Даже в своей темной изоляции от атмосферы над головой пещеры могут хранить богатый архив местных климатических условий и их изменений на протяжении веков. Сформировавшиеся за десятки тысяч лет спелеотемы - уникальные для пещер горные образования, более известные как сталагмиты и сталактиты - хранят секреты древней среды, из которой они образовались.

Недавно опубликованное исследование сталагмита, найденного в пещере в южном Висконсине, показывает ранее не обнаруженную историю местного климата за тысячи лет. Новые данные являются убедительным доказательством того, что серия массивных и резких потеплений, которые сопровождали последний ледниковый период, вероятно, охватила обширные территории Северного полушария.

Результаты исследования, проведенного группой ученых из Университета Висконсин-Мэдисон, опубликованы 2 марта в журнале Nature Geoscience. Это первое исследование, выявившее возможную связь между потеплениями ледникового периода, зафиксированными в Гренландском ледяном щите - известными как события Дансгаарда-Оэшгера - и климатическими записями из глубины центральной части Северной Америки.

"Это единственное исследование в этом регионе мира, которое регистрирует эти резкие климатические события во время последнего ледникового периода", - говорит Кэмерон Бэтчелор, которая руководила анализом во время получения докторской степени в UW-Madison. Сейчас Батчелор является постдокторантом Национального научного фонда и работает в Массачусетском технологическом институте.

Исследование основано на исключительно подробном химическом и физическом анализе сталагмита, образовавшегося в Пещере курганов, туристической достопримечательности и образовательном центре.

"Наша миссия в Пещере курганов заключается в интерпретации этого геологического чуда для наших многочисленных ежегодных посетителей", - говорит Джо Климчак, генеральный менеджер пещеры, которая является национальной природной достопримечательностью. "Мы очень рады углубить наше понимание пещеры благодаря этому исследованию мирового класса и очень интересным результатам".

Сталагмит, который анализировали Батчелор и ее команда, рос очень медленно - примерно 20 000 лет, чтобы достичь длины человеческого мизинца.

Подземная порода длиной в палец образовалась в результате сложного процесса, который начался в небе. Вода, которая первоначально выпадала в виде атмосферных осадков, впитывалась в землю и просачивалась через почву и трещины в коренных породах, растворяя по пути крошечные кусочки известняка. Часть этого растворенного известняка осталась после того, как бесчисленные капли воды упали с потолка Пещеры курганов, постепенно накапливаясь в тысячи очень тонких слоев минерала под названием кальцит.

"И поскольку эти слои кальцита образовались из первоначальных осадков, они фиксируют кислород в H2O, образовавшейся из этих осадков", - говорит Бэтчелор.

В этом кроется ключ к реконструкции древней климатической летописи по небольшой, ничем не примечательной породе. Кислород, заключенный в кальците, существует в нескольких разновидностях, известных как изотопы, которые ученые могут использовать для получения информации об условиях окружающей среды, существовавших во время выпадения осадков, которые сформировали кальцит. Это включает температуру и возможные источники дождя и снега, выпавших на вершине Пещеры курганов за тысячи лет.

Команда Бэтчелора использовала специальную технику визуализации, которая позволила им определить слои внутри сталагмита, представляющие собой полосы годового роста, подобно тому, как кольца деревьев фиксируют рост в течение сезона. Используя другую технику, они определили изотопы в крошечных слоях, показав, что современный южный Висконсин пережил несколько очень больших колебаний средней температуры до 10 C (или около 18 F) между 48 000 и 68 000 лет назад. Некоторые из этих колебаний температуры происходили в течение примерно десятилетия.

Хотя информация о датировке недостаточно точна, чтобы окончательно связать температурные колебания с событиями Дансгаарда-Оэшгера, зафиксированными в ледяных кернах Гренландии, исследователи могут с уверенностью сказать, что они происходили в аналогичные временные рамки. Команда также провела климатическое моделирование, которое подтвердило гипотезу о том, что потепление происходило десятки тысяч лет назад в регионе Северной Америки, включающем современный Висконсин, и что климатические записи из Пещеры курганов и Гренландского ледникового щита действительно связаны между собой.

Эта потенциальная связь волнует Батчелора, потому что она предлагает климатическую историю центральной части Северной Америки, которая до сих пор оставалась нерассказанной. Предыдущие исследования среднего континента не позволили выявить сигналы этих больших колебаний температуры, также называемых экскурсами.

"Одна из теорий заключалась в том, что средний континент относительно невосприимчив к резким изменениям климата, и, возможно, это связано с тем, что он окружен сушей, и там происходит некий буфер", - говорит Бэтчелор. Однако, когда мы пошли и провели измерения, мы увидели эти действительно большие колебания, и мы подумали: "О, нет, что-то определенно происходит"".

Это нечто - быстро меняющийся климат - снова разворачивается сегодня, благодаря людям и использованию ископаемого топлива. По словам Бэтчелор, она надеется, что ее работа в Висконсине, а теперь и в пещере в канадской субарктике, которую она изучает в качестве постдока, поможет заполнить большой пробел в данных об истории и потенциальном будущем резких изменений климата на среднем континенте Северной Америки.