1000-летние сталагмиты из пещеры в Индии показывают, что муссоны не так уж надежны - их кольца свидетельствуют об истории долгих засух

В отдаленной пещере на северо-востоке Индии дождевая вода медленно капает с потолка в одних и тех же местах уже более 1 000 лет. С каждой каплей минералы, содержащиеся в воде, накапливаются на полу внизу, постепенно превращаясь в башни из карбоната кальция, известные как сталагмиты.

Эти сталагмиты - не просто геологическое чудо: подобно кольцам деревьев, их слои фиксируют историю осадков в регионе. Они также несут предупреждение о возможности катастрофических многолетних засух в будущем.

Проанализировав геохимию этих сталагмитов в новом исследовании, опубликованном 19 сентября 2022 года в Proceedings of the National Academy of Sciences, ученые смогли создать самую точную хронологию летнего индийского муссона за последнее тысячелетие. Она показывает, что на индийском субконтиненте часто наблюдались длительные и сильные засухи, не похожие ни на одну из наблюдавшихся за последние 150 лет надежных измерений муссонных осадков.

Обнаруженные нами периоды засухи поразительно синхронны с историческими свидетельствами о засухах, голоде, массовой смертности и геополитических изменениях в регионе.

Они показывают, что упадок империи Великих Моголов и текстильной промышленности Индии в 1780-х и 1790-х годах совпал с самым сильным 30-летним периодом засухи за тысячелетие. Глубина и продолжительность засухи должны были вызвать повсеместные неурожаи и такой уровень голода, о котором говорится в письменных документах того времени.

Другая длительная засуха охватывает Деканский голод 1630-1632 годов, одну из самых разрушительных засух в истории Индии. Миллионы людей погибли из-за неурожая. Примерно в это же время была заброшена тщательно продуманная столица Великих Моголов Фатехпур Сикри, а в западном Тибете распалось царство Гуге.

Наши выводы имеют важные последствия для планирования водных ресурсов в условиях потепления климата, особенно для Индии, которая с ее огромным сельским хозяйством, зависящим от муссонов, скоро станет самой густонаселенной страной на планете.

Почему история муссонов имеет значение

Ученые начали систематически измерять муссонные осадки в Индии с помощью приборов примерно в 1870-х годах. С тех пор Индия пережила около 27 широко распространенных региональных засух. Среди них только одна - с 1985 по 1987 год - была трехлетней засухой подряд или хуже.

Очевидная стабильность индийского муссона в этих данных может привести к предположению, что ни затяжные засухи, длящиеся несколько лет, ни частые засухи не являются неотъемлемыми аспектами его изменчивости. Это, казалось бы, обнадеживающее мнение в настоящее время определяет современную инфраструктуру водных ресурсов региона.

Однако сталагмиты, свидетельствующие о продолжительных и сильных засухах за последние 1000 лет, рисуют иную картину.

Это указывает на то, что короткий инструментальный период не отражает всего диапазона изменчивости индийских муссонов. Это также поднимает вопросы о текущих водных ресурсах региона, устойчивости и политике смягчения последствий, которые сбрасывают со счетов возможность затяжных засух в будущем.

Как сталагмиты отражают историю муссонов в регионе?

Чтобы реконструировать прошлые колебания количества осадков, мы проанализировали сталагмиты из пещеры Мавмлух, расположенной недалеко от города Черрапунджи в штате Мегхалая - одном из самых влажных мест в мире.

Сталагмиты - это конусообразные структуры, которые медленно растут из-под земли, обычно со скоростью около одного миллиметра каждые 10 лет. В слоях их роста находятся мельчайшие частицы урана и других элементов, которые были получены в результате проникновения дождевой воды в скалы и почву над пещерой. Со временем уран, попавший в сталагмиты, распадается на торий с предсказуемой скоростью, поэтому мы можем определить возраст каждого слоя роста сталагмитов, измерив соотношение урана и тория.

Кислород в молекулах дождевой воды состоит из двух основных типов изотопов - тяжелых и легких. По мере роста сталагмитов они фиксируют в своей структуре соотношение изотопов кислорода в просачивающейся в пещеру дождевой воде. Тонкие изменения в этом соотношении могут быть вызваны различными климатическими условиями в то время, когда первоначально выпала дождевая вода.

Наши предыдущие исследования в этой области показали, что изменения соотношения изотопов кислорода в дождевой воде и, следовательно, в сталагмитах, отслеживают изменения в относительной численности различных источников влаги, которые способствуют выпадению летних муссонных осадков.

В годы, когда муссонная циркуляция слаба, осадки здесь в основном выпадают за счет влаги, испаряющейся из близлежащего Аравийского моря. Однако в годы сильных муссонов атмосферная циркуляция приносит сюда большое количество влаги из южной части Индийского океана.

Эти два источника влаги имеют совершенно разные изотопные подписи кислорода, и это соотношение точно сохранилось в сталагмитах. Мы можем использовать этот ключ к разгадке, чтобы узнать об общей силе интенсивности муссонов в период формирования сталагмитов. Мы собрали воедино историю муссонных дождей, извлекая из колец роста минутные количества карбоната кальция и измеряя соотношение изотопов кислорода. Чтобы привязать климатическую летопись к точным календарным годам, мы измерили соотношение урана и тория.

Следующие шаги

Палеоклиматические данные обычно позволяют определить, что, где и когда произошло. Но часто они сами по себе не могут ответить, почему или как что-то произошло.

Наше новое исследование показывает, что затяжные засухи часто случались в течение последних тысячелетий, но у нас нет хорошего понимания того, почему муссон в те годы не срабатывал. Аналогичные исследования с использованием гималайских ледяных кернов, колец деревьев и других пещер также выявили затяжные засухи, но столкнулись с той же проблемой.

На следующем этапе нашего исследования мы объединимся с климатическими модельерами для проведения скоординированных прокси-моделирующих исследований, которые, как мы надеемся, позволят лучше понять динамику климата, вызвавшую и поддерживавшую такие длительные периоды засухи в прошлом тысячелетии.