Lodowiec antarktyczny opowiedział o zawartości metanu i CO2 w ziemskiej atmosferze w ciągu ostatnich 800 tysięcy lat • Alexey Gilyarov • Wiadomości naukowe o "Elementach" • Ekologia, klimat

Lód antarktyczny opowiedział o zawartości metanu i CO 2 w ziemskiej atmosferze w ciągu ostatnich 800 tysięcy lat

Europejska stacja antarktyczna "Concordia" na kopule "C". Dwa główne budynki są "ciche" (laboratorium, sypialnie, centrum medyczne) i "hałaśliwe" (jadalnia, kuchnia, warsztaty). Zimą na stacji może mieszkać 16 osób, latem – 32 lata. Średnia roczna temperatura powietrza: -50,8 ° C Minimum: -88,6 ° C Normalna temperatura latem: -30 ° C, normalna zima: -60 ° C. Zdjęcia z www.concordiastation.org

Analiza pęcherzyków powietrza uszczelnionych w lodzie antarktycznym umożliwiła odtworzenie szczegółowej dynamiki atmosferycznego dwutlenku węgla i metanu w ciągu ostatnich 800 tysięcy lat. Stężenia obu gazów powodowały prawidłowe wahania cykliczne z okresem około 100 tysięcy lat, ale nigdy nie osiągnęły tak wysokich wartości, jakie obserwuje się teraz.

W 1999 r. W czasopiśmie Natura Pojawił się artykuł, który pozostał niezauważony przez media, choć jego naukowe, a nawet społeczne znaczenie trudno przecenić. Duża grupa badaczy z różnych krajów podsumowała wyniki analizy najdłuższej (ponad 3 tysiące metrów) kolumny lodu (rdzenia) pobranej na rosyjskiej stacji Wostok w odległym regionie Wschodniej Antarktydy (patrz: Klimat i historia atmosferyczna z przeszłości 420 000 lat od lodowca Vostok, Antarktyda //Natura. V. 399. str. 429-436).Ten lód, który formował się z opadów przez setki tysięcy lat, zawarty był w masowych pęcherzykach powietrza – tym, który był na Ziemi 100 tysięcy, 200 tysięcy, a nawet 400 tysięcy lat temu. Analizując skład gazu w laboratoriach, naukowcy byli w stanie bezpośrednio określić zawartość tak ważnych gazów cieplarnianych, jak dwutlenek węgla (dwutlenek węgla) CO w poprzednich epokach2 i metan CH4. A oceniając względną zawartość ciężkiego izotopu wodoru – deuteru – w różnych warstwach lodu, można było prześledzić, jak zmieniła się temperatura powietrza w ciągu ostatnich 400 tysięcy lat (kiedy skrapla się para wodna, cząsteczki zawierające deuter wymagają mniej chłodzenia niż zawierające zwykły wodór).

Analiza danych uzyskanych na stacji Wostok wykazała, że ​​ponad 420 tysięcy lat zawartość dwutlenku węgla i metanu zmieniała się synchronicznie i cyklicznie, a temperatura wykazywała ten sam cykliczny charakter. Mniej więcej raz na 100 tysięcy lat nastąpił zarówno wzrost temperatury, jak i wzrost stężenia gazów cieplarnianych. Następnie spadła zarówno temperatura, jak i zawartość gazów cieplarnianych, a następnie nastąpił znacznie dłuższy okres globalnego chłodzenia, któremu towarzyszył znaczny wzrost masy lodowców.Główna cykliczna natura temperatury i zawartości gazów cieplarnianych w ciągu ostatnich 400 tysięcy lat została określona przez regularne zmiany orbity Ziemi – tak zwane cykle Milankovitcha, przede wszystkim poprzez kombinację precesji i kąta nachylenia osi Ziemi do ekliptyki (patrz cykle Milankovitcha, aby uzyskać więcej szczegółów).

O zlodowaceniach można by sądzić za pomocą innej, niezależnie ocenianej wartości – względnej zawartości ciężkiego izotopu tlenu 18O w dennych osadów dennych. Metoda opiera się na fakcie, że w okresach, kiedy znaczna część lądu pokryta jest lodem, powrót wody do oceanu zmniejsza się, a pozostała woda jest wzbogacana 18O, ponieważ najpierw cząsteczki wody zawierające zwykłą lekką izotop tlenu odparowują i są przenoszone na kontynenty – 16O. Skład izotopowy wody morskiej znajduje odzwierciedlenie w składzie skorup wapiennych małych organizmów planktonowych – coccolithophores i foraminifera, które po śmierci uczestniczą w tworzeniu się osadów dennych.

Wiercenie lodu na kopule "C" jest zakończone. Po lewej – rodzaj letniego namiotu roboczego. Po prawej – uczestnicy projektu wyrzucają kawałki lodu, które mają setki tysięcy lat, w kieliszkach szampana. Pęcherzyki powietrza eksplodują, gdy są pod ogromnym ciśnieniem.Jedynym niepokojącym momentem jest zapach nafty wykorzystywanej jako płuczka wiertnicza. Zdjęcie Guillaume'a Dargauda z www.gdargaud.net

Wiercenie na stacji Wostok przerwano w 1999 r., Ponieważ siewnik zbliżył się do dachu jeziora polodowcowego, które również otrzymało nazwę Wostok (patrz: Wostok (jezioro)). Jednak do tego czasu próbki lodu zaczęto pobierać w innych miejscach na Antarktydzie. Jednym z najbardziej udanych projektów po raz ostatni był EPICA (europejski projekt Ice Coring in Antarctica – Europejski projekt wierceń lodowych na Antarktydzie), który połączył wysiłki naukowców z wielu krajów Europy Zachodniej, głównie z Francją i Włochami. Stacja Concordia (Concordia), założona w ramach tego projektu w 2005 roku, znajdowała się na tzw. Dome C (Dome C), gdzie jest znacznie mniej wietrznie niż na obszarze stacji Vostok, a gdzie jest bardzo mało wytrącanie, które powoduje, że znacznie cieńsze warstwy tworzą się rocznie lodu. Po przewierceniu 3200 m (tyle co na stacji Wostok) naukowcom udało się zdobyć kolumnę lodu, która utworzyła się w znacznie dłuższym okresie 800 tysięcy lat. Wiercenie zatrzymano, gdy wiertło dotarło prawie do podstawy skalnej kopuły.

Jednym z najważniejszych wyników analizy lodu z kopuły "C" było potwierdzenie ostatnich 400 tysięcylat przebiegu zmian zawartości deuteru i gazów cieplarnianych, które wcześniej wykryto na stacji Wostok. Dla wcześniejszego okresu od 800 tysięcy do 400 tysięcy lat temu śledzone są cykle około 100 tysięcy lat, związane ze zmianami parametrów orbity Ziemi. Dane dotyczące składu izotopowego osadów dennych dostępnych przez cały ten czas potwierdzają właściwą zmianę początku i cofania się lodowców na lądzie.

W publikacjach, które pojawiły się w najnowszym czasopiśmie NaturaSzczególną uwagę zwraca się na wyniki analizy niższych 200 m rdzeni lodowych, obejmujących okres 650-800 tysięcy lat temu. Zawartość CO2 w tym czasie był niższy niż we wszystkich kolejnych epokach, osiągając jedynie 180-210 ppm (części na milion – ppm), który jest prawie dwa razy mniejszy niż obecny poziom 380 ppm. Cykliczność zmian pozostaje jednak taka sama.

Górna krzywa – wahania temperatury. Dolna krzywa – zawartość dwutlenku węgla (CO2) w ppm (części na milion) przez 800 tysięcy lat według rdzenia lodowego z kopuły "C" (fioletowy, niebieski, czarny i czerwone kropki) ze stacji Vostok (zielone kropki) i z Kopuły Taylor ((brązowe kropki). Poziome linie przerywane pokazuje średnią temperaturę lub zawartość CO2 przez określony czas. Skala czasu jest setki tysięcy lat temu (kyr BP, kiloyears przedtem). Inny kolor odnosi się do danych opublikowanych w innych artykułach uzyskanych w różnych miejscach lub w jednym miejscu, ale przy użyciu różnych metod. Ryc. z omawianego artykułu Lüthi i wsp., 2008

Studiując skład gazu pęcherzyków powietrza z kopuły "C", autorzy wykorzystali różne metody. W szczególności laserową spektroskopię absorpcyjną wykorzystano w laboratorium fizyki klimatu i środowiska na Uniwersytecie w Bernie (patrz: laserowa spektrometria absorpcyjna), a chromatografię gazową zastosowano w laboratorium glacjologii w Grenoble (patrz: chromatografia gaz-ciecz). Dane uzyskane różnymi metodami wykazały dobrą zgodność, chociaż rozkład wartości był większy przy niskich stężeniach badanych gazów.

Dynamika zawartości CO2 (w ppm, ppm – części na milion) w atmosferze 800-600 tysięcy lat temu według analizy pęcherzyków powietrza w rdzeniu lodowym z kopuły "C" (Concordia Station, East Antarctica). Powyżej: skala głębokości lodu – od 3040 do 3190 m. Na dole: skala czasowa (sprzed tysiąca lat). Inny kolor pokazuje wartości uzyskane w różnych laboratoriach przy użyciu kilku różnych metod.MIS (Marine Isotope Stage) – etapy w historii Ziemi, wyizolowane na podstawie analizy izotopowej osadów dennych. Ryc. z omawianego artykułu Lüthi i wsp., 2008

Jeżeli duże wahania zawartości dwutlenku węgla zostały w dużej mierze zdeterminowane przez zmiany w układzie stosunków między oceanem a lądem, wahania stężenia metanu zależały bardziej od procesów zachodzących na lądzie, w szczególności na monsunach, wywołanych nagłymi zmianami temperatury. Podczas większości badanego okresu zawartość metanu wynosiła od 350 do 800 ppb (części na miliard – miliardowe), jednak obecnie poziom stężenia metanu jest znacznie wyższy i wynosi 1770 ppb. Częstotliwość głównych cykli metanu wynosi około 100 tysięcy lat, chociaż analiza spektralna całej serii ujawnia także okresy 41 tysięcy lat i 23 tysiące lat. Wszystkie one są powiązane z pewnymi cechami orbity Ziemi.

Zmiany w metanie CH4 (w częściach na miliard, ppb – części na miliard) w atmosferze przez 800 tysięcy lat. 1950 przyjęto jako początek odliczania (lewa krawędź skali). Górna brązowa linia – według rdzenia lodowego ze stacji Wostok. Średnia krzywa (czerwony, potem czarny iz niebieskimi kropkami) – zgodnie z danymi rdzenia z kopuły "C" (czarne kropki – wcześniej opublikowane dane, czerwony – wyniki analizy w Grenoble, niebieski – w Bernie). Dolna czarna krzywa – zawartość deuteru (piki odpowiadają wzrostom temperatury). Wstawka w prawym górnym rogu – szczegółowe dane za okres 650-800 tysięcy lat temu. Górna krzywa – zawartość deuteru w osadach morskich (temperatura oceanu), krzywa średnia – zawartość metanu w atmosferze, niższa – zawartość deuteru w lodzie z kopuły "C". Widoczny jest ich bardzo dobry przypadek. Ryc. z omawianego artykułu Loulerlegue i in., 2008

Pomimo osiągniętych postępów, glacjolodzy szukają punktów na wschodniej Antarktyce, gdzie mogliby zdobyć rdzeń lodowy, obejmujący nawet dłuższy okres, do 1,5 miliona lat.

Źródła:
1) Dieter Lüthi, Martine Le Floch, Bernhard Bereiter, Thomas Blunier i in. Stężenie dwutlenku węgla o wysokiej rozdzielczości odnotowuje się na poziomie 650 000-800 000 lat wcześniej niż obecnie // Natura. V. 453. P. 379-382.
2) Laetitia Loulergue, Adrian Schilt, Renato Spahni, et al. Cechy atmosferycznego CH w skali orbitalnej i tysiącletniej4 w ciągu ostatnich 800 000 lat // Natura. 2008. V. 453. s. 383-386.
3) Ed Brook. Paleoklimat: okna w szklarni // Natura. V. 453. P. 291-292.

Zobacz także:
1) Oblodzeniu towarzyszyło odkurzanie ponad 800 tysięcy lat, "Elements", 14.04.2008.
2) Klimat Antarktydy w ciągu ostatnich 800 tysięcy lat został określony przez zmiany orbity Ziemi, "Elements", 17 sierpnia 2007.
3) Europejski projekt lodowy na Antarktydzie (EPICA).

Alexey Gilyarov


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: