FluidMICS
Geologiske arkiver bevarer viktig informasjon om tidligere klimaendringer og hjelper oss å utvide vårt «klimaminne» og forstå hvordan klimasystemet reagerer på ulike faktorer. Dryppsteiner fra grotter (såkalte speleothemer) er et spesielt nyttig klimaarkiv fordi de vokser, beskyttet under bakken, over lange tidsperioder, inneholder en mengde klimaproksier og kan dateres pålitelig ved hjelp av U-Th-kronologi. I FluidMICS-laboratoriet bruker vi tettheten av gammel dryppvann innesluttet i mikroskopiske væskeinklusjoner som en kvantitativ proksi for å bestemme tidligere lufttemperaturer i grotter ved hjelp av nukleasjons-assistert mikrotermometri.
Om forskningsprosjektet
FluidMICS-prosjektet er finansiert av Det Europeiske Forskningsrådet (Consolidator Grant, 2021-2027). Målet vårt er å forbedre og anvende mikrotermometri på væskeinklusjoner i speleothemer. Mikrotermometrimetoden utnytter temperaturavhengigheten av tettheten til vannet som er innesluttet i væskeinklusjoner i speleothemer. Dette rent fysiske grunnlaget skiller metoden fra andre paleotermometre som ofte er avhengige av empiriske kalibreringer. Mens vårt første fokus har vært å generere en ny landtemperaturtidsserie for det tropiske vestlige Stillehavet med speleothemer fra Borneo som dekker en halv million år, har vi også sammen med samarbeidspartnere anvendt metoden på et økende antall prøver fra forskjellige steder og klimaer. Informasjonen vi får om størrelsen og tidspunktet for tidligere endringer i landtemperatur bidrar til en bedre forståelse av klimasystemet vårt under forskjellige atmosfæriske CO2-konsentrasjoner, og i tider med raske endringer, for å teste klimamodeller som brukes til fremtidige prognoser.
Parallelt jobber vi med ytterligere forbedringer av metoden både på den analytiske og teoretiske siden. Hovedmålene er å utforske og utvide metodens anvendelighet til stalagmitter med ulike kalsittstruktur og til små inklusjoner på mindre enn 500 µm3. Videre undersøker vi potensielle ikke-termiske påvirkninger på væskeinklusjon-kalsitt systemet som kan påvirke de målte temperaturene og bidra til spredningen av dataene. For dette formålet gjennomfører vi en serie eksperimenter og anvender ulike avbildningsteknikker for å bedre forstå de strukturelle forholdene mellom inklusjoner og omkringliggende kalsitt.
Studiesteder
Mikrotermometri for væskeinneslutning er anvendelig i tropiske og subtropiske omgivelser, eller tidligere varme perioder på midlere breddegrader, på grunn av dens fysiske begrensning til grottetemperaturer over 8–10 °C (avhengig av størrelsen på væskeinneslutningen).
Sammen med våre internasjonale samarbeidspartnere har vi undersøkt speleothemer fra følgende steder:
- Nord-Borneo
- Sør-Afrika
- Mexico
- New Zealand
- Cookøya
- Sulawesi
- Brasil
- Spania
Oversikt
Væskeinklusjoner i stalagmitter inneholder rester av dryppvann som den omkringliggende kalsitten ble dannet fra. Tettheten til det innesluttede vannet er direkte relatert til temperaturen på det tidspunktet inneslutningene ble forseglet fra hulemiljøet. Forutsatt at inneslutningene ikke har gjennomgått noen kjemiske og fysiske endringer, og basert på de velkjente termodynamiske egenskapene til vann, kan tettheten til det innesluttede vannet brukes til å nøyaktig og presist bestemme dannelsestemperaturene til stalagmittene.
Tettheten av væskeinklusjonsvann kan bestemmes ved hjelp av væske-damp-homogeniseringstemperaturen ved bruk av klassisk mikrotermometri. Målingene utføres på et mikroskop utstyrt med et varme-kjølebord. I tillegg er mikroskopet koblet til en femtosekundlaser som gjør det mulig å stimulere dampbobledannelse i monofase flytende væskeinklusjoner som er karakteristiske for stalagmitter. Denne metoden, også referert til som nukleasjons-assistert mikrotermometri, krever imidlertid tilstedeværelse av godt forseglede væskeinklusjoner av passende størrelse (>20-30 μm i den største dimensjonen), noe som ikke er tilfelle for alle stalagmitter.