Eisbohrkern
Durch die Analyse von Eisbohrkernen ist es möglich, Informationen über das Klima der Vergangenheit zu erhalten. Diese Art der Klimadatenerfassung ist eine sehr junge aber zugleich eine der wichtigsten und genauesten Methoden, die heute bekannt ist. Bei dieser Methode werden Bohrungen in die riesigen Landeisschilde der Erde, in die Kryosphäre (das Eis der Erde), unternommen. Die dann zu Tage geförderten Eisbohrkerne werden genauestens untersucht.
Die Idee, dass ein Eiskern ein Archiv mit Klimainformationen darstellt, geht auf die im Jahre 1930 bis 1931 durchgeführte Grönlandexpedition von Alfred Wegener zurück. Einer der beteiligten Wissenschaftler untersuchte in einer 15 Meter tief gegrabenen Grube die jährlichen Jahresschichten.
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Landeisschilde
Von Jahr zu Jahr setzt sich eine neue Schicht Eis ab, eine sogenannte Jahresschicht. Somit besteht ein solches Landeisschild aus vielen übereinander liegenden Schichten Eis. Je älter, also auch je tiefer, eine Jahresschicht im Eis liegt, desto dünner ist sie, da das Gewicht der darüber liegenden Schichten sie zusammendrückt und zur Seite fließen lässt. Untersucht man nun die einzelnen Schichten, kann man sehr genaue Informationen zu ganz bestimmten Jahren herausfinden, indem man die Schichten von oben abzählt.
Solche riesigen Eisschilde sind vor allem in der Antarktis und in Grönland zu finden. Einige haben eine Dicke von bis zu 4000 m und sind mehrere Millionen Jahre alt. Allerdings werden auch Untersuchungen auf Gletschern durchgeführt in polaren und gemäßigten Klimazonen als auch in den Tropen. Ein Beispiel dafür ist der Gletscher auf dem Kilimandscharo. Die alpinen Gletscher liefern eher Informationen über das regionale Klimageschehen, während Bohrungen an den polaren Eisschilden Informationen über das globale Klima der letzten Jahrhunderttausende liefern.
Der erste 100 Meter lange Eiskern wurde während einer norwegisch-britisch-schwedischen Antarktis-Expedition gezogen, die in den Jahren 1949 bis 1952 stattfand. Den bisher tiefsten Bohrkern des grönländischen Inlandeises erbrachte die europäische Tiefbohrung NGRIP (North Greenland Ice Core Project) im Jahre 2003. Hier wurde eine Bohrtiefe von 3085 Meter erreicht, das älteste Eis ist 123.000 Jahre alt und stammt aus der letzten Warmzeit. Der älteste Bohrkern überhaupt stammt aus der Antarktis aus dem europäischen Project EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) 2003. Er enthält in 3139 Metern tiefe 740.000 Jahre altes Eis und damit acht Eiszeit-Zyklen.
Methoden der Auswertung
Temperaturanalyse
Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, Informationen aus diesen Eisbohrkernen zu gewinnen. Eine ist die Temperaturanalyse. Diese Methode basiert darauf, dass bei der Entstehung der einzelnen Schichten die Sauerstoffisotope im Eis je nach Temperatur der Wolke, aus der der Niederschlag (Schnee) stammt, unterschiedliche Verhältnisse haben. Dieses Verhältnis der Sauerstoffisotope hängt neben der Temperatur auch von der Vorgeschichte (Zugbahn) der jeweiligen Luftmasse ab. Benutzt werden bei der Eisanalyse die Sauerstoffisotope 18O und 16O. Aus dem Massenverhältnis dieser beiden Isotope kann man nun auf die Temperatur schließen, die bei der Entstehung des Niederschlags in der Atmosphäre herrschte. Diese Massenverhältnisanalyse wird mit Hilfe eines Massenspektrometers durchgeführt. Die Methode hilft auch, den Eiskern zu datieren, da die Unterschiede zwischen einzelnen Sommern und Wintern in den letzten 1000 Jahren erkannt und damit die Jahresschichten abgezählt werden können. Auf diese Weise ist es auch möglich, Entstehungstemperaturangaben über Eischichten zu machen, die bis zu einer Millionen Jahre alt sind. Außerdem gibt es, neben der Temperaturanalyse, noch viele andere Auswertungsverfahren für Eisbohrkerne.
Analyse von Lufteinschließungen
Man kann z.B. die Luftblasen im Eis untersuchen. Diese Lufteinschließungen beinhalten auch heute noch die Luft, die dort vor Jahrtausenden eingeschlossen wurde. Daraus kann man sehr wertvolle Informationen über die Zusammensetzung der damaligen Luft herausfinden. Bei dieser Analyse sind jedoch der Sauerstoff und der Stickstoff, die den Großteil der in der Luft enthaltenen Gase ausmachen, weniger interessant, da sie relativ gleich geblieben sind. Interessanter sind in diesem Zusammenhang die Spurengase, die teilweise nur unter 1 % der Gase in der Luft ausmachen. Besonders bedeutsam sind dabei Kohlendioxyd und Methan, da diese eine relativ hohe Verweilzeit und einen wichtigen Einfluss auf das Klima haben. Der Luftabschluss im Eis kann einige Jahre dauern, deshalb können keine Daten für einzelne Jahre gewonnen werden, sondern nur mittlere Werte für einige Jahrzehnte.
Weitere Möglichkeiten der Datengewinnung
Neben der Sauerstoff-Isotopenmethode gibt es noch andere Isotopenverhältnisse, die untersucht werden. Bei einer werden die Kohlenstoffisotope (14C) und die Berylliumisotope (10Be) untersucht. Aus ihrem Verhältnis kann man vieles über die Sonnenaktivität erfahren. Des Weiteren werden Staubgehalt sowie die Konzentrationen von Ionen und Elementen bestimmt. Daraus kann man Schlüsse auf den Zustand des Klimasystems z.b. der atmosphärischen Zirkulation oder Windstärken in der Vergangenheit ziehen.
Darüber hinaus lässt die Dicke der einzelnen Jahresschichten, abgesehen davon, dass die älteren dünner sind, Rückschlüsse auf die jeweilige Niederschlagsmenge zu. Bei der Untersuchung der Eisbohrkerne werden auch immer wieder dünnere Schichten Staub entdeckt. Diese stammen meistens von sehr großen Vulkanausbrüchen, die auch oft deutliche Klimaveränderungen hervorriefen.
Noch genauer kann man vulkanische Ablagerungen bestimmen, indem man die elektrische Leitfähigkeit des Eises feststellt. Diese gibt Informationen über die Menge der vulkanischen Ablagerungen und somit über die Vulkanausbrüche in der Vergangenheit.
Kategorie:Geologie
Kategorie:Klimatologie