Le rôle des éléments traces en tant que mandataires paléoclimatiques a été exploré dans le cadre d'une recherche environnementale collaborative dirigée par l'ANSTO.

Le paléoclimat est la reconstruction et l'étude des états climatiques passés sur Terre et sur d'autres planètes.

Les métaux traces des aérosols dans l'atmosphère qui se déposent dans le sol, ou du substratum rocheux, et se frayent un chemin dans les stalagmites des grottes peuvent être utilisées comme proxy pour confirmer les événements climatiques, selon les recherches publiées par Carol Tadros et associés dans Science de l'environnement total .

La recherche aidera à déchiffrer la complexité des signaux géochimiques dans les gouttes d'eau des spéléothèmes (stalagmites des grottes) afin de reconstituer de manière fiable une histoire du paléoclimat dans le sud-est de l'Australie.

Tadros a publié l'article dans le cadre de son doctorat. études menées à l'Université de Nouvelle-Galles du Sud sous la direction du professeur Andy Baker, Directrice de la Recherche et de l'Environnement et Dr Pauline Treble de l'ANSTO. Stuart Hankin de l'ANSTO a également contribué à la recherche.

Des traces de sodium, le potassium, le zinc et d'autres éléments sont transportés sous forme de fines particules dans les aérosols avant d'être déposés dans les grottes. Ces éléments peuvent modifier la composition chimique des gouttes d'eau utilisées en recherche environnementale.

"Si nous savons qu'un oligo-élément peut être utilisé comme proxy pour, par exemple, sécheresse et événements El Niño, puis quand on regarde plus loin dans le temps, nous pouvons confirmer les périodes de sécheresse par le proxy, " dit Tadros.

L'étude a été entreprise pour approfondir l'investigation des sources et des processus contrôlant les changements dans les signatures chimiques des gouttes d'eau.

Carol a examiné les données sur les gouttes d'eau de la grotte Harrie Wood dans les Snowy Mountains qui ont été recueillies sur une période de dix ans.

« Nous avons également récolté de la terre pour déterminer sa composition, et étudié expérimentalement la mobilité des éléments de ces sols riches en argile. Nous avons collecté des échantillons de substrat rocheux et avons eu accès à un échantillonneur d'aérosols fonctionnant sur le site pendant quatre ans, " dit Tadros.

Le climat de cette zone et de tout l'est de l'Australie est caractérisé par des feux de brousse, tempête de sable, cyclones et variabilité extrême des précipitations.

L'interaction entre l'atmosphère et l'océan dans le Pacifique tropical, connu sous le nom d'El Niño/oscillation australe (ENSO), augmente la variabilité des précipitations et les événements météorologiques extrêmes dans le sud-est de l'Australie.

"Les archives basées sur les éléments traces de Speleothem dans la région pourraient étendre l'enregistrement instrumental dans le passé nous permettant ainsi d'établir une compréhension de la variabilité naturelle de base dans le système climatique, " dit Tadros.

"Cependant, pour interpréter avec précision ces archives, nous devons avoir une compréhension complète des causes de la variabilité des éléments traces dans les eaux d'égouttement des grottes."

Bien que l'on sache que la concentration des éléments traces et majeurs dans les eaux d'égouttement des grottes dépend de leur origine, la recherche a confirmé que les processus hydrochimiques spécifiques au site pendant des conditions de précipitations contrastées influencent également sa composition.

"Les oligo-éléments sont très spécifiques à un site et vous devez également comprendre les processus hydrologiques au-dessus et à l'intérieur de la grotte sous un climat changeant, " dit Tadros.

Les enquêteurs ont confirmé que pendant les périodes humides et sèches, deux processus hydrochimiques différents se produisent dans la zone de la grotte.

« Après avoir quantifié la part de l'atmosphère et du substratum rocheux qui contribue au goutte-à-goutte, nous avons constaté qu'il y avait un enrichissement en métaux traces, sodium, potassium et zinc dans le sol riche en argile. Il agit comme un évier pour retenir ces éléments. Le passage des conditions sèches aux conditions humides facilite les processus chimiques dans la zone du sol qui mobilisent ensuite les métaux vers l'eau du sol et s'infiltrent à travers le profil du sol. »

« En période de sécheresse, les concentrations de potassium sont assez stables. Le sol contient tout le potassium. Mais lorsque le bilan hydrique du site augmente dans des conditions de La Niña, et l'eau commence à le traverser, l'altération lente de la structure argileuse libère le potassium emprisonné entre les couches du minéral argileux."

D'autres processus se produisant dans le sol, comme l'échange de cations et la mobilisation colloïdale, ont été trouvés pour modifier le sodium, magnésium, concentrations de strontium et de zinc dans les gouttes d'eau. Tadros et ses collègues ont déterminé que les rapports magnésium et strontium/calcium pouvaient être utilisés comme indicateurs de la sécheresse dans les archives des stalagmites.

"C'est une nouvelle approche, car nous avons développé une compréhension multiforme de l'ensemble du système karstique. En utilisant les équations du bilan massique, nous avons limité la contribution des sources spécifiques au site et des processus géochimiques du karst/du sol. Nous avons maintenant de nouveaux outils géochimiques à appliquer pour la recherche sur les spéléothèmes, " dit Tadros.

"Maintenant que nous savons quels oligo-éléments sont particulièrement prometteurs en tant que mandataires paléoclimatiques, nous allons essayer de l'appliquer au registre moderne des spéléothèmes, " dit Tadros.