Calcietkristallen die als gevolg van koud weer zijn gevormd, bevatten meer informatie over vroegere klimaatschommelingen dan de onderzoekers eerder hadden aangenomen. Dat blijkt uit een Oostenrijks-Russisch onderzoeksproject in de Oeral. De vondsten in grotten bewezen niet alleen de laatste ijstijd -zo’n 25.000 jaar geleden- maar ook permafrostperiodes van zo’n 37.000 en 48.000 jaar geleden.

Minerale afzettingen in grotten vormen een soort natuurlijke archieven.  Zij verschaffen informatie over het klimaat van vroeger. Onderzoeksobjecten zijn onder andere stalactieten. Pegels van kalkafzettingen die uit het plafond van de grot druipen en stalagmieten, die door de kalkrijke druppels vanuit de grond lijken te groeien. Deze pegels behouden de isotoopsamenstelling van zuurstof en koolstof van het vroegere neerslagwater. Dat maakt het mogelijk om conclusies te trekken over het klimaat en de milieuomstandigheden van vele eeuwen geleden.

Een team onder leiding van de geoloog Yury Dublyansky ontdekte dat calcietkristallen (cryogene grotcarbonaten), die als gevolg van de kou zijn ontstaan, ook waardevolle markers zijn voor de klimaatschommelingen van de afgelopen 500.000 jaar.

Oorsprong van calcietkristallen

Calcietkristallen vormen zich bij temperaturen net onder nul. Het mineraal calciet bestaat voornamelijk uit het zout calciumcarbonaat. Het is een van de meest voorkomende mineralen in de aardkorst. Calciumcarbonaat ontstaat doordat oplosbare calciumionen in contact komen met CO₂.In langzaam bevriezend water neemt hun concentratie toe, omdat ze niet als opgeloste mineralen in het ijs kunnen worden opgenomen. Na verloop van tijd begint calciumcarbonaat uit het water te kristalliseren tot aggregaten van millimeters tot centimeters. Vondsten van calcietkristal wijzen dus op permafrost: permanent bevroren grond.

 

Kalzit-Kristalle, Kryogene Höhlenkarbonate

Calcietkristallen. (c) Robbie Shone

Foto: Cryogene calcietkristallen op de bodem van de Shulgan-Tash-grot (Kapova) De korrelgrootte is ongeveer 5-10 mm. Druppels die van een hoogte van ongeveer 15 m vallen, hebben dit gat in de kleiachtige grotvloer veroorzaakt en het calciet bloot gelegd. (c) Robbie Shone

Analyse van calcietkristallen

De kalkafzettingen zijn echter zeldzaam en vallen niet snel op. De zoektocht ernaar bleek een uitdaging. Het team zocht in veertig deels afgelegen grotten in het Oeralgebergte. Ze vonden wat ze zochten in negen grotten. Om de leeftijd van de individuele calcietkristallen precies te kunnen bepalen, werden deze geanalyseerd in uranium-thorium-radio-isotopen.

Calcietkristallen nauwkeuriger dan andere markers

Dublyansky doet al sinds 1990 onderzoek naar zogenoemde karstgrotformaties. De analyses toonden aan dat calcietkristallen nauwkeuriger inzicht geven in vroegere klimaatschommelingen dan andere monsters. Ze leveren meer en complexere informatie op dan eerder werd gedacht. Zo leveren calcietkristallen niet alleen gegevens over grote klimaatschommelingen in de Oeral, maar ook over kleinere. In sommige grotten werden verschillende generaties van calcietkristallen gevonden. Zo konden verschillende periodes van permafrost in het verleden aangetoond worden. Bijzonder informatief zijn de aanwezigheid van stalactieten en calcietkristallen in een grot:

  • Stalactieten zijn het bewijs van warmere klimaten.
  • Calcietkristallen tonen koudere klimatologische fases aan.

Uit het grote onderzoeksgebied van de Noord- tot de Zuid-Oeral blijkt ook dat de permafrost-zuid grens zich tijdens de koudste klimaatperiodes uitstrekte tot aan de Kaspische Zee.

Nauwkeuriger datering van de grottekeningen in de Shulgan-Tash-grot

Onder de grotten die het team onderzocht, was Shulgan-Tash Cave. Daar werden 60 jaar geleden paleolithische grottekeningen gevonden. Dublyansky’s calcietkristalanalyses hebben nu een nauwkeuriger datering mogelijk gemaakt: de mammoeten en de kameel werden zo’n 16.000 tot 17.000 jaar geleden gemaakt. De maker of makers moeten het toen behoorlijk koud hebben gehad, omdat de temperatuur toen onder nul was.

Dublyansky werkt sinds 2006 aan het Institut für Geologie van de Universität Innsbruck.

Ook interessant:

Nauwkeurige datering van gletsjerijs met kwantumfysica

Houtdatering kan helpen bij het reconstrueren van gletsjerontwikkeling