×

Forberedelser

- Lejren bygges op

Iskerner skal opbevares ved en lav temperatur (-20°C eller koldere). Derfor foregår al arbejdet med iskerner (boring og målinger) i haller under sneen.

Hallerne laves ved at grave grøfter i sneen, hvori store balloner pustes op. Ballonerne dækkes med sne og når sneen har sat sig tømmes ballonerne for luft, så der efterlades et hulrum under sneen.

Du kan læse mere om, hvordan man bygger laboratorier under isen med den særlige ballonteknik i denne artikel fra Sciencenordic (på engelsk).

Det meste af feltsæsonen 2016 blev brugt til at forvandle de nybyggede snehaller til fuldt funktionelle arbejdsområder, således at iskerneboringen kunne starte tidligt i feltsæsonen 2017.

I begyndelsen af feltsæsonen 2017 var alt udstyrret til dybdeboringen på plads. Borringen kræver blandt andet at der er installeret elektricitet i borehallen og at der er etableret systemer til at håndtere isspåner der dannes, når boret skærer sig ned gennem isen og den borevæske der bruges for at hindre hullet i at fryse til (se mere i sektionen om boringen). Begyndelsen af feltsæsonen 2017 blev også brugt til at opbygge den nødvendige infrastruktur i laboratoriehallen.

×

Boring

Forberedelserne til boringen af iskernen blev påbegyndt sent i feltsæsonen 2016,. [so the borehole casing could be installed in the beginning of the 2017 season before the main drilling could start.)

For at bore kunne bore en iskerne gennem den tykke iskappe er der udviklet et specialbor af en gruppe ved Center for Is og Klima Boret er et elektromekanisk bor der indeholder alt nødvendig elektronik og en motor. Boret hæves og sænkes via et kabelspil

Borehovedet roterer og skærer sig på den måde gennem isen ved hjælp af de knive der ses yderst på hovedet. Kernerøret består en en ydre og en indre del. Når der bores skubbes inkernen ind i det indre kernerør. Overskydende is i form af isspåner transporteres mellem den indre og ydre kernerør. Udenpå den indre del er der nogle tykke spiraler (se billedt nedenfor), som hjælper til at transportere isspånerne op til toppen af kernerøret til spånkammeret (hvor de opbevares).

Når boret er fyldt med is stopper rotationen og boret hejses nu op ved hjælp af kabelspillet. Små knive skærer sig ind i iskeren for at hindre at den glider ud af boret under hejsningen.

Når boret når overfladen vippes boretårnet, således at iskernen i kernerøret kan flyttes til en fryser, hvor kernen skubbes ud i en bakke. Herefter kan kernen skæres og de første målinger foretages(se næste section).

Besøg EGRIPs haller under sneen (heriblandt borehallen) i denne 360° film lavet af Susanne Buchardt, DIS

Selve boringen tager et kvarter til en time, men det kan tage op til tre timer at hejse boret op til overfladen. Der bruges altså meget tid på, at hejse boret op og ned, samt at efterse det ved overfladen.

Borebetingelserne er ikke end gennem isen, derfor ændrer man bore setuppet ved bestemte dybder.

En af de ting der ændres er længden af de iskerner der bores. I den øverste del af isen borer man kerner på omkring 2m. Det er særligt vigtigt i den del af isen der kaldes den "eksplosive zone". Her er isen særligt skråbelig. Når der er boret gennem denne zone, kan kernerøret skiftes, således at der kan bores iskerner med en længde på omkring 3,5 meter.

Trykket stiger desuden jo dybere man borer ned isen. Ved bunden af iskappen er der et tryk på omkring 280 atmosfærer, pga. den enorme masse af den tykke iskappe ovenover. Pga. det høje tryk vil borehullet hurtigt lukke til. Dette hindrr man imidlertid ved at bruge borevæske, som har tilnærmelsesvis den samme densitet som den omkringliggende is.

På Center for Is og Klima's hjemmeside kan du finde mere infomation om boremetoder og udviklingen af iskernebor

×

Målinger i felten

Nogle målinger foretages i felten, mens andre foregår i projektpartnernes laboratorier rundt omkring i hele verden. Som beskrevet i sidste sektion skal iskernen deles op i mindre stykker (på langs) før målingerne kan foretages. Herunder ses en skematisk tegning der viser, hvilken del af iskernen der bruges til hvilken måling. I denne sektion kan du læse mere om de målinger der foretages i felten.

Skæreplan for EastGRIP-iskernen der viser hvilken del af kernen der bruges til hvilke målinger.

Di-elektriske egenskaber (isens ion indhold)

(forkortes DEP for Di-electric properties)
Med et integreret måleapperat fra Alfred Wegener Instittutet måles de di-elektriske egenskaber på iskernen før den deles. De di-elektriske egenskaber kan bruges som mål for isens ionindhold. Den videnskabelige forklaring er kompleks og vil derfor ikke blive gengivet her.

Isens elektriske ledningsevne

ECM measurements being carried out Den lige overflade af hovedkernen renses med en microtome-kniv. Herefter måles isens elektriske ledningsevne ved at to elektroder, med en potentialforskel på ca. 1000 V, trækkes henover overfladen. Den strøm der løber gennem isen, er et mål for isens surhed. Denne type målinger kaldes ECM (electrical conductivity measurement), og ECM-data fra iskerner viser en række tydelige toppe (højt syreindhold), der skyldes vulkanudbrud. Ved et vulkanudbrud frigives store mængder SO2 til atmosfæren, hvor det omdannes til svovlsyre. Svovlsyren bliver transporteret over store afstande, og gør nedbøren mere sur.

Linescanner målinger

Venstre: Christine kigger gennem et stykke af EGRIP kernen, som ser næsten gennemsigtig ud. Højre: I linescanneren er det dog tydeligt at der faktisk er mange tågede bånd i isen. Gletsjeris indeholder synlige lag kaldet cloudy bands. Især i isen fra istiden, som har et højt indhold af urenheder, kan lagene relateres til indholdet af støv og andre urenheder. Lagene kan bruges til at datere isen. Lagene er ikke altid tydelige lige når iskernen kommer op af borehullet, da overfladen er ridset af skærerne på boret. Før iskernen tephra og isotop stykket skæres af iskernen bliver midterstykket af iskernen renset omhyggeligt på begge sider. Herefter kan isen skannes i linescanneren (fra Lefred Wegener Instituttet). På Center for Is og Klimas hjemmeside hjemmeside kan du læse mere om denne type måling.

Målinger i "varme" laboratorier

I laboratoriehallen er der installeret to kabiner med "varme" laboratorier. I den ene måles der stabile isotoper på stykker af iskerner og i den anden foretages der målinger af isens fysiske egenskaber.

Målinger af stabile vandisotoper

Et atom består af protoner, neutroner og elektroner. Protoner og neutroner befinder sig i atomets kerne. Elektronerne befinder sig udenfor kernen. Typisk er der lige mange protoner og neutroner i kernen, men antallet af neutroner kan variere og de forskellige "variationer" af atomet kaldes isotoper. Nedenfor ses tre forskellige vandisotoper opbygget af to hydrogen atomer og forskellige oxygen isotoper (næsten ens, men med forskelligt antal neutroner i kernen). Det hyppigt forekommmende "version" af vandmolekylet er H₂¹⁶O. For hvert 10.000 vandmolekyle i naturen er kun 3 H₂¹⁷O og 20 are H₂¹⁸O. Et vandmolekyle består af et oxygen atom og to hydrogen atomer. Oxygen atomerne kan dog variere med hensyn til antallet af neutroner i kernen (se billedet til højre). Det betyder at nogle af molekyleren er tungere end andre. den maksimale mængde fugtighed som luft kan indeholde, aftager når temperaturen falder. Når fugtig luft bliver afkølet, vil vandmolekylerne på et tidspunkt kondensere og danne nedbør. Da de tunge isotoper har lettere ved at kondensere, vil den fugtige luftmasse gradvist miste relativt flere vandmolekyler med de tunge isotoper ²H). Hver gang der dannes nedbør vil antallet af de tunge isotoper i luftmassen falde yderligere. I fysikkens sprog taler man om fraktionering, altså en gradvis ændring af det relative isotopforhold. Når det er koldt (f.eks. om vinteren eller i en kold klimatisk periode) har luftmasserne på deres vej til Grønland været udsat for mere nedkøling og på den måde dannet mere nedbør. Den resterende vanddamp vil derfor indeholde færre af de tunge isotoper(svarende til lavere δ¹⁸O værdier). På denne måde afspejler isotopsammensætningen i den sne der falder på Grønland hvor meget regn der faldet fra luftmassen og da dette afhænger af temperaturen vil det altså være muligt ud fra isotoopsammensætningen i iskernen at rekonstruere de årlige temperaturudsving.
På gode dage kan forskerne ved hjælp af en metode der kaldes CFA (Continous Flow Analyses) nå at analysere 13-15 meter af is i lejren. Du kan læse mere om CFA metoden i sektionen om "målinger i laboratorier".

Målinger af isens fysiske egenskaber

Iskrystaller i forskellige typer af polariseret lys. Firkanterne er 1 cm på hver side.

Betegnelsen "fysiske egenskaber" dækker over en række forskellige målinger. Mange af disse udføres udenfor felten i projektpartnernes laboratorier (f.eks. Alfred-Wegener-Instituttet in Tyskland). Nogle målinger kan imidlertid kun gennemføres når isen er "frisk". Derfor gennemføres disse i felten i det førnævnte "varme" laboratorie. Her undersøger man eksempelvis isens krystalstruktur.

×

Opbevaring

Iskernelageret Iskerner skal opbevares ved lave temperaturer (-20°C eller køligere). I felten opbevares iskernerne under isen i "huler" som dem beskrevet i afsnittet "Forberedelser".

Is fra den eksplosive zone opbevares i dette iskernelager vinteren over så de er mindre skråbelige når forskerne skal arbejde med dem.

Den is der sendes til København (se tidligere afsnit) opbevares her i store frysere som udgør iskernearkivet. Arkivet indeholder totalt set 15 km is fra adskillige iskerneboringer på Grønland og mange andre projekter. Arkivet gør det muligt for forskerne at kigge på isen igen efterhånden som nye måleteknikker udvikles.

×

Transport

Isen flyves fra EastGRIP lejren til Kangerlussuaq (Søndre Strømfjord) i den sydvestlige del af Grønland. Kangerlussuaq har i lang tid været et knudepunkt for videnskabsekspeditioner, fordi der er direkte flyforbindelse til København og og fordi lufthavnen i Kangerlussuaq har nogle af de bedste vejr- og flyveforhold i Grønland. Feltdeltagere og gods bliver transporteret ind i lejren i store amerikanske LC-130 Herculesfly fra 109th Division of the New York Air Guard . På indlandsisen må flyene lande direkte på sneoverfladen.
I Kangerlussuaq opbevares isen i en fryser. Herfra sendes det meste is til Danmark, hvor det analyseres eller lagres i en stor fryser (iskernearkivet). Under transporten er det meget vigtigt at isen opbevares under meget lave temperaturer.

×

Laboratoriemålinger

Gasmålinger

Gletsjeris er dannet ved at sne er blevet presset sammen og indeholder derfor små mængder af atmosfærisk luft i bobler i isen. Når iskernen kommer op, er luftboblerne stadig fanget i isen. Ved at smelte eller knuse isen frigives luften fra isen, og luftprøven kan analyseres. På den måde kan man bestemme atmosfærens indhold af forskellige gasarter tusinder af år tilbage i tiden. CH₄ eller N₂O indholdet kan ekspempelvis bestemmes ved smeltning af isprøven, mens man knuser isen for at bestemme CO₂ indholdet.
For at bestmme koncentrationen i den frigivne luft kan man bruge en gaskromatograf, som ved hjælp af massespektoskopi måler isotopforhold.
Du kan læse mere om sampling og gasmålinger her here .

CFAmålinger

Iskerner fra Grønland og Antarktis indeholder kun meget små mængder af urenheder, fordi de er dannet på steder, der ligger meget langt fra kilder til urenheder og forurening.

CFA står for 'Continous Flow Analysis' (på dansk: Kontinuert-flow-analyse). CFA metoden hindrer at siprøverne forurenes. Det gør det muligt at måle urenheder i isen selv ved meget lave koncentrationer.

Kort fortalt smeltes isen på en måde så kun den inderste del bruges til analysen:
Prøver udskåret fra iskernen smeltes løbende med en hastighed på ca. 3 cm/min. Dette gøres på en guldbelagt varmeplade, der står i et koldt laboratorium (-20°C). Kun prøvens indre del, som aldrig har været i kontakt med den omgivende luft, pumpes ind i det varme laboratorium og analyseres, hvorimod vandet fra de ydre dele, der kan være forurenede, ledes væk. Smeltevandet fra prøven indeholder stadig luftbobler (ca. 10% af det totale volumen) fra boblerne i isen.

Luften fjernes i en såkaldt debubbler, før prøvevandet deles og løber ind i de forskellige analysesystemer, hvor de følgende komponenter måles

•   Mængden af uopløst støv og partiklernes størrelsesfordeling..

•   Koncentationen af NH₄⁺, Ca²⁺, NO₃^–, Na⁺, SO₄^2–, HCHO og H₂O₂.

•   Smeltevandets ledningevne (som har en tæt sammenhæng med indholdet af ioner)

Urenhederne kommer fra forskellige kilder, og giver således information om forskellige dele af klimasystemet. Nogle af urenhederne har en årlig svingning, og indholdet af disse urenheder kan derfor bruges til at identificere årlag i isen. Et eksempel på dette er Ca2+, som hovedsaglig stammer fra støv og har højest koncentration om foråret.

Tephra samples

Et synligt askelag i en iskerne fra en dybde på 1078m (baseret på længden af kablet). Det er muligvis det velkendte 10.400 år gamle Saksunarvatn tephra lag

Ved store vulkanudbrud bliver enorme mængder af syre spyet op i atmosfæren og fordelt over store områder. Vulkanske lag kan nogle gange identificeres i iskerner ud fra askepartikler (tephra), men for det meste indeholder lagene kun forhøjede koncentrationer af syre - hovedsageligt svovlsyre, og nogle gange også saltsyre og flussyre.
I Grønland er det særligt de mere lokale vulkaner i Island og Alaska som har sat et stærkt aftryk. Men hvis et vulkanudbrud er kraftigt nok til at blæse syre helt op i stratosfæren, kan selv vulkanudbrud fra troperne, eller endda fra den sydlige halvkugle, identificeres i Grønland. Eksempler på velkendte historiske vulkaner, som har efterladt et tydeligt fingeraftryk i de grønlandske iskerner, er Tambora (Indonesien 1815), Krakatau (Indonesien 1883), Katmai (Alaska 1912), El Chichón (Mexico 1982), og Mount Pinatubo (Philippinerne 1991).
Alle vulkanudbrud har stor indflydelse på deres nærområder. Men de største udbrud påvirker også det globale klima. Idet de tilfører store mængder små partikler (såkaldte aerosoler) til stratosfæren, skærmer de delvist jorden mod solens stråling, og sænker den globale middeltemperatur i en periode. Den vulkanske aktivitets betydningen for jordens klima kan vurderes ud fra lange tidsserier af fortidens vulkanisme, som rekonstrueres ved hjælp af grønlandske og antarktiske iskerner.
Syre- og tephralag fra vulkanske udbrud benyttes også til datering af iskerner og til at sammenholde iskerner med andre klimaarkiver

×

Fortolkning af resultaterne

Når målingerne er foretaget skal resultaterne bearbejdes.

Dette inkluderer statistiske analyser og sammenligninger med andre forskningsresultater.

Iskernerne indeholder stor viden om fortidens klima. Men den får først værdi, når den kan henføres til et tidspunkt eller en tidsperiode. Derfor er det af afgørende betydning at datere (aldersbestemme) isen i forskellige dybder, både før og efter boringen af en iskerne, og derved konstruere en såkaldt tidsskala for iskernen.
For at datere iskernerne anvendes en kombination af computermodellering og identifikation, og optælling af årlag i iskernen. Iskernetidsskalaer kan ved hjælp af markør-lag, der kan genfindes i andre kerner, overføres til andre iskerner, og kan også bruges til at datere andre typer af data om fortidens klima.

Forskellige typer klimamodeller gør det muligt at øge vores forståelse af klimaets dynamik, og at fortolke de data som ligger gemt i iskernerne. Der findes forskellige former for klimamodeller. Nogle er meget komplekse og kræver udregninger på supercomputere. Andre er helt enkle og kræver blot en almindelig hjemme-pc. Hvert computereksperiment bliver skræddersyet til lige præcis det spørgsmål, man gerne vil finde svar på: Hvordan og hvorfor ændrede klimaet sig i fortiden? Hvordan kan forandringerne aflæses i iskernerne? Hvilken betydning har det for fremtidens klima?