегодня это не важный сезон для пополнения запасов», — сказал Лачнет. — Хотя мы все еще ожидаем, что в будущем этот регион высохнет, более интенсивные летние дожди могут фактически проникнуть в недра больше, чем сегодня».

Сталагмиты — это распространенные пещерные образования, которые действуют как древние дождемеры, фиксирующие исторические изменения климата. Они растут по мере того, как богатые минералами воды просачиваются сквозь землю и падают с вершин сталактитов на потолки пещер. Кальцитовые минералы из крошечных капель воды накапливаются в течение тысяч лет и, как годичные кольца, точно записывают историю выпадения осадков на определенной территории. В воде обнаружены три природные формы кислорода, и количество одной формы уменьшается по мере увеличения количества осадков. Эта информация со временем запирается в сталагмитах.

Из-за явного различия в изотопном составе кислорода между летними и зимними осадками можно оценить относительный вклад каждого сезона. Изменение изотопа урана-234 и изменение толщины сталагмита свидетельствуют об изменении количества осадков.

«Мы смогли подтвердить данные о кислороде с помощью данных о росте, а также с данными по изотопам урана, чтобы подтвердить, что на самом деле мы видим значительное увеличение летней влажности в течение этого теплого периода, который мы приписываем муссонам. К сожалению, эффективная влажность — это баланс между осадками и испарением. В отличие от более умеренного климата Гранд-Каньона, засушливая южная часть, вероятно, будет более сухой из-за повышения температуры», - сказал профессор Йеман Асмером из Университета Нью-Йорка.

Исследовательская группа использовала образцы сталагмитов для реконструкции скорости пополнения грунтовых вод — или количества воды, которая проникает в водоносные горизонты — в районе Гранд-Каньона в первые годы голоцена. По их словам, высокие темпы пополнения подземных вод, вероятно, наблюдались и на других высокогорных плато в регионе, хотя неясно, как эта активность применима к более жарким низинным пустыням.

Ясно одно: продолжающееся изменение климата, вызванное деятельностью человека, приводит к повышению температуры на юго-западе Северной Америки, включая регион Гранд-Каньона. Наряду с ростом населения и нагрузкой на сельское хозяйство, это потепление может уменьшить проникновение поверхностных вод в водоносные горизонты подземных вод. Скорость пополнения подземных вод также зависит от частоты и интенсивности летних дождей, связанных с сезоном дождей.

Хотя сегодня летняя инфильтрация не вносит существенного вклада в пополнение подземных вод в регионе, последние результаты показывают, что ситуация может измениться в будущем, поскольку климат потеплеет и увеличится муссонная влажность. Что неизвестно, так это то, как прогнозируемое уменьшение зимних осадков и снежного покрова может повлиять на общие запасы подземных вод.