Iskerner og fortidens klima

v. Philip Jakobsen, Silkeborg Gymnasium

Nedenfor skal vi se nærmere på hvorledes iskerner kan fortælles os om det forhistoriske klima. Vi vil herunder arbejde med virkelige data fra en iskerne boret på Grønland og på Antarktis. Som altid er det væsentligt at i tager notater undervejs i jeres arbejde. Husk at i kan indsætte skærmbilleder vha. "Print Screen". Bemærk der er tale om fire øvelser.

Spørgsmål som skal besvares er markeret med rød.

I. Introduktion

Sne som falder i de polare områder (f.eks. Grønland og Antarktis) kan bevares som årlige lag i iskapperne hvis ikke de ødelægges af isens bevægelse. Disse årlige lag udgør et klimarkiv som kan gå næsten en million år tilbage i tiden!

Flere forskellige klimaindikatorer kan måles i kerner fra isen:

1. Mængden af støv i de årlige lag kan fortælle om forholdene på det tidspunkt det blæste op på isen. Det kan være i form af vulkansk materiale, biologisk materiale, havsalt, materiale produceret ved kosmisk stråling i atmosfæren.

2. Isen indeholder bobler med luft som er blevet fanget i forbindelse med sneens omdannelse til is (se figuren til højre). Efterhånden som stadig mere sne falder på overfladen trykkes det underliggende sne sammen og bliver til sidst til is. Gennem studier af disse luftbobler er det muligt at bestemme indholdet af eks. CO₂ og metan CH₄ i den forhistoriske atmosfære.

3. Koncentrationen af isotoper i vand og især koncentrationen af den tunge ilt-isotop ¹⁸O, i forhold til den lettere ¹⁶O indikerer temperaturen da sneen faldt. Tilsvarende er det muligt at bruge isotopen ²H (deuterium) i forhold til den lettere ¹H. Det viser sig nemlig at koncentrationen af de tunge isotoper i isen (hhv. ²H  og ¹⁸O)  er lavere i kolde perioder i forhold til varme perioder.

Figur 1: Deuterium

1. Diskuter: hvad er en isotop og hvad betyder det når man skriver hhv ¹H og ²H?

99,7 % af alle vandmolekyler er sammensat af to ¹H atomer og et ¹⁶O atom. De tungere isotoper er ret sjældne. Netop fordi de er tungere, har vandmolekyler med isotoperne ²H, ¹⁷O og ¹⁸O sværere ved at fordampe. Det betyder, at når vand fordamper fra verdenshavene og danner skyer, så er der mindre af de tunge isotoper i det vand der fordamper, end der er i havvandet. Tilsvarende har vandmolekylerne med tunge isotoper lettere ved at fortætte igen, og mange af dem forsvinder derfor i den nedbør, der falder, når skyerne bevæger sig op over indlandsisen. 

Figuren skal illustrere transporten af vandmolekyler fra fordampningen fra havet til vandet falder som sne på toppen af indlandsisen.  Da vandmolekyler med tunge isotoper har svært ved at fordampe og let ved at fortætte, indeholder sneen på toppen af indlandsisen meget få tunge isotoper.

Jo koldere det er, jo større er forskellen på isotopernes evne til at fordampe og fortætte. Det betyder, at jo koldere det er, jo mindre er der af de tunge isotoper. Ved at måle indholdet af tunge isotoper i de forskellige lag af indlandsisen kan man altså finde frem til temperaturen dengang sneen faldt.

Du kan læse mere mere om iskerneboringerne her

Figur 2: Omdannelse af sne til is. Bemærk hvorledes luftbobler fanges i isen.

Figur 3: Eksempel på et boretårn til boring af iskerner.

Vostok iskernen blev boret i den østlige del af Antarktika ved den russiske base Vostok som ligger på det antarktiske iskjold i en højde af 3488 m. Kernen har en længde på 2083 m og er blevet analyseret med hensyn til isotopisk indhold af ²H, støv, metan og CO₂. Vostok iskernen går 160.000 år tilbage.(I øvelse 3 skal I arbejde med en anden iskerne fra Antarktisk som for nyligt er blevet offentliggjort og går mere end 700.000 år tilbage.). I skal dog først arbejde med Vostok-iskernen.

Øvelse 1: delta D (søjle 3) som en indikator for temperatur:

Start med at downloade data fra Vostok her.

I skal beregne temperaturen baseret på det indholdet af isotopen Deuterium som er en tungere variant af hydrogen (se billedet ovenfor). I den blanke kolonne i tabellen til højre for delta-deuterium søjlen (δD) skal I bruge nedenstående formel til at omsætte isotopforholdet (δD) i Vostok til temperatur:

Temperatur (^oC) = -55,5 + (δD + 440) / 6

*Husk at gemme!*

Plot nu den beregnede temperatur som funktion af tiden "ice-age" (søjle 2). Diskuter hvad I kan se og hvor pålideligt I tror resultatet er.

2. Hvornår finder vi den maksimale temperatur.

3. Hvornår sluttede den seneste istid? (argumenter)

4. Hvordan passer kurven med den nuværende temperatur i Vostok ?

Figur 4: Den grønne firkant markerer området omkring Vostok.

Øvelse 2: Sammenhæng mellem CO₂ og temperatur?

Plot nu CO₂ som funktion af "gas-alder".

5. Hvor godt stemmer kurven overens med den for temperatur?

6. Baseret på dette diskuter om det er rimeligt at påstå en sammenhæng mellem temperatur og CO₂?

Øvelse 3: Plot temperaturen de seneste næsten 800.000 år!

Åben nu data fra Dome C (Antarktis) iskerneboringen her.

7. Efter samme princip som øvelse 1 skal I nu plotte temperaturen for Dome C. Kommenter forløbet i temperaur. Hvad kan man se?

(prøv evt. at lave om på akserne for at forbedre grafen)

Øvelse 4: Sammenlign istidens udvikling på Grønland i forhold til Antarktis

Åben nu et regneark med både temperaturdata fra Dome C og NGRIP. klik her.

Det er muligt at zoome ind på udvalgte steder på aksen ved at ændre på akseinddelingen (højreklik på aksen.)

Dome C og NGRIP repræsenterer henholdsvis den sydlige og nordlige halvkugle.

8. Kan man på baggrund af dette argumentere for at den seneste istid (Weischel) startede på a)den  nordlige halvkugle, b) den sydlige halvkugle eller c) samtidigt begge steder?

Husk at dokumentere jeres svar ved hjælp af graferne.

9. Diskuter hvilke forskelle der er mellem i udviklingen i temperaturen under seneste istid på den sydlige og nordlig halvkugle.

Læs om de såkaldte Dansgaard-Oeschger-begivenheder her

Læs om havstrømmenes betydning for disse her

Figur 5: Placering af Dome C

Figur 6. Tre forskellige cirkulationsmøn-
stre i Nordatlanten gjorde kli-
maet ustabilt under sidste istid.