Wissenschaftler untersuchen die antike Vergangenheit des Grand Canyon, um zukünftige Klimaauswirkungen vorherzusagen

Die Täler des Grand Canyon und Millionen Jahre alte Gesteinsschichten aus der Erdgeschichte haben ihm die Auszeichnung als eines der sieben Naturwunder der Welt eingebracht. Laut einer neuen UNLV-Studie erstrecken sich seine Wunder jedoch auch auf riesige Höhlensysteme, die unter der Oberfläche liegen und möglicherweise Hinweise darauf enthalten, die Zukunft des Klimawandels besser zu verstehen – durch die Erforschung der Vergangenheit der Natur.

Ein Forschungsteam unter der Leitung des UNLV-Paläoklimatologen und Professors Matthew Lachniet zog einen alten Stalagmiten aus dem Boden einer unberührten Grand-Canyon-Höhle. Durch die Untersuchung der Geochemie der Mineralvorkommen konnten sie Niederschlagsmuster während der sich schnell erwärmenden Periode nach der letzten Eiszeit analysieren, um das Verständnis über die möglichen Auswirkungen künftiger Klimaveränderungen auf sommerliche Monsunregen im Südwesten der USA und im Nordwesten Mexikos zu verbessern.

Ihre Ergebnisseveröffentlicht am 2. Oktober in Naturgeowissenschaftenergab, dass vor 8.500 bis 14.000 Jahren in einer Zeit, die als frühes Holozän bekannt ist, als die Temperaturen in der gesamten Region anstiegen, immer mehr Wasser in die Höhle eindrang. Mithilfe eines Paläoklimamodells stellten die Forscher fest, dass dies wahrscheinlich durch verstärkte und ausgedehnte Sommerniederschläge verursacht wurde, die auf atmosphärische Einflüsse auf die Luftzirkulationsmuster zurückzuführen waren, die die Winterschneedecken schneller schmolzen und den Verdunstungsprozess beschleunigten, der den Monsunregen anheizt.

Dies ist laut Autoren von Bedeutung, da das meiste Wasser, das derzeit durch das Grundgestein und in Höhlen und Grundwasserleiter eindringt – und zur Grundwasserneubildung beiträgt – aus der winterlichen Schneeschmelze stammt. Während des frühen Holozäns, als die Spitzentemperaturen jedoch nur geringfügig wärmer waren als heute, trugen sowohl Sommer- als auch Winterfeuchtigkeit zur Grundwasserneubildung in der Region bei.

Die Autoren vermuten, dass eine zukünftige Erwärmung, die dazu führen könnte, dass die Temperaturen über die des frühen Holozäns steigen, auch zu größeren Sommerniederschlagsraten auf dem hochgelegenen Colorado-Plateau und einem sich verstärkenden nordamerikanischen Monsun führen könnte, dem Muster ausgeprägter und zunehmender Gewitter und Niederschläge, die typischerweise zwischen Juni und Mitte September auftreten.

„Das Überraschende an unseren Ergebnissen ist, dass während dieser vergangenen Warmperiode sowohl der Sommermonsun als auch die Infiltration in die Höhle zunahmen, was darauf hindeutet, dass der Sommer für die Grundwasserneubildung im Grand Canyon wichtig war, auch wenn er heute keine wichtige Jahreszeit für die Grundwasserneubildung ist.“ „, sagte Lachniet, der den Stalagmiten 2017 persönlich aus einer Höhle in der Redwall-Formation am Südrand des östlichen Grand Canyon geborgen hat. „Obwohl wir immer noch davon ausgehen, dass die Region in Zukunft austrocknen wird, könnten tatsächlich intensivere Sommerregenfälle in den Untergrund eindringen.“ mehr als heute.“

Stalagmiten sind häufige Höhlenformationen, die als alte Niederschlagsmesser dienen und den historischen Klimawandel aufzeichnen. Sie wachsen, wenn mineralreiches Wasser durch den Boden sickert und von den Spitzen der Stalaktiten an den Höhlendecken tropft. Calcitmineralien aus winzigen Wassertropfen sammeln sich über Tausende von Jahren an und zeichnen ähnlich wie Baumringe die Niederschlagshistorie eines Gebiets genau auf. Im Wasser kommen drei natürliche Formen von Sauerstoff vor, und die Menge einer Form nimmt mit zunehmendem Niederschlag ab. Diese Informationen werden im Laufe der Zeit in den Stalagmiten gespeichert.

Aufgrund des deutlichen Unterschieds in der Sauerstoffisotopenzusammensetzung zwischen Sommer- und Winterniederschlägen ist es möglich, die relativen Beiträge jeder Jahreszeit abzuschätzen. Schwankungen im Uran-234-Isotop und Veränderungen in der Wachstumsdicke von Stalagmiten geben Hinweise auf die Veränderung der Niederschlagsmenge.

„Wir konnten die Sauerstoffaufzeichnung mit den Wachstumsdaten und den Uranisotopendaten validieren, um zu bestätigen, dass wir in dieser warmen Periode tatsächlich einen deutlichen Anstieg der Sommerfeuchtigkeit sehen, den wir dem Monsun zuschreiben“, sagte die University of New Mexiko-Professor Yemane Asmerom. „Leider ist die effektive Feuchtigkeit das Gleichgewicht zwischen Niederschlag und Verdunstung. Im Gegensatz zum gemäßigteren Grand Canyon-Klima ist der trockene südliche Teil aufgrund der erhöhten Temperaturen wahrscheinlich trockener.“

Das Forschungsteam verwendete Stalagmitenproben, um die Grundwasserneubildungsraten – oder die Wassermenge, die in die Grundwasserleiter eindringt – im Grand-Canyon-Gebiet in den frühen Jahren des Holozäns zu rekonstruieren. Auch auf anderen Hochebenen in der Region sei es wahrscheinlich zu hohen Grundwasserneubildungsraten gekommen, allerdings sei unklar, wie sich die Aktivität auf heißere, tiefer gelegene Wüsten auswirkt.

Klar ist, dass der anhaltende, vom Menschen verursachte Klimawandel zu höheren Temperaturen im gesamten Südwesten Nordamerikas, einschließlich der Grand-Canyon-Region, führt. Neben Bevölkerungswachstum und landwirtschaftlichem Druck kann diese Erwärmung das Eindringen von Oberflächenwasser in Grundwasserleiter verringern. Die Grundwasserneubildungsrate hängt auch von der Häufigkeit und Intensität der mit der Monsunzeit verbundenen Sommerregen ab.

Obwohl die sommerliche Infiltration heute keinen wesentlichen Beitrag zur Grundwasserneubildung in der Region leistet, deuten diese neuesten Erkenntnisse darauf hin, dass sich dies in Zukunft ändern könnte, wenn sich das Klima erwärmt und die Monsunfeuchtigkeit zunimmt. Unbekannt ist, wie sich ein prognostizierter Rückgang der Winterniederschläge und der Schneedecke auf die gesamten Grundwasserreserven auswirken könnte.

Neben Lachniet und Asmerom haben die folgenden Forscher an dem Bericht mitgearbeitet: Xiaojing Du und Sylvia G. Dee von der Rice University; Victor Polyak von der University of New Mexico; und Benjamin W. Tobin von der University of Kentucky.