Iskernedatering

Iskernedatering er endnu en metode til datering og som indeholder flere interessante aspekter. Dels kan iskerner fortælle noget om hvordan klimaet har været i tidligere tider, dels bruges til at fortælle noget om datering af istider og begivenheder som vulkanudbrud kan spores i lagene. De første iskerneboringer blev foretaget af amerikanske forskere i 1955 på Grønland.

Det var imidlertid den danske geofysiker Willi Dansgaard (1922-2011), der opdagede en sammenhæng mellem den nedbør som isen igennem tiden er blevet dannet af og temperaturen i skyen som nedbøren stammede fra. Han fik derfor etableret iskerneboringer i Grønlands indlandsis ud fra den betragtning, at den indeholder et gigantisk arkiv over fortidens klima.

En af disse boringer, NGRIP (North Greenland Ice Core Project), nåede i 2003 ned til en dybde af 3085 mtr og ramte dermed grundfjeldet. Kernen opbevares i dag under minus 25° C på Københavns Universitet sammen med flere andre boringer. Disse iskerner siges at kunne fortælle om de klimatiske forhold for hvert af de seneste 123.000 år.

 

Datering ved hjælp af isotopforhold og urenheder i isen
I disse kerner kan man især i  de øverste boringer se en tydelig lagdeling. Sæsonbetingede forskelle i sneens indhold hen over et år menes at frembringe disse ”årringe”, ved hvilke forskerne datere isens alder ved simpel optælling.

Der optræder desuden andre markører i de forskellige lag:

  • Sæsonbetingede forskellene i Iltisotoper og brintisotoper.
  • Askelag fra vulkanudbrud, (disse har ofte en unik sammensætning og form, som kan genfindes i andre sedimentære aflejringer på landjorden)
  • Farveforskelle i iskernens afsnit.
  • Fangne luftbobler, som fortæller om atmosfærens sammensætning på indfangningstidspunktet.
  • Indhold af metan CH4
  • Indhold af berylium (10Be) 10Be (Berylium) dannes ved kosmisk bestråling af ilt og kvælstof (N) i atmosfæren, opholder sig gennemsnitligt 1-2 år i atmosfæren hvorefter den drysser ned og lægger sig på indlandsisen. 10Be er en radioaktiv isotop med en halveringstil på 1,36 millioner år. 10Be dannes i forskellig hastighed og er meget påvirket at solaktivitet og andre kosmiske stråler.

Sne til is
Sne bliver ikke til is lige med det samme. Trykket skaber isen, og sneen skal have en vis tykkelse før trykket er stort nok til at omdanne sne til is.  Tæt på overfladen på Grønlands indlandsis svarer et års nedbør til 20 cm is men det presses til ca 5 cm i 1500 meters dybde. Området mellem sne og is kaldes firnzonen.  Den kan være mellem 50 – 150 meter tyk. I denne zone kan luft diffundere, således at indholdet af denne luft i hele firnzonen repræsenterer den øjeblikkelige atmosfæriske sammensætning, mens sneens alder i nærheden firnzonens nedre grænse kan være fra flere hundrede til flere tusinde år. Når denne luft så bliver fanget som luftbobler i den, nu til is sammenpressede sne, vil alderen på luften og alderen på iskernelaget , i hvilket disse luftbobler nu optræder, divergerer fra flere hundrede til flere tusinde år.

Da man bl.a. bruger luftens sammensætning til at bestemme atmosfærens sammensætning i fortiden, skal man have denne måleusikkerhed med i tanke.

Forskelle i isotopsammensætningen
Sne består af vand H2O, som pga. naturligt forekomne stabile isotoper af både brint og ilt findes i flere varianter. Ilt forekommer som både 18O og 16O. Brint forekommer både som H og 2H (Deuterium). Isotoperne 18O og 2H er tungere end henholdsvis 16O og H. Det betyder at der skal flere kræfter til at fordampe ”tungt” vand. Forekomsten af vanddamp fra en fordampning af havene vil derfor indeholde relativt flere 18O iltmolekyler om sommeren end om vinteren. Det samme gælder for brint. Til gengæld fortættes disse ”tunge” molekyler hurtigere når det bliver koldt. Når vanddampen (Skyerne) bevæger sig mod polerne vil den blive mere og mere fattig på H218O da de tungere molekyler fortættes først. Om vinteren er nedbøren som falder på indlandsisen derfor fattigere på 18O. Dette giver årsvariationer: relativt mere 18O i iskerneafsnittets sommerperiode og relativt mindre 18O vinterperioden. Ved at iagttage disse udsving kan ”årene” afgrænses. Iltisotoperne repræsenteret i isen er også med til historisk at afdække det globale klima.

I varme perioder vil 16O bundet i H2O falde som nedbør (regn) og løbe tilbage til havet hvorfor balancen mellem 18O og 16O forbliver intakt. I kolde perioder vil mere 16O end 18O fordampe og da det her falder i store mængder som sne, vil det ikke vende tilbage til havet, hvis relative indhold af 18O således i de koldere perioder vil være højere. Samtidig viser et relativt højt indhold af 16O i forhold til 18O i et iskerneafsnit noget om en koldere periode. Ved at sammenligne med nutidens forhold af iltisotoper i havvand og is/sne kan man bestemme tidligere tiders temperaturer og se udsvingene i klimaforandringerne.

Askelag
Hvis man i et iskerneafsnit finder askelag fra vulkanudbrud og man finder den samme kemiske og objektive sammensætning i andre sedimenter, fx sød-sedimenter, kan det være med til at tidsfæste iskerneafsnittet. Hvis man fx finder C-14-daterbart materiale i dette sediment eller sedimenterne over eller under, kan man således tidsfæste iskerneafsnittet.

Farveforskelle
I polarområderne kan solen I sommerperioden skinne hele døgnet og ændre strukturen på sneens overflade således at denne bliver mindre tæt. Når solen “går næsten ned” vil der komme rimfrost på det øverste lag. Begravet under sne de følgende år vil denne grovkornede rimfrost komprimeres til lysere lag end vintersolen. Derfor ses der forskellige lyse og mørke lag I isen.

Fangne luftbobler
Som forklaret i afsnittet ”Sne til is” vil fangne luftbobler i et isafsnit ikke høre til samme epoke men kan være hundreder eller tusinder af år yngre end det afsnit de befinder sig i. I en dybde på 1500 m ændrer isens struktur sig pga trykket Der sker en ændring fra hexagonal- til kubisk krystalstruktur og  det tillader luftmolekylerne at bevæge sig ind I krystalstrukturen sålredes at isen bliver mere klar. Boblerne forsvinder.

Boblernes alder
Som nævnt ovenfor svarer luftboblernes alder ikke til iskernelagets alder hvori de forekommer. Boblerne fanges i firlagets bud, som kan være fra flere hundreder til flere tusinder år gammelt.

Indhold af metan
Indholdet af metan (CH4) være en markør hvormed man kan synkronisere iskerners alder fra forskellige dele af jorden. Atmosfærens indhold af metan er meget svingende og derfor vil metanindholdet over en periode kunne fungere som en slags synkroniserende markør hvis tilsvarende mønstre findes i andre boringer.

Indhold af 10Be
10Be (Berylium) dannes ved kosmisk bestråling af ilt og kvælstof (N) i atmosfæren, opholder sig gennemsnitligt 1-2 år i atmosfæren bundet til luftens aerosoler hvorefter den drysser ned og lægger sig på indlandsisen. 10Be er en radioaktiv isotop med en halveringstid på 1,36 millioner år. 10Be dannes i forbindelse med kosmisk bestråling af ilt og kvælstofmolekyler. En høj solaktivitet afbøjer kosmiske stråler og hæmmer derfor dannelsen af såvel 14C og 10Be.

Dannelsesmønsteret for 10Be svarer til dannelsesmønsteret af 14C, således at disse stoffer de dannes med et konstant forhold. Variationer i berylium-koncentrationen i de forskellige år-lag er således, i den ideelle verden, et billede på variationer i den atmosfæriske indhold af 14C i de samme år. Variationerne er således parallelle. Ved at ”konvertere” forskellene i 10Be koncentrationen i de enkelte iskernelag opstiller man en hypotese om at de samme forskelle viser sig i atmosfærens 14CO2.

Ved at sammenholde disse variationer med variationer i 14C indholdet i årringe af gammelt træ finder man måske overensstemmende mønster af variationer der således antages at være tidsmæssigt overensstemmende. Derved krydstjekkes den alder man har talt sig frem til ved at tælle lagene

10Be aflejringer
Kosmisk stråling nedsættes ved stor solaktivitet. Den bliver afbøjet. Der er derfor 11-årige peaks af solaktivitet og i disse perioder er der en tydelig nedsættelse af den kosmiske stråling. Dette forhold har dog ikke smittet af på dannelsen ag 10Be, hvilket undrer nogle forskere. Cosmic Rays, Sunspots, and Beryllium by Willis Eschenbach

 

Hvis 10Be er bundet til luftens aerosoler er det mere sandsynligt at de lejrer sig sammen med nedbøren end at de drysser ned på jorden i samme takt som de dannes og derfor ikke afspejler den samlede årsproduktion af dette radioaktive stof i iskernens ”år-lag”.

Da der desuden er mulighed for en diffusion i firnlaget kan det være årsagen til at man ikke finder korrespondance mellem udsvingene i solaktiviteten og mængden af 10Bei iskernens lag. Dette betyder at 10Be koncentrationen i iskernens lag ikkenødvendigvis repræsenterer produktionen af 10Be det pågældende år og derfor er en dårlig kilde til kalibrering af C14 dateringer.

Den danske forsker Henrik Svensmark har desuden set en tydelig overensstemmelse mellem solaktiviteten og skydannelsen og dermed klimaet på jorden. I perioder med stor solaktivitet dannes færre ”lave” skyer, og dermed bliver klimaet varmere.

 

Andre forskere har opdaget en sammenhæng mellem dannelsen af luftens aerosoler (små partikler som skyernes vand fortætter omkring) og kosmisk stråling. Ved stærk kosmisk stråling (nedsat solaktivitet) bliver meget aerosol produceret og dermed kommer der flere skyer og koldere klima. Mange tror at den eneste grund til at der er skyer, er at der er vanddamp i luften, men det er ikke rigtigt. Hvis der ikke er nogle aerosoler vil der ikke dannes skyer. Hvis aerosolernes dannelse er afhængig af aktiviteten af kosmisk stråling og dennes svækkelse under indflydelse solaktiviteten, vil tilstedeværelsen af disse det have indflydelse på hvor længe 10Be bliver ”hængende” i luften.

Print Friendly, PDF & Email
Insert math as
Block
Inline
Additional settings
Formula color
Text color
#333333
Type math using LaTeX
Preview
\({}\)
Nothing to preview
Insert