Ett 7000-årigt klimatarkiv

Droppstenar är inga hastverk – långsamt, långsamt växer de till. Djupt nere under marken finns underjordiska grottor där klimatet är nära nog konstant, dvs temperaturen ligger stadigt på årets medeltemperatur i regionen. Men vattnet som tränger ner i grottan är påverkat av vad som händer med klimatet på jordytan. Är vattnet tillräckligt kalkhaltigt bildas droppstenar i grottan. Växer de neråt kallas de stalagtiter, växer de uppåt kallas de stalagmiter. Inne i stenarna finns information att hämta om temperatur, nederbörd och växtlighet, förutsatt att man kan avläsa de subtila signalerna.

Vattnet som sipprar fram i grottans tak för med sig lösta salter och humusämnen som faller ut på stenens yta och bildar varv efter varv av mineral. Som årsringarna i en trädstam avspeglar varven årstidernas variationer, och som glaciärer växer de till med olika hastighet beroende på det rådande klimatet.

Ju mörkare droppstensvarven är, desto varmare har klimatet varit. När det är varmt och växtligheten frodas bildas rikligt med bruna humusämnen som färgar vattnet och därmed droppstenen. Under kalla perioder, då växtligheten är svag, blir droppstenen ljus.

Radioaktiv klocka

Inne i droppstenarna lagras dessutom spårämnena uran och torium. Trots att halterna är minimala kan de spåras på grund av sina radioaktiva egenskaper. Det är också deras radioaktivitet som forskarna använder för att bestämma för hur länge sedan spårämnena fångades i droppstenen.

Droppstenen består mest av karbonater, salter som alltid innehåller syre och kol. Båda dessa grundämnen förekommer naturligt som isotoper, dvs varianter med olika atomvikt. Dessa isotoper är mycket långlivade, vilket innebär att förhållandet mellan dem håller sig konstant under långa tidsrymder i skikten som fixeras på stenens yta när droppstenen växer. Men från ett skikt till ett annat kan förhållandet variera beroende på att klimatet förändras.

Isotoper som regnmätare

Förhållandet mellan mängderna av vanligt syre, dvs isotopen med atomvikten 16, och syreisotopen med atomvikten 18 speglar variationerna i jordytans temperatur och nederbörd. I vattenångan som avdunstar från havsytan och faller ner som nederbörd över kontinenterna finns mer av den tunga isotopen under perioder då det är varmt på jorden.

Medan syreisotoperna avspeglar storskaliga klimatförändringar visar kolisotoperna hur den lokala växtligheten förändras från tid till annan. Andelen av den lätta kolisotopen med atomvikten 12, dvs vanligt kol, minskar under perioder när växtligheten domineras av tropiska gräs och andra snabbväxande tropiska växter. Ett ökat inslag av träd och buskar ger mindre av kolisotopen 13, och det är ett tecken på att det lokala klimatet är svalare.

Lilla istiden

För några år sedan inledde klimatforskaren Karin Holmgren från Stockholms universitet i ett projekt i Sydafrika. De var flera forskare som kröp ner i grottor på jakt efter droppsten. I en grotta, 25 meter under marken, på höglandet i norra delarna av landet, hittade Karin en välformad stalagmit som hon fick ta med sig hem (bild 1 och 2). Hon jämförde stenens årsband med uppgifter om klimatet som andra forskare hade tagit fram genom att undersöka årsringar i mycket gamla träd i Afrika. Stenen visade sig vara en outtömlig informationskälla.

Stalagmiten höll fortfarande på att växa när Karin upptäckte den. Isotopanalyserna visade att de äldsta delarna är närmare 7 000 år gamla. Det sensationella med just denna droppsten är att den innehåller ett kontinuerligt klimatarkiv från de senaste 7 000 åren i Afrika, det enda som man hittills har hittat.

Stalagmiten visar tydligt att även på den afrikanska kontinenten har köldperioder som den s k lilla istiden (1350- 1800) påverkat klimat och växtlighet, liksom den värmeperiod som härskade hos oss under slutet av vikingatiden och in på medeltiden. Karin ska nu undersöka om den periodiska uppvärmningen av havsvattnet i östra Stilla havet, dvs väderfenomenet El Niño med sin fyraårscykel, också har satt spår i den afrikanska stalagmiten.

Karin Holmgrens forskning stöds av bl a Naturvetenskapliga Forskningsrådet och Kungl Vetenskapsakademien.