Ledové jádro - Ice core

Ledové jádro je vysunuto z vrtacího válce bokem
Vzorek jádra ledu odebraný z vrtáku

Jádro led je jádro vzorku , který je typicky odstraněna z ledové plechu nebo vysoké hory ledovce . Vzhledem k tomu, že se led tvoří postupným hromaděním ročních vrstev sněhu, jsou spodní vrstvy starší než horní a jádro ledu obsahuje led vytvořený v průběhu několika let. Jádra jsou vrtána ručními šneky (pro mělké otvory) nebo poháněnými vrtáky; mohou dosáhnout hloubky přes dvě míle (3,2 km) a obsahovat led až 800 000 let starý.

Fyzikální vlastnosti ledu a materiálu v něm zachyceného lze použít k rekonstrukci klimatu ve věkovém rozmezí jádra. Podíl různých izotopů kyslíku a vodíku poskytuje informace o starodávných teplotách a vzduch uvězněný v malých bublinách lze analyzovat za účelem stanovení hladiny atmosférických plynů, jako je oxid uhličitý . Protože tok tepla ve velkém ledovém příkrovu je velmi pomalý, je teplota vrtu dalším indikátorem teploty v minulosti. Tyto údaje lze kombinovat a najít tak klimatický model, který nejlépe vyhovuje všem dostupným údajům.

Nečistoty v ledových jádrech mohou záviset na umístění. Pobřežní oblasti pravděpodobně obsahují materiál mořského původu, například ionty mořské soli . Grónská ledová jádra obsahují vrstvy navátého prachu, který koreluje se studenými a suchými obdobími v minulosti, kdy byly studené pouště prohledávány větrem. K datování vrstev ledu lze použít radioaktivní prvky, buď přírodního původu, nebo vytvořené jaderným testováním . Některé vulkanické události, které byly dostatečně silné na to, aby poslaly materiál po celém světě, zanechaly podpis v mnoha různých jádrech, která lze použít k synchronizaci jejich časových měřítek.

Ledová jádra byla studována od počátku 20. století a několik jader bylo vyvrtáno v důsledku Mezinárodního geofyzikálního roku (1957–1958). Bylo dosaženo hloubky přes 400 m, což je rekord, který byl v 60. letech rozšířen na 2164 m na stanici Byrd na Antarktidě. Sovětské projekty vrtání ledu v Antarktidě zahrnují desítky let práce na stanici Vostok s nejhlubším jádrem dosahujícím 3769 m. V průběhu let byla dokončena řada dalších hlubokých jader v Antarktidě, včetně projektu West Antarctic Ice Sheet a jader spravovaných British Antarctic Survey a International Trans-Antarctic Scientific Expedition . V Grónsku začala řada projektů spolupráce v 70. letech 20. století s projektem Grónský ledový list ; proběhlo několik navazujících projektů, přičemž ten nejnovější, East Greenland Ice-Core Project , původně očekával dokončení hlubokého jádra ve východním Grónsku v roce 2020, ale poté byl odložen.

Struktura ledových příkrovů a jader

Vědec v jámě sněhu
Vzorkování povrchu ledovce Taku na Aljašce. Mezi povrchovým sněhem a modrým ledovcovým ledem je stále hustší firn .

Ledové jádro je svislý sloupec přes ledovec, který odebírá vzorky z vrstev, které se vytvořily během ročního cyklu sněžení a tání. Jak se hromadí sníh, každá vrstva tlačí na spodní vrstvy, čímž jsou hustší, dokud se nezmění na firn . Firn není dostatečně hustý, aby zabránil úniku vzduchu; ale při hustotě asi 830 kg / m 3 se stáčí na led, a vzduchu uvnitř je uzavřena do bublin, které zachycují složení atmosféry v době led se. Hloubka, ve které k tomu dochází, se liší podle polohy, ale v Grónsku a Antarktidě se pohybuje od 64 m do 115 m. Protože se rychlost sněžení liší od místa k místu, stáří firnu, když se změní na led, se velmi liší. V Summit Campu v Grónsku je hloubka 77 m a led je starý 230 let; v Dome C v Antarktidě je hloubka 95 ma stáří 2500 let. Jak se vytvářejí další vrstvy, tlak se zvyšuje a asi ve 1500 m se krystalová struktura ledu mění z hexagonálního na krychlový, což umožňuje molekulám vzduchu pohybovat se do krychlových krystalů a vytvářet klatrát . Bubliny zmizí a led se stane průhlednějším.

Dvě nebo tři stopy sněhu se mohou změnit na méně než stopu ledu. Díky výše uvedené hmotnosti jsou hlubší vrstvy ledu tenké a proudí ven. Led se na okrajích ledovce ztrácí na ledovce nebo na letní tání a celkový tvar ledovce se s časem příliš nemění. Vnější proudění může narušit vrstvy, proto je žádoucí vrtat hluboká ledová jádra v místech, kde je velmi malý průtok. Ty lze lokalizovat pomocí map linií toku.

Nečistoty v ledu poskytují informace o životním prostředí od doby, kdy byly uloženy. Patří sem saze, popel a další druhy částic z lesních požárů a sopek ; izotopy jako berylium-10 vytvořené kosmickými paprsky ; mikrometeority ; a pyl . Nejnižší vrstva ledovce, nazývaná bazální led, je často tvořena subglaciální tající vodou, která se znovu zmrazila. Může být až asi 20 m tlustý, a přestože má vědeckou hodnotu (například může obsahovat subglaciální mikrobiální populace), často si neuchovává stratigrafické informace.

Jádra se často vrtají v oblastech, jako je Antarktida a střední Grónsko, kde není teplota téměř nikdy dostatečně teplá, aby způsobila tání, ale letní slunce může sníh změnit. V polárních oblastech je slunce ve zdejším létě viditelné ve dne i v noci a neviditelné po celou zimu. Může dojít k sublimaci sněhu , takže horní palec bude méně hustý. Když se slunce přiblíží ke svému nejnižšímu bodu na obloze, teplota klesá a na svrchní vrstvě se tvoří jinovatka . Hrubozrnný jinovatkový mráz pohřbený pod sněhem následujících let se stlačí do lehčích vrstev než zimní sníh. Výsledkem je, že v jádře ledu jsou vidět střídající se pásy světlejšího a tmavšího ledu.

Jádro

Kresba válce se dvěma šroubovicovými přírubami kolem a řezacími zuby ve spodní části
Ledový šnek patentovaný v roce 1932; konstrukce je velmi podobná moderním šnekům používaným pro mělké vrtání.

Ledová jádra se shromažďují řezáním kolem válce ledu způsobem, který umožňuje jeho vynášení na povrch. Raná jádra byla často sbírána ručními šneky a stále se používají pro krátké otvory. Design šnekových jader na led byl patentován v roce 1932 a od té doby se změnily jen málo. Šnek je v podstatě válec se šroubovicovými kovovými žebry (známými jako letky) omotanými zvenčí, na jejichž dolním konci jsou řezací nože. Ruční šneky lze otáčet pomocí rukojeti T nebo rukojeti a některé lze připevnit k ručním elektrickým vrtačkám, které pohánějí rotaci. Pomocí stativu pro spouštění a zvedání šneku lze získat jádra až do hloubky 50 m, ale praktický limit je asi 30 m pro motorem poháněné šneky a méně pro ruční šneky. Pod touto hloubkou se používají elektromechanické nebo tepelné vrtáky.

Řezací zařízení vrtačky je na spodním konci vrtací hlavně, trubice, která obklopuje jádro při vrtání dolů. Tyto řízky (úlomky ledu odříznout od vrtáku) musí být vypracovány díru a zlikvidovat, nebo se sníží účinnost řeznou vrtáku. Lze je odstranit zhutněním do stěn otvoru nebo do jádra, cirkulací vzduchu (suché vrtání) nebo použitím vrtné kapaliny (mokré vrtání). Suché vrtání je omezeno na hloubku asi 400 m, protože pod tímto bodem by se otvor uzavřel, protože led se deformuje od hmotnosti ledu výše.

Vrtné kapaliny jsou vybrány tak, aby vyrovnávaly tlak tak, aby otvor zůstal stabilní. Tekutina musí mít nízkou kinematickou viskozitu, aby se zkrátila doba vypínání (doba potřebná k vytažení vrtacího zařízení z otvoru a jeho vrácení na dno otvoru). Vzhledem k tomu, že získání každého segmentu jádra vyžaduje zakopnutí, pomalejší rychlost pohybu vrtnou kapalinou by mohla projektu významně prodloužit čas - u hluboké díry rok nebo více. Tekutina musí led co nejméně kontaminovat; musí mít nízkou toxicitu , pro bezpečnost a pro minimalizaci účinků na životní prostředí; musí být k dispozici za rozumnou cenu; a musí být relativně snadno přenosný. Historicky existovaly tři hlavní typy kapalin pro vrtání ledu: dvousložkové tekutiny na bázi produktů podobných petroleji smíchané s fluorovanými uhlovodíky ke zvýšení hustoty; alkoholové sloučeniny, včetně vodných roztoků ethylenglykolu a ethanolu ; a estery , včetně n-butylacetátu . Byly navrženy novější kapaliny, včetně nových tekutin na bázi esterů, nízkomolekulárních dimethylsiloxanových olejů, esterů mastných kyselin a tekutin na bázi petroleje smíchaných s expandéry pěny.

Rotační vrtání je hlavní metodou vrtání minerálů a používá se také k vrtání do ledu. Používá řetězec vrtné trubky otočený shora a vrtná kapalina je čerpána dolů trubkou a zpět kolem ní. Řezy jsou odstraněny z tekutiny v horní části otvoru a tekutina je poté čerpána zpět dolů. Tento přístup vyžaduje dlouhé vypínací časy, protože celý vrtný řetězec musí být zvednut z otvoru a každá délka potrubí musí být odděleně odpojena a poté znovu připojena, když je vrtný řetězec znovu vložen. Spolu s logistickými obtížemi spojenými s vynášením těžkého vybavení na ledové příkrovy je tradiční rotační vrtačka neatraktivní. Naproti tomu drátové vrtáky umožňují odstranění jádrového válce ze sestavy vrtáku, když je stále ve spodní části vrtu. Hlaveň jádra je zvednuta k povrchu a jádro odstraněno; hlaveň se opět spustí dolů a znovu se připojí k sestavě vrtáku. Další alternativou jsou pružné vrtné soupravy, u nichž je vrtná šňůra dostatečně pružná, aby se na povrchu stočila. To eliminuje potřebu odpojovat a znovu připojovat potrubí během cesty.

Dno vrtačky na led
Mechanická vrtací hlava s řeznými zuby

Potřebu řady vrtných trubek, která sahá od povrchu ke spodní části vrtu, lze eliminovat zavěšením celé sestavy vrtného otvoru na pancéřovaný kabel, který přenáší energii do vrtacího motoru. Tyto vrtáky zavěšené na kabelu lze použít pro mělké i hluboké otvory; vyžadují zařízení proti krouticímu momentu, jako jsou listové pružiny, které tlačí proti vrtu, aby se zabránilo otáčení sestavy vrtáku kolem vrtací hlavy při řezání jádra. Vrtná kapalina obvykle cirkuluje dolů po vnější straně vrtáku a zpět nahoru mezi jádro a jádrový sud; řízky jsou uloženy v těžební soustavě, v komoře nad jádrem. Když je jádro získáno, komora na řízky se vyprázdní pro další běh. Některé vrtáky byly navrženy tak, aby získaly druhé prstencové jádro mimo centrální jádro, a v těchto vrtácích lze prostor mezi oběma jádry využít k oběhu. Kabelové závěsné vrtáky se ukázaly jako nejspolehlivější konstrukce pro hluboké vrtání do ledu.

Lze použít i tepelné vrtačky, které řežou led elektrickým ohřevem vrtací hlavy, ale mají určité nevýhody. Některé byly navrženy pro práci ve studeném ledu; mají vysokou spotřebu energie a teplo, které produkují, může zhoršit kvalitu získaného ledového jádra. Časné tepelné vrtačky, navržené pro použití bez vrtné kapaliny, byly v důsledku toho omezeny do hloubky; pozdější verze byly upraveny tak, aby pracovaly v otvorech plněných tekutinou, ale to zpomalilo časy vypínání a tyto vrtačky si zachovaly problémy dřívějších modelů. Tepelné vrtáky jsou navíc obvykle objemné a jejich použití v oblastech, kde jsou logistické potíže, může být nepraktické. Novější úpravy zahrnují použití nemrznoucí směsi , která eliminuje potřebu zahřívání sestavy vrtačky, a tím snižuje energetické potřeby vrtačky. Teplovodní vrtačky používají trysky horké vody na vrtací hlavě k roztavení vody kolem jádra. Nevýhodou je, že je obtížné přesně řídit rozměry vrtu, jádro nelze snadno udržovat sterilní a teplo může způsobit tepelný šok v jádru.

Při vrtání do mírného ledu mají tepelné vrtačky výhodu oproti elektromechanickým (EM) vrtákům: led roztavený tlakem může zamrznout na EM vrtácích, snížit účinnost řezání a může ucpat další části mechanismu. EM vrtačky také častěji lámou ledová jádra, kde je led pod velkým tlakem.

Při vrtání hlubokých otvorů, které vyžadují vrtnou kapalinu, musí být otvor opláštěn (opatřen válcovou podšívkou), protože jinak bude vrtná kapalina absorbována sněhem a požárem. Plášť musí sahat až k nepropustným vrstvám ledu. K instalaci pláště lze použít mělký šnek k vytvoření pilotního otvoru, který se následně vystružuje (roztahuje), dokud není dostatečně široký, aby mohl přijmout plášť; lze také použít šnek s velkým průměrem, čímž odpadá nutnost vystružování. Alternativou k opláštění je použití vody ve vrtu k nasycení porézního sněhu a pálení; voda se nakonec změní na led.

Ledová jádra z různých hloubek nejsou ze strany vědeckých badatelů stejně žádaná, což může v určitých hloubkách vést k nedostatku ledových jader. Aby se to vyřešilo, byla provedena práce na technologii vrtání replikovaných jader: další jádra získaná vrtáním do boční stěny vrtu v hloubkách zvláštního zájmu. Replikační jádra byla úspěšně získána při dělení WAIS ve vrtací sezóně 2012–2013 ve čtyřech různých hloubkách.

Velké jádrové projekty

Logistika jakéhokoli projektu odebírání jader je složitá, protože místa jsou obvykle obtížně dosažitelná a mohou být ve vysoké nadmořské výšce. Největší projekty vyžadují roky plánování a roky realizace a obvykle jsou vedeny jako mezinárodní konsorcia. EastGRIP projektu, například, které od roku 2017 je vrtání ve východním Grónsku je provozován Centra pro Ledu a klima ( Niels Bohr Institute , University of Copenhagen ) v Dánsku , a je složena ze zástupců 12 zemí na svém řídícím výboru. V průběhu vrtné sezóny pracuje v táboře mnoho lidí a logistická podpora zahrnuje možnosti letecké přepravy poskytované americkou leteckou národní gardou pomocí dopravních letadel Hercules vlastněných National Science Foundation . V roce 2015 tým EastGRIP přesunul zařízení tábora z NEEM , předchozího místa vrtání ledového jádra v Grónsku, na místo EastGRIP. Očekává se, že vrtání bude pokračovat nejméně do roku 2020.

Základní zpracování

Vědec stojící na lavičce a řezá jádro ledu
Řezání jádra GRIP

S určitými odchylkami mezi projekty musí mezi vrtáním a konečným uložením jádra ledu proběhnout následující kroky.

Vrták odstraní prstenec ledu kolem jádra, ale neřízne pod ním. Pružné rameno páky nazývané jádrový pes může odlomit jádro a držet ho na místě, když je vyneseno na povrch. Jádro se pak extrahuje z vrtného válce, obvykle tak, že se položí naplocho, aby jádro mohlo vyklouznout na připravený povrch. Při vysouvání musí být jádro očištěno od vrtné kapaliny; u projektu WAIS Divide coring byl zřízen vysávací systém, který to usnadňuje. Povrch, který přijímá jádro, by měl být vyrovnán co nejpřesněji s vrtákem, aby se minimalizovalo mechanické namáhání jádra, které se může snadno zlomit. Okolní teplota je udržována hluboko pod bodem mrazu, aby nedošlo k tepelnému šoku.

Je veden protokol s informacemi o jádru, včetně jeho délky a hloubky, ze kterého byl získán, a jádro může být označeno tak, aby ukazovalo jeho orientaci. Obvykle se stříhá na kratší části, přičemž standardní délka v USA je jeden metr. Jádra jsou poté uložena na místě, obvykle v prostoru pod úrovní sněhu, aby se zjednodušila údržba teploty, ačkoli lze použít další chlazení. Pokud je třeba odstranit více vrtné kapaliny, může být přes jádra vháněn vzduch. Odeberou se všechny vzorky potřebné pro předběžnou analýzu. Jádro je poté zabaleno do pytlů, často v polyetylénu , a uloženo k odeslání. Je přidáno další balení, včetně výplňového materiálu. Když jsou jádra přeletěna z místa vrtání, letová paluba letadla se nevyhřívá, aby pomohla udržet nízkou teplotu; když jsou přepravovány lodí, musí být uchovávány v chladicí jednotce.

Po celém světě existuje několik míst, kde se ukládají ledová jádra, například National Ice Core Laboratory v USA. Tato místa zpřístupňují vzorky k testování. Značná část každého jádra je archivována pro budoucí analýzy.

Křehký led

Bubliny ve vzorku antarktického ledu Osvětlené polarizovaným světlem
Pramen antarktického ledu ukazuje zachycené bubliny. Obrázky z CSIRO .

V hloubce známé jako křehká ledová zóna jsou bubliny vzduchu uvězněny v ledu pod velkým tlakem. Když je jádro vyneseno na povrch, bubliny mohou vyvíjet napětí, které překračuje pevnost ledu v tahu, což má za následek praskliny a odlupování . Ve větších hloubkách vzduch mizí v klatrátech a led se opět stává stabilní. V místě WAIS Divide byla křehká ledová zóna od 520 m do 1340 m hloubky.

Křehká ledová zóna obvykle vrací vzorky horší kvality než pro zbytek jádra. Lze podniknout několik kroků ke zmírnění problému. Do vrtacího válce lze umístit vložky, které uzavřou jádro před jeho vynesením na povrch, což však ztěžuje čištění vrtné kapaliny. Při minerálním vrtání může speciální strojní zařízení vynášet vzorky jádra na povrch pod tlakem u dna, ale to je pro nepřístupná místa většiny vrtných míst příliš drahé. Udržování zpracovatelských zařízení na velmi nízkých teplotách omezuje tepelné šoky. Jádra jsou na povrchu nejkřehčí, takže dalším přístupem je rozdělit je na 1 m délky v díře. Vytlačení jádra z vrtacího válce do sítě pomáhá udržet jej pohromadě, pokud se roztříští. Křehká jádra se také často nechají nějakou dobu odložit ve skladu na vrtacím místě, až do celého roku mezi obdobími vrtání, aby se led postupně uvolnil.

Data jádra ledu

Chodit s někým

Na ledových jádrech se provádí mnoho různých druhů analýz, včetně počítání vizuální vrstvy, testů elektrické vodivosti a fyzikálních vlastností a testů na zahrnutí plynů, částic, radionuklidů a různých molekulárních druhů . Aby byly výsledky těchto testů užitečné při rekonstrukci paleo prostředí , musí existovat způsob, jak určit vztah mezi hloubkou a věkem ledu. Nejjednodušší je spočítat vrstvy ledu, které odpovídají původním ročním vrstvám sněhu, ale to není vždy možné. Alternativou je modelování akumulace a toku ledu, aby bylo možné předpovědět, jak dlouho trvá danému sněžení dosáhnout konkrétní hloubky. Další metodou je korelace radionuklidů nebo stopových atmosférických plynů s jinými časovými obdobími, jako jsou periodicita v orbitálních parametrech Země .

Problém při datování jádra ledu spočívá v tom, že plyny mohou difundovat přes firn, takže led v dané hloubce může být podstatně starší než plyny v něm uvězněné. V důsledku toho existují dvě chronologie pro dané jádro ledu: jedna pro led a jedna pro zachycené plyny. Aby se určil vztah mezi těmito dvěma, byly vyvinuty modely pro hloubku, ve které jsou plyny zachyceny pro dané místo, ale jejich předpovědi se ne vždy ukázaly jako spolehlivé. V místech s velmi malým sněžením, jako je Vostok , může být nejistota v rozdílu mezi věkem ledu a plynu více než 1 000 let.

Hustota a velikost bublin zachycených v ledu poskytuje údaj o velikosti krystalů v době, kdy se vytvořily. Velikost krystalu souvisí s jeho rychlostí růstu, která zase závisí na teplotě, takže vlastnosti bublin lze kombinovat s informacemi o akumulačních rychlostech a hustotě hoření pro výpočet teploty při vzniku firnu.

Radiokarbonové datování lze použít na uhlíku v zachyceném CO
2
. V polárních ledových příkrovech je asi 15–20 µg uhlíku ve formě CO
2
v každém kilogramu ledu a mohou zde být také částice uhličitanu z větrem navátého prachu ( spraše ). CO
2
lze izolovat sublimací ledu ve vakuu, udržováním dostatečně nízké teploty, aby se zabránilo tomu, že se spraše vzdají jakéhokoli uhlíku. Výsledky musí být opraveny na přítomnost14
C
produkované přímo v ledu kosmickými paprsky a míra korekce silně závisí na umístění jádra ledu. Opravy pro14
C
produkovaný jaderným testováním má na výsledky mnohem menší dopad. Uhlík v částicích lze také datovat separací a testováním ve vodě nerozpustných organických složek prachu. Velmi malá množství, která se typicky nacházejí, vyžadují použití minimálně 300 g ledu, což omezuje schopnost techniky přesně přiřadit stáří hloubkám jádra.

Časové plány pro jádra ledu ze stejné polokoule lze obvykle synchronizovat pomocí vrstev, které obsahují materiál ze sopečných událostí. Je obtížnější propojit časové harmonogramy na různých polokoulích. Laschamp událost , je geomagnetické obrácení asi před 40000 roky, může být identifikován v jádrech; od tohoto bodu, měření plynů, jako je CH
4
( metan ) lze použít k propojení chronologie grónského jádra (například) s antarktickým jádrem. V případech, kdy je sopečná tefra proložena ledem, lze ji datovat pomocí datování argon/argon, a proto poskytnout pevné body pro datování ledu. Rozpad uranu byl také použit k datování ledových jader. Dalším přístupem je použít Bayesovské pravděpodobnostní techniky k nalezení optimální kombinace více nezávislých záznamů. Tento přístup byl vyvinut v roce 2010 a od té doby byl přeměněn na softwarový nástroj DatIce.

Hranice mezi pleistocénem a holocénem , asi před 11 700 lety, je nyní formálně definována s odkazem na údaje o grónských ledových jádrech. Formální definice stratigrafických hranic umožňují vědcům na různých místech korelovat svá zjištění. Často se jedná o fosilní záznamy, které v ledových jádrech nejsou, ale jádra mají extrémně přesné paleoklimatické informace, které lze korelovat s jinými klimatickými proxy.

Datování ledových příkrovů se ukázalo jako klíčový prvek při poskytování dat pro paleoklimatické záznamy. Podle Richarda Alleyho „ledová jádra jsou v mnoha ohledech„ rosettovými kameny “, které umožňují rozvoj globální sítě přesně datovaných paleoklimatických záznamů s využitím nejlepších věků určených kdekoli na planetě“.

Vizuální analýza

Série tmavých a světlých pásů, přičemž šipky označují světlejší pásy
19 cm dlouhý úsek ledového jádra GISP 2 z roku 1855 m zobrazující roční strukturu vrstev osvětlenou zespodu zdrojem z optických vláken. Sekce obsahuje 11 ročních vrstev s letními vrstvami (šipkami) vloženými mezi tmavší zimní vrstvy.

Jádra vykazují viditelné vrstvy, které odpovídají ročnímu sněžení v místě jádra. Pokud je pár jám vykopán v čerstvém sněhu s tenkou stěnou mezi nimi a jedna z jám je zastřešena, pozorovatel ve střešní jámě uvidí vrstvy odhalené slunečním zářením. Šestipalcová jáma může v závislosti na místě vykazovat cokoli od méně než jednoho roku sněhu po několik let sněhu. Poláci ponechaní rok od roku ve sněhu ukazují každoročně množství nahromaděného sněhu a to lze použít k ověření, že viditelná vrstva ve sněhové jámě odpovídá sněhu za jeden rok.

Ve středním Grónsku může typický rok vyprodukovat dvě nebo tři stopy zimního sněhu a několik palců sněhu letního. Když se z toho stane led, obě vrstvy nebudou tvořit více než stopu ledu. Vrstvy odpovídající letnímu sněhu budou obsahovat větší bubliny než zimní vrstvy, takže střídavé vrstvy zůstanou viditelné, což umožní odpočítat jádro a určit stáří každé vrstvy. Jak se hloubka zvyšuje do bodu, kdy se struktura ledu změní na klatrát, bubliny již nejsou viditelné a vrstvy již nejsou vidět. Nyní mohou být viditelné prachové vrstvy. Led z grónských jader obsahuje prach unášený větrem; prach se nejsilněji objevuje na konci zimy a jeví se jako zakalené šedé vrstvy. Tyto vrstvy jsou silnější a lze je lépe vidět v dobách, kdy bylo na Zemi chladné, suché a větrné podnebí.

Jakýkoli způsob počítání vrstev se nakonec dostává do potíží, protože tok ledu způsobuje, že vrstvy se s rostoucí hloubkou stávají tenčí a hůře viditelné. Problém je akutnější v místech, kde je akumulace vysoká; místa s nízkou akumulací, jako je centrální Antarktida, musí být datována jinými metodami. Například u Vostoku je počítání vrstev možné pouze do věku 55 000 let.

Když dochází k letnímu tání, roztavený sníh zamrzne níže ve sněhu a firnu a výsledná vrstva ledu má velmi málo bublin, takže je snadno rozpoznatelné při vizuálním zkoumání jádra. Identifikace těchto vrstev, vizuálně i měřením hustoty jádra proti hloubce, umožňuje výpočet procenta vlastností taveniny (MF): MF 100% by znamenalo, že každoroční nános sněhu vykazoval známky tání. Výpočty MF jsou zprůměrovány na více webech nebo v delších časových obdobích, aby byla data vyhlazena. Pozemky údajů MF v průběhu času odhalují rozdíly v podnebí a ukazují, že od konce 20. století se rychlost tání zvyšuje.

Kromě ruční kontroly a protokolování funkcí identifikovaných při vizuální kontrole lze jádra opticky skenovat, takže je k dispozici digitální vizuální záznam. To vyžaduje, aby bylo jádro podélně rozříznuto, takže vznikne rovná plocha.

Izotopová analýza

Izotopické složení kyslíku v jádru lze použít k modelování teplotní historie ledové pokrývky. Kyslík má tři stabilní izotopy,16
O
,17
O
a18
O
. Poměr mezi18
O
a16
O
udává teplotu, když napadl sníh. Protože16
O
je lehčí než18
O
, obsahující vodu16
O
je o něco pravděpodobnější, že se změní na páru a vodu obsahující18
O
je o něco pravděpodobnější, že kondenzuje z páry do deště nebo sněhových krystalů. Při nižších teplotách je rozdíl výraznější. Standardní způsob záznamu18
O
/16
Poměr O je k odečtení poměru ve standardu známém jako standardní průměrná oceánská voda (SMOW):

kde znaménko ‰ označuje promile . Ukázka se stejným18
O
/16
Poměr O jako SMOW má δ 18 Oo 0 ‰; vzorek, který je vyčerpán18
O
má záporné δ 18 O. Kombinace δ 18 Oměření vzorku jádra ledu s teplotou vrtu v hloubce, ze které pochází, poskytuje další informace, v některých případech vedoucí k významným korekcím teplot odvozených z δ 18 Odata. V těchto analýzách nelze použít všechny vrty. Pokud lokalita v minulosti zaznamenala výrazné tání, vrt již nezachová přesný teplotní záznam.

Poměry vodíku lze také použít k výpočtu teplotní historie. Deuterium (2
H
nebo D) je těžší než vodík (1
H
) a zvyšuje pravděpodobnost kondenzace vody a menší pravděpodobnost jejího odpařování. Δ poměr D může být definován stejným způsobem jako δ 18 O. Mezi δ 18 O existuje lineární vztaha δ D:

kde d je přebytek deuteria. Kdysi se předpokládalo, že to znamená, že není nutné měřit oba poměry v daném jádru, ale v roce 1979 Merlivat a Jouzel ukázali, že přebytek deuteria odráží teplotu, relativní vlhkost a rychlost větru oceánu, kde vlhkost pochází. Od té doby je obvyklé měřit obojí.

Záznamy izotopů vody, analyzované v jádrech z Camp Century a Dye 3 v Grónsku, byly pomocné při objevování Dansgaard-Oeschgerových událostí- rychlé oteplování na začátku interglaciálu , po kterém následovalo pomalejší ochlazování. Byly studovány další izotopové poměry, například poměr mezi13
C
a12
C
může poskytnout informace o minulých změnách v uhlíkovém cyklu . Kombinací těchto informací se záznamy o hladinách oxidu uhličitého, rovněž získanými z ledových jader, získáte informace o mechanismech, které stojí za změnami CO
2
přesčas.

Paleoatmosférický vzorkování

Tři grafy uspořádané nad sebou;  lze vizuálně vidět, že CO2 a teplota jsou ve vzájemném vztahu;  graf prachu je nepřímo korelován s dalšími dvěma
Graf CO 2 (zelený), rekonstruované teploty (modrý) a prachu (červený) z ledového jádra Vostoku za posledních 420 000 let
Graf ukazující vztah mezi hloubkou pod povrchem a frakcí povrchové koncentrace na povrchu pro více plynů
Plyny poškozující ozonovou vrstvu v Grónsku.

V šedesátých letech bylo chápáno, že analýza vzduchu zachyceného v ledových jádrech poskytne užitečné informace o paleoatmosféře , ale až koncem 70. let byla vyvinuta spolehlivá extrakční metoda. Počáteční výsledky zahrnovaly ukázku toho, že CO
2
koncentrace byla o 30% nižší v posledním ledovcovém maximu než těsně před začátkem průmyslového věku. Další výzkum prokázal spolehlivou korelaci mezi CO
2
úrovně a teplota vypočtená z dat izotopů ledu.

Protože CH
4
(metan) se vyrábí v jezerech a mokřadech , množství v atmosféře koreluje se silou monzunů , které zase korelují se silou letního slunečního záření s nízkou šířkou . Protože sluneční záření závisí na orbitálních cyklech , pro které je časový rámec dostupný z jiných zdrojů, CH
4
lze použít k určení vztahu mezi hloubkou jádra a věkem. N.
2
Úrovně O (oxidu dusného) také korelují s ledovcovými cykly, i když při nízkých teplotách se graf poněkud liší od CO
2
a CH
4
grafy. Podobně poměr mezi N.
2
(dusík) a O
2
(kyslík) lze použít k datování ledových jader: jak je vzduch postupně zachycován sněhem, který se mění na oheň a poté na led, O
2
se ztrácí snadněji než N.
2
a relativní množství O
2
koreluje se silou místního letního slunečního záření. To znamená, že zachycený vzduch si zachovává v poměru O
2
do N.
2
, záznam letního slunečního záření, a proto kombinace těchto dat s údaji o orbitálním cyklu vytváří datovací schéma jádra ledu.

Difúze ve firnové vrstvě způsobuje další změny, které lze měřit. Gravitace způsobuje, že těžší molekuly jsou obohaceny na dně plynové kolony, přičemž množství obohacení závisí na rozdílu hmotnosti mezi molekulami. Chladnější teploty způsobují, že těžší molekuly jsou ve spodní části kolony více obohaceny. Tyto frakcionační procesy v zachyceném vzduchu, určené měřením15
N
/14
Poměr N a neon , krypton a xenon , byly použity k odvození tloušťky vrstvy firnu a stanovení dalších paleoklimatických informací, jako jsou průměrné teploty oceánu v minulosti. Některé plyny, jako je helium, mohou rychle difundovat ledem, takže může být nutné otestovat tyto „prchavé plyny“ během několika minut od získávání jádra, aby se získala přesná data. Chlorfluoruhlovodíky (CFC), které přispívají ke skleníkovému efektu a také způsobují ztrátu ozónu ve stratosféře , lze v ledových jádrech detekovat zhruba po roce 1950; téměř všechny freony v atmosféře byly vytvořeny lidskou činností.

Grónská jádra mohou v době přechodu klimatu při analýze vykazovat přebytečný CO2 ve vzduchových bublinách v důsledku produkce CO2 kyselými a zásaditými nečistotami.

Glaciochemie

Letní sníh v Grónsku obsahuje trochu mořské soli, naváté z okolních vod; v zimě je toho méně, když je velká část mořské hladiny pokryta ledem. Podobně se peroxid vodíku objevuje pouze v letním sněhu, protože jeho produkce v atmosféře vyžaduje sluneční světlo. Tyto sezónní změny lze detekovat, protože vedou ke změnám elektrické vodivosti ledu. Umístění dvou elektrod s vysokým napětím mezi nimi na povrch ledového jádra dává měření vodivosti v tomto bodě. Tažením dolů po délce jádra a zaznamenáváním vodivosti v každém bodě získáte graf, který ukazuje roční periodicitu. Tyto grafy také identifikují chemické změny způsobené nesezónními událostmi, jako jsou lesní požáry a velké sopečné erupce. Když lze v záznamu jádra ledu identifikovat známou sopečnou událost, jako je erupce Laki na Islandu v roce 1783, poskytuje křížovou kontrolu věku určeného počítáním vrstev. Materiál z Laki lze identifikovat v grónských ledových jádrech, ale nerozšířil se až do Antarktidy; erupce Tambory v Indonésii z roku 1815 vstříkla materiál do stratosféry a lze jej identifikovat jak v grónských, tak v antarktických ledových jádrech. Pokud datum erupce není známo, ale lze jej identifikovat ve více jádrech, pak datování ledu může zase poskytnout datum erupce, které lze poté použít jako referenční vrstvu. To bylo provedeno například v analýze klimatu pro období od 535 do 550 n. L., Která byla považována za ovlivněnou jinak neznámou tropickou erupcí kolem roku 533 n. L .; ale ukázalo se, že je to způsobeno dvěma erupcemi, jednou v roce 535 nebo na počátku roku 536 n. l. a druhou v roce 539 nebo 540 n. l. Existuje také více starověkých referenčních bodů, jako například výbuch Toby před zhruba 72 000 lety.

V ledových jádrech bylo detekováno mnoho dalších prvků a molekul. V roce 1969 bylo zjištěno, že hladiny olova v grónském ledu se od předindustriální doby zvýšily více než 200krát a byl zaznamenán také nárůst dalších prvků produkovaných průmyslovými procesy, jako je měď , kadmium a zinek . Přítomnost kyseliny dusičné a kyseliny sírové ( HNO
3
a H.
2
TAK
4
) ve srážkách lze prokázat, že koreluje s rostoucím spalováním paliva v průběhu času. Methansulfonát (MSA) ( CH
3
TAK-
3
) je produkován v atmosféře mořskými organismy, takže záznamy jádra ledu MSA poskytují informace o historii oceánského prostředí. Oba peroxid vodíku ( H.
2
Ó
2
) a formaldehyd ( HCHO ) byly studovány spolu s organickými molekulami, jako jsou saze, které jsou spojeny s emisemi vegetace a lesními požáry. Některé druhy, například vápník a amonium , vykazují výrazné sezónní výkyvy. V některých případech existují příspěvky od více než jednoho zdroje k danému druhu: například Ca ++ pochází jak z prachu, tak z mořských zdrojů; námořní vstup je mnohem větší než prachový vstup, a přestože oba zdroje dosahují vrcholu v různých obdobích roku, celkový signál ukazuje vrchol v zimě, kdy je mořský vstup na maximu. Sezónní signály lze vymazat v místech s nízkou akumulací povrchovými větry; v těchto případech není možné datovat jednotlivé vrstvy ledu mezi dvě referenční vrstvy.

Některé z uložených chemických látek mohou interagovat s ledem, takže to, co je detekováno v ledovém jádru, nemusí nutně být to, co bylo původně uloženo. Příklady zahrnují HCHO a H.
2
Ó
2
. Další komplikací je, že v oblastech s nízkou akumulační rychlostí může depozice z mlhy zvýšit koncentraci ve sněhu, někdy až do bodu, kdy lze koncentraci v atmosféře nadhodnocovat dvakrát.

Rozpustné nečistoty nacházející se v jádrech ledu
Zdroj Přes Měřeno v polárním ledu
Oceány Vlny a vítr Mořská sůl: Na+
, Cl-
, Mg2+
, Ca2+
, SO2-
4
, K.+
Přistát Suchost a vítr Pozemské soli: Mg2+
, Ca2+
, CO2-
3
, SO2-
4
, hlinitokřemičitany
Emise lidského a biologického plynu: SO
2
, (CH
3
)
2
S
, H
2
S
, COS , NO
X
, NH
3
, Uhlovodíky a halogenované uhlovodíky
Atmosférická chemie: O
3
, H.
2
Ó
2
, OH , RO
2
, NE
3
,
H+
, NH+
4
, Cl-
, NE-
3
, SO2-
4
, CH
3
TAK-
3
, F.-
, HCOO-
, další organické sloučeniny

Radionuklidy

Graf ukazující hojnost 36 Cl proti hloubce sněhu, ukazující špičku v době nadzemního jaderného testování
36 Cl z jaderných testů v šedesátých letech v americkém ledovcovém ledu.

Galaktické kosmické paprsky produkují10
Buďte
v atmosféře rychlostí, která závisí na slunečním magnetickém poli. Síla pole souvisí s intenzitou slunečního záření , takže úroveň10
Být
v atmosféře je proxy pro klima. Hmotnostní spektrometrie akcelerátoru dokáže detekovat nízké úrovně10
Buďte
v ledových jádrech, asi 10 000 atomů v gramu ledu, a ty mohou být použity k zajištění dlouhodobých záznamů sluneční aktivity. Tritium (3
H
), vytvořený testováním jaderných zbraní v 50. a 60. letech minulého století, byl identifikován v ledových jádrech a jak 36 Cl, tak239
Pu
byly nalezeny v ledových jádrech v Antarktidě a Grónsku. Chlor-36, který má poločas rozpadu 301 000 let, byl použit k datu jader, stejně jako krypton (85
Kr
, s poločasem rozpadu 11 let), olovo (210
Pb
, 22 let) a křemík (32
Si
, 172 let).

Další inkluze

Meteority a mikrometeority, které přistávají na polárním ledu, jsou někdy koncentrovány místními environmentálními procesy. Například v Antarktidě jsou místa, kde vítr odpařuje povrchový led a koncentruje tuhé látky, které zůstaly, včetně meteoritů. Meltwater rybníky mohou také obsahovat meteority. Na stanici jižního pólu taje led ve studni, aby poskytoval zásobu vody, a zanechává za sebou mikrometeority. Ty byly shromážděny robotickým „vysavačem“ a prozkoumány, což vedlo ke zlepšení odhadů jejich toku a distribuce hmoty. Studna není jádrem ledu, ale stáří ledu, který byl roztaven, je známé, takže lze zjistit stáří získaných částic. Studna se každoročně prohlubuje asi o 10 m, takže mikrometeority shromážděné v daném roce jsou asi o 100 let starší než ty z předchozího roku. Pyl , důležitou složku sedimentových jader, lze také nalézt v ledových jádrech. Poskytuje informace o změnách ve vegetaci.

Fyzikální vlastnosti

Kromě nečistot v jádru a izotopového složení vody se zkoumají i fyzikální vlastnosti ledu. Funkce, jako je velikost krystalu a orientace os, mohou odhalit historii vzorců toku ledu v ledové pokrývce. Velikost krystalu lze také použít k určení dat, i když pouze v mělkých jádrech.

Dějiny

Raná léta

Muž na chodníku mezi dvěma vysokými policovými regály nabitými vzorky jádra ledu
Sklad základních vzorků

V letech 1841 a 1842 Louis Agassiz vyvrtal otvory v Unteraargletscher v Alpách ; ty byly vyvrtány železnými tyčemi a neprodukovaly jádra. Nejhlubší dosažená díra byla 60 m. Na antarktické expedici Ericha von Drygalskiho v letech 1902 a 1903 bylo do ledovce vyvrtáno 30 m otvorů jižně od Kerguelenských ostrovů a byla provedena měření teploty. Prvním vědcem, který vytvořil nástroj pro vzorkování sněhu, byl James E. Church , který Pavel Talalay popsal jako „otce moderního průzkumu sněhu“. V zimě 1908–1909 Church zkonstruoval ocelové trubky se štěrbinami a řezacími hlavami, aby získal jádra sněhu až 3 m dlouhá. Dnes se používají podobná zařízení, upravená tak, aby umožňovala vzorkování do hloubky asi 9 m. Jednoduše jsou zatlačeny do sněhu a ručně otáčeny.

První systematickou studii vrstev sněhu a firnu provedl Ernst Sorge, který byl v letech 1930–1931 součástí Expedice Alfreda Wegenera do centrálního Grónska. Sorge vykopal 15 m jámu, aby prozkoumal vrstvy sněhu, a jeho výsledky byly později formalizovány do Sorgeova zákona o zhuštění Henri Baderem, který v roce 1933 pokračoval v dodatečné práci na odebírání jader v severozápadním Grónsku. Na začátku padesátých let se uskutečnila expedice SIPRE jámy na velké části grónského ledového příkrovu, čímž se získají raná data o poměru izotopů kyslíku. Tři další expedice v padesátých letech minulého století zahájily práce na odebírání ledu: společná norsko-britsko-švédská antarktická expedice (NBSAE), v zemi královny Maud v Antarktidě; Juneau Ice Field Research Project (JIRP), na Aljašce ; a Expéditions Polaires Françaises , ve středním Grónsku. Základní kvalita byla špatná, ale některé vědecké práce byly provedeny na získaném ledu.

V Mezinárodním geofyzikálním roce (1957–1958) došlo k nárůstu glaciologického výzkumu po celém světě, přičemž jedním z vysoce prioritních cílů výzkumu jsou hluboká jádra v polárních oblastech. SIPRE provedl pilotní vrtné zkoušky v letech 1956 (do 305 m) a 1957 (do 411 m) v lokalitě 2 v Grónsku; druhé jádro, s výhodou zkušeností z vrtání v předchozím roce, bylo získáno v mnohem lepším stavu, s menšími mezerami. V Antarktidě bylo v letech 1957–1958 vyvrtáno 307 m jádro na stanici Byrd a následující rok 264 m v Little America V na Ross Ice Shelf . Úspěch jádrového vrtání IGY vedl ke zvýšenému zájmu o zlepšení schopností odebírání ledu a následoval projekt CRREL v Camp Century, kde byly na počátku 60. let minulého století vyvrtány tři otvory, přičemž nejhlubší dosahoval základnu ledové pokrývky ve výšce 1387 m v červenci 1966. Vrták použitý v Camp Century poté zamířil na stanici Byrd, kde byla vyvrtána díra o délce 2164 m, aby byl vrt zamrzlý do vrtu podtlakovou tající vodou a musel být opuštěn.

Francouzské, australské a kanadské projekty ze 60. a 70. let zahrnují 905 m jádro v Dome C v Antarktidě, prováděné CNRS ; jádra v Law Dome vyvrtaná společností ANARE , počínaje rokem 1969 s jádrem 382 m; a jádra Devon Ice Cap získaná kanadským týmem v 70. letech minulého století.

Hluboká jádra Antarktidy

Graf ukazující hladiny CO2, zvýrazněný pro označení ledovcových cyklů
Kompozitní data pro Dome C, hladiny CO 2 (ppm) sahající téměř 800 000 let a související ledovcové cykly.

Sovětské ledových vrtných projektů byla zahájena v roce 1950, do Země Františka Josefa , na Urale , souostroví Nová země , a na Mirny a Vostok v Antarktidě; ne všechny tyto rané díry získaly jádra. V následujících desetiletích práce pokračovaly na několika místech v Asii. Vrtání v Antarktidě se zaměřovalo převážně na Mirny a Vostoka, přičemž řada hlubokých děr na Vostoku začala v roce 1970. První hluboká díra na Vostoku dosáhla v dubnu 1970 506,9 m; do roku 1973 bylo dosaženo hloubky 952 m. Následná díra Vostok 2, vrtaná v letech 1971 až 1976, dosáhla 450 m a Vostok 3 dosáhla v roce 1985 po šesti vrtacích sezónách 2202 m. Vostok 3 byl prvním jádrem, které získalo led z předchozí doby ledové, před 150 000 lety. Vrtání bylo přerušeno požárem v táboře v roce 1982, ale další vrtání začalo v roce 1984, nakonec dosáhlo 2546 m v roce 1989. Páté jádro Vostoku bylo zahájeno v roce 1990, dosáhlo 3661 m v roce 2007 a později bylo rozšířeno na 3769 m. Odhadovaný věk ledu je 420 000 let v hloubce 3310 m; pod tímto bodem je obtížné data spolehlivě interpretovat kvůli míchání ledu.

Porovnání ledových jader EPICA Dome C a Vostok

EPICA , evropská spolupráce na těžbě ledu, byla vytvořena v 90. letech minulého století a ve východní Antarktidě byly vyvrtány dvě díry: jedna v Dome C, která dosáhla 2871 m za pouhé dvě sezóny vrtání, ale trvalo další čtyři roky, než se dosáhlo podloží v roce 3260 m; a jeden na stanici Kohnen , která dosáhla v roce 2006 podloží ve výšce 2760 m. Jádro Dome C mělo velmi nízkou akumulační rychlost, což znamená, že záznam klimatu se prodloužil; na konci projektu byla použitelná data rozšířena před 800 000 lety.

Mezi další hluboká antarktická jádra patřil japonský projekt v Dome F , který v roce 1996 dosáhl 2503 m, přičemž odhadovaný věk dna jádra byl 330 000 let; a následná díra na stejném místě, která v roce 2006 dosáhla 3035 m, odhaduje se, že led dosáhne 720 000 let. Americké týmy vrtaly na stanici McMurdo v 90. letech minulého století a na Taylor Dome (554 m v roce 1994) a Siple Dome (1004 m v roce 1999), přičemž obě jádra dosahovala ledu z poslední doby ledové. Projekt West Antarctic Ice Sheet (WAIS), dokončený v roce 2011, dosáhl 3405 m; místo má vysokou akumulaci sněhu, takže se led prodlužuje pouze o 62 000 let zpět, ale v důsledku toho jádro poskytuje data s vysokým rozlišením za období, které pokrývá. 948 m jádro bylo vyvrtáno na Berknerově ostrově podle projektu řízeného Britským antarktickým průzkumem v letech 2002 až 2005, který zasahoval do poslední doby ledové; a italský projekt ITASE dokončil v roce 2007 1620 m jádro v Talos Dome .

V roce 2016 byla jádra získána z Allanských hor v Antarktidě v oblasti, kde poblíž povrchu ležel starý led. Jádra byla datována datováním draslíkem a argonem; tradiční datování ledového jádra není možné, protože nebyly přítomny všechny vrstvy. Bylo zjištěno, že nejstarší jádro obsahuje led před 2,7 miliony let - zdaleka nejstarší led dosud pochází z jádra.

Grónská hluboká jádra

V roce 1970 začaly vědecké diskuse, které vyústily v Grónský ledový listový projekt (GISP), mnohonárodní vyšetřování grónského ledového příkrovu, které trvalo až do roku 1981. K určení ideálního umístění hlubokého jádra byly zapotřebí roky terénní práce; práce v terénu zahrnovaly mimo jiné několik jader střední hloubky, Dye 3 (372 m v roce 1971), Milcent (398 m v roce 1973) a Kréta (405 m v roce 1974). Jako ideální bylo vybráno místo v severo-středním Grónsku, ale finanční omezení donutila skupinu místo toho vrtat na Dye 3, počínaje rokem 1979. Díra dosáhla podloží na 2037 m, v roce 1981. Nakonec byly vyvrtány dvě díry, 30 km od sebe. na severo-centrálním místě na počátku 90. let dvěma skupinami: GRIP , evropské konsorcium, a GISP-2, skupina amerických univerzit. GRIP dosáhl podloží na 3029 m v roce 1992 a GISP-2 dosáhl podloží na 3053 m v následujícím roce. Obě jádra byla omezena na zhruba 100 000 let klimatických informací, a protože se předpokládalo, že to souvisí s topografií horniny, která je základem ledové pokrývky v místech vrtů, bylo vybráno nové místo 200 km severně od GRIP a nový projekt Společnost NorthGRIP byla zahájena jako mezinárodní konsorcium vedené Dánskem. Vrtání začalo v roce 1996; první díra musela být opuštěna na 1400 m v roce 1997 a nová díra byla zahájena v roce 1999 a dosáhla 3085 m v roce 2003. Díra nedosahovala podloží, ale končila na subglaciální řece. Jádro poskytlo klimatická data zpět před 123 000 lety, která pokrývala část posledního meziledového období. Následný projekt North Greenland Eemian ( NEEM ) získal v roce 2010 jádro o velikosti 2537 m z místa severněji, čímž se prodloužil klimatický rekord před 128 500 lety; Po NEEM následoval EastGRIP , který začal v roce 2015 ve východním Grónsku a jehož dokončení bylo plánováno na rok 2020. V březnu 2020 byla polní kampaň EGRIP 2020 zrušena kvůli probíhající pandemii COVID-19 . Budoucnost projektu zůstává nejistá.

Nepolární jádra

Ledová jádra byla vyvrtána na místech vzdálených od pólů, zejména v Himalájích a Andách . Některá z těchto jader sahají až do poslední doby ledové, ale jsou důležitější jako záznamy událostí El Niño a monzunových sezón v jižní Asii. Jádra byla také vyvrtána na hoře Kilimandžáro , v Alpách a v Indonésii, na Novém Zélandu, na Islandu, ve Skandinávii, Kanadě a USA.

Plány do budoucna

IPICS (International Partnerships in Ice Core Sciences) vytvořil sérii bílých knih, které nastiňují budoucí výzvy a vědecké cíle pro vědeckou komunitu jádra ledu. Patří sem plány:

  • Získejte ledová jádra, která sahají více než 1,2 milionu let zpět, abyste získali více iterací záznamu jádra ledu pro 40 000 let dlouhé klimatické cykly, o kterých je známo, že v té době fungovaly. Současná jádra dosahují více než 800 000 let a vykazují 100 000 letých cyklů.
  • Vylepšete chronologie jádra ledu, včetně propojení chronologií více jader.
  • Identifikujte další proxy z ledových jader, například pro mořský led, mořskou biologickou produktivitu nebo lesní požáry.
  • Vyvrtejte další jádra, která poskytnou data ve vysokém rozlišení za posledních 2 000 let a která budou sloužit jako vstup pro podrobné modelování klimatu.
  • Najděte vylepšenou vrtnou kapalinu
  • Zlepšete schopnost zvládat křehký led, a to jak při vrtání, tak při přepravě a skladování
  • Najděte způsob, jak zacházet s jádry, která mají v podloží tlakovou vodu
  • Vymyslete standardizovanou lehkou vrtačku, která dokáže vrtat mokré i suché otvory a dokáže dosáhnout hloubky až 1000 m.
  • Vylepšete zpracování jádra, abyste maximalizovali informace, které lze získat z každého jádra.

Viz také

Reference

  1. ^ a b Berwyn, Bob (27. března 2020). „Koronavirus již brání klimatické vědě, ale nejhorší narušení pravděpodobně teprve přijdou“ . Citováno 5. dubna 2020 .
  2. ^ a b Alley 2000 , s. 71–73.
  3. ^ a b c Alley 2000 , s. 48–50.
  4. ^ a b Talalay 2016 , s. 263.
  5. ^ Bradley, Raymond S. (2015). Paleoklimatologie: Rekonstrukce klimatu čtvrtohor . Amsterdam: Academic Press. p. 138. ISBN 978-0-12-386913-5.
  6. ^ Alley 2000 , s. 35–36.
  7. ^ Knight, Peter G. (1999). Ledovce . Cheltenham, Velká Británie: Stanley Thornes. p. 206 . ISBN 978-0-7487-4000-0.
  8. ^ Tulaczyk, S .; Elliot, D .; Vogel, SW; Powell, RD; Priscu, JC; Clow, GD (2002). FASTDRILL: Interdisciplinární polární výzkum založený na rychlém vrtání do ledu (PDF) (zpráva). 2002 FASTDRILL Workshop. p. 9.
  9. ^ Gabrielli, Paolo; Vallelonga, Paul (2015). „Kontaminující záznamy v ledových jádrech“. V Blaisovi, Jules M .; a kol. (eds.). Kontaminanty životního prostředí: Využití přírodních archivů ke sledování zdrojů a dlouhodobých trendů znečištění . Dordrecht, Nizozemsko: Springer. p. 395. ISBN 978-94-017-9540-1.
  10. ^ Alley 2000 , s. 43–46.
  11. ^ a b Talalay 2016 , s. 34–35.
  12. ^ a b c d Talalay 2016 , s. 59.
  13. ^ a b Talalay 2016 , s. 7.
  14. ^ a b Talalay 2016 , s. 77.
  15. ^ „Hluboké vrtání vrtákem Hans Tausen“ . Centrum institutu Nielse Bohra pro led a klima. 2. října 2008 . Vyvolány 3 June je 2017 .
  16. ^ Sheldon, Simon G .; Popp, Trevor J .; Hansen, Steffen B .; Steffensen, Jørgen P. (26. července 2017). „Slibně nové vrtné kapaliny pro vrtání jádra ledu na náhorní plošině Východní Antarktidy“ . Annals of Glaciology . 55 (68): 260–270. doi : 10,3189/2014AoG68A043 .
  17. ^ Talalay 2016 , s. 259–263.
  18. ^ a b Talalay 2016 , s. 101.
  19. ^ Talalay 2016 , s. 79.
  20. ^ Talalay 2016 , s. 109–111.
  21. ^ Talalay 2016 , s. 173–175.
  22. ^ Talalay 2016 , s. 252–254.
  23. ^ Zagorodnov, V .; Thompson, LG (26. července 2017). „Tepelné elektrické vrtačky do ledu: historie a nové možnosti designu pro středně hloubkové vrtání“ . Annals of Glaciology . 55 (68): 322–330. doi : 10,3189/2014AoG68A012 .
  24. ^ Národní rada pro výzkum Národních akademií (2007). Průzkum antarktického subglaciálního vodního prostředí: environmentální a vědecké správcovství . Washington DC: Národní akademie tisku. s. 82–84. ISBN 978-0-309-10635-1.
  25. ^ Schwikowski, Margit; Jenk, Theo M .; Stampfli, Dieter; Stampfli, Felix (26. července 2017). „Nový systém tepelného vrtání pro vysokohorské nebo mírné ledovce“ . Annals of Glaciology . 55 (68): 131–136. doi : 10,3189/2014AoG68A024 .
  26. ^ Anonymous (30. června 2017), Ice Drilling Design and Operations: Long Range Technology Plan, s. 24.
  27. ^ Petersen, Sandra (23. února 2016). „EastGrip-hlavní projekt East Greenland Ice-core“ . Východní Grónsko Ice Core Project . Citováno 17. června 2017 .
  28. ^ Madsen, Martin Vindbæk (14. dubna 2016). „Partneři“ . Východní Grónsko Ice Core Project . Archivovány od originálu dne 28. června 2017 . Citováno 17. června 2017 .
  29. ^ Dahl-Jensen a kol. 2016 , s. 17–19.
  30. ^ Petersen, Sandra (23. února 2016). „O EastGRIP“ . Východní Grónsko Ice Core Project . Archivovány od originálu dne 28. června 2017 . Citováno 17. června 2017 .
  31. ^ Dahl-Jensen a kol. 2016 , s. 8–9.
  32. ^ Kolbert, Elizabeth (24. října 2016). „Když země taje“ . New Yorker . Citováno 17. června 2017 .
  33. ^ a b UNH, Joe Souney. „O ledových jádrech :: Vrtání ledových jader“ . Národní laboratoř ledového jádra. Archivovány od originálu dne 4. května 2017 . Vyvolány 21 May je 2017 .
  34. ^ a b c d Souney a kol. 2014 , s. 16–19.
  35. ^ Hinkley, Todd (09.12.2003). „Mezinárodní komunita jádra ledu se schází, aby prodiskutovala osvědčené postupy pro kurátorování jádra ledu“. Eos Trans AGU . 84 (49): 549. Bibcode : 2003EOSTr..84..549H . doi : 10.1029/2003EO490006 ..
  36. ^ a b c d Souney a kol. 2014 , s. 20–21.
  37. ^ Uchida, Tsutomu; Duval, P .; Lipenkov, V.Ya .; Hondoh, T .; Mae, S .; Shoji, H. (1994). „Křehká zóna a tvorba hydrátu vzduchu v polárních ledových příkrovech“ . Vzpomínky Národního ústavu polárního výzkumu (49): 302..
  38. ^ Talalay 2016 , s. 265–266.
  39. ^ Walker, Mike (2005). Metody kvartérní seznamky (PDF) . Chichester: John Wiley & Sons. p. 150. ISBN 978-0-470-86927-7. Archivováno z originálu (PDF) dne 14. července 2014.
  40. ^ Bazin, L .; Landais, A .; Lemieux-Dudon, B .; Toyé Mahamadou Kele, H .; Veres, D .; Parrenin, F .; Martinerie, P .; Ritz, C .; Capron, E .; Lipenkov, V .; Loutre, M.-F .; Raynaud, D .; Vinther, B .; Svensson, A .; Rasmussen, SO; Severi, M .; Blunier, T .; Leuenberger, M .; Fischer, H .; Masson-Delmotte, V .; Chappellaz, J .; Wolff, E. (1. srpna 2013). „Optimalizovaná více proxy, více lokalitní antarktická orbitální chronologie ledu a plynu (AICC2012): 120–800 ka“ . Klima minulosti . 9 (4): 1715–1731. Bibcode : 2013CliPa ... 9.1715B . doi : 10,5194/cp-9-1715-2013 .
  41. ^ Jouzel 2013 , s. 2530–2531.
  42. ^ Jouzel 2013 , s. 2535.
  43. ^ a b Alley 2010 , s. 1098.
  44. ^ Wilson, AT; Donahue, DJ (1992). „AMS radiokarbonové datování ledu: validita techniky a problém kosmogenní produkce in-situ v polárních ledových jádrech“ . Radiokarbon . 34 (3): 431–435. doi : 10,1017/S0033822200063657 .
  45. ^ Uglietti, Chiara; Zapf, Alexander; Jenk, Theo Manuel; Sigl, Michael; Szidat, Sönke; Salazar, Gary; Schwikowski, Margit (21. prosince 2016). „Radiokarbonové datování ledovcového ledu: přehled, optimalizace, validace a potenciál“ . Kryosféra . 10 (6): 3091–3105. Bibcode : 2016TCry ... 10.3091U . doi : 10,5194/tc-10-3091-2016 .
  46. ^ „Extrémně krátký obrat geomagnetického pole, proměnlivost klimatu a super sopka“ . Phys.org . Síť ScienceX. 16. října 2012 . Vyvolány 29 May je 2017 .
  47. ^ Blunier a kol. 2007 , s. 325.
  48. ^ Landais a kol. 2012 , s. 191–192.
  49. ^ Blunier a kol. 2007 , s. 325–327.
  50. ^ a b Landais a kol. 2012 , s. 192.
  51. ^ Elias, Scott; Mock, Cary, eds. (2013). „Vrstvy sopečné tepry“. Encyklopedie kvartérní vědy . Amsterdam: Elsevier. ISBN 9780444536426.
  52. ^ Aciego, S .; a kol. (15. dubna 2010). „Směrem k radiometrickým ledovým hodinám: řada U ledového jádra Dome C“ (PDF) . Vědecké setkání TALDICE-EPICA : 1–2.
  53. ^ Lowe & Walker 2014 , s. 315.
  54. ^ Toyé Mahamadou Kele, H .; a kol. (22. dubna 2012). Směrem ke sjednocené chronologii jádra ledu pomocí nástroje DatIce (PDF) . Valné shromáždění EGU 2012. Vídeň, Rakousko . Vyvolány 5 September je 2017 .
  55. ^ Walker, Mike; Johnsen, Sigfus; Rasmussen, Sune Olander; Popp, Trevor; Steffensen, Jørgen-Peder; Gibbard, Phil; Hoek, Wim; Lowe, John; Andrews, John; Björck, Svante ; Cwynar, Les C .; Hughen, Konrad; Kershaw, Peter; Kromer, Bernd; Litt, Thomas; Lowe, David J .; Nakagawa, Takeshi; Newnham, Rewi; Schwander, Jakob (leden 2009). „Formální definice a datování GSSP (Global Stratotype Section and Point) pro základnu holocénu pomocí grónského ledového jádra NGRIP a vybraných pomocných záznamů“ . Journal of Quaternary Science . 24 (1): 3–17. Bibcode : 2009JQS .... 24 .... 3W . doi : 10,1002/jqs.1227 . S2CID  40380068 .
  56. ^ Gow, Anthony (12. října 2001). „Letní a zimní základní vrstvy“ . NOAA. Archivovány od originálu dne 13. února 2010.
  57. ^ Alley 2000 , s. 44–48.
  58. ^ Alley 2000 , s. 49.
  59. ^ Alley 2000 , s. 50–51.
  60. ^ Alley 2000 , s. 56.
  61. ^ a b c d e f g h i Jouzel 2013 , s. 2530.
  62. ^ a b Ruddiman, William F .; Raymo, Maureen E. (2003). „Metanová časová stupnice pro led Vostok“ (PDF) . Recenze kvartérní vědy . 22 (2): 141–155. Bibcode : 2003QSRv ... 22..141R . doi : 10,1016/S0277-3791 (02) 00082-3 .
  63. ^ Jouzel 2013 , s. 2533.
  64. ^ Fisher, David (2011). „Nedávné rychlosti tání kanadských arktických ledovců jsou nejvyšší za čtyři tisíciletí“ (PDF) . Globální a planetární změna klimatu . 84–85: 1–4. doi : 10,1016/j.gloplacha.2011.06.005 .
  65. ^ Souney a kol. 2014 , s. 25.
  66. ^ Barbalace, Kenneth L. „Periodická tabulka prvků: O - kyslík“ . EnvironmentalChemistry.com . Vyvolány 20 May je 2017 .
  67. ^ a b c d Lowe & Walker 2014 , s. 165–170.
  68. ^ Alley 2000 , s. 65–70.
  69. ^ a b Jouzel 2013 , s. 2532.
  70. ^ Alley 2010 , s. 1097.
  71. ^ „Izotopy a delta notace“ . Centrum pro led a klima. 8. září 2009 . Vyvolány 25 May je 2017 .
  72. ^ Mulvaney, Robert (20. září 2004). „Jak se dají určit minulé teploty z ledového jádra?“ . Scientific American . Vyvolány 25 May je 2017 .
  73. ^ a b Jouzel 2013 , s. 2533–2534.
  74. ^ Jouzel 2013 , s. 2531.
  75. ^ Bauska, Thomas K .; Baggenstos, Daniel; Brook, Edward J .; Mix, Alan C .; Marcott, Shaun A .; Petrenko, Vasilii V .; Schaefer, Hinrich; Severinghaus, Jeffrey P .; Lee, James E. (29. března 2016). „Uhlíkové izotopy charakterizují rychlé změny atmosférického oxidu uhličitého během poslední deglaciace“ . Sborník Národní akademie věd . 113 (13): 3465–3470. Bibcode : 2016PNAS..113.3465B . doi : 10,1073/pnas.1513868113 . PMC  4822573 . PMID  26976561 .
  76. ^ "Centrum predikce klimatu - odborná hodnocení" . Národní meteorologická služba Climate Prediction Center . Vyvolány 3 June je 2017 .
  77. ^ a b Jouzel 2013 , s. 2534.
  78. ^ Schilt, Adrian; Baumgartner, Matthias; Blunierc, Thomas; Schwander, Jakob; Spahni, Renato; Fischer, Hubertus; Stocker, Thomas F. (2009). „Glaciálně-interglaciální a tisícileté variace v atmosférické koncentraci oxidu dusného za posledních 800 000 let“ (PDF) . Recenze kvartérní vědy . 29 (1–2): 182–192. doi : 10,1016/j.quascirev.2009.03.011 . Archivováno z originálu (PDF) dne 8. srpna 2017 . Vyvolány 2 June je 2017 .
  79. ^ Landais a kol. 2012 , s. 191.
  80. ^ a b Neelin, J. David (2010). Změna klimatu a modelování klimatu . Cambridge: Cambridge University Press. p. 9. ISBN 978-0-521-84157-3.
  81. ^ Martinerie, P .; Nourtier-Mazauric, E .; Barnola, J.-M .; Sturges, WT; Worton, DR; Atlas, E .; Gohar, LK; Shine, KP; Brasseur, GP (17. června 2009). „Trvanlivé halokarbonové trendy a rozpočty z modelování atmosférické chemie omezené měřením v polárním firnu“ . Atmosférická chemie a fyzika . 9 (12): 3911–3934. Bibcode : 2009ACP ..... 9,3911 mil . doi : 10,5194/acp-9-3911-2009 .
  82. ^ Delmas, Robert J. (1993). „Přirozený artefakt při měření CO2 v ledovém jádru v Grónsku“. Tellus B . 45 (4): 391–396. doi : 10,1034/j.1600-0889.1993.t01-3-00006.x .
  83. ^ Alley 2000 , s. 51–55.
  84. ^ a b Legrand & Mayewski 1997 , s. 222, 225.
  85. ^ Sigl, M .; Winstrup, M .; McConnell, JR; Welten, KC; Plunkett, G .; Ludlow, F .; Büntgen, U .; Caffee, M .; Chellman, N .; Dahl-Jensen, D .; Fischer, H .; Kipfstuhl, S .; Kostick, C .; Maselli, OJ; Mekhaldi, F .; Mulvaney, R .; Muscheler, R .; Pasteris, DR; Pilcher, JR; Salzer, M .; Schüpbach, S .; Steffensen, JP; Vinther, BM; Woodruff, TE (8. července 2015). „Načasování a klimatické vynucování sopečných erupcí za posledních 2500 let“ . Příroda . 523 (7562): 543–549. Bibcode : 2015Natur.523..543S . doi : 10,1038/příroda14565 . PMID  26153860 . S2CID  4462058 .
  86. ^ a b Legrand & Mayewski 1997 , s. 221.
  87. ^ Legrand & Mayewski 1997 , s. 231–232.
  88. ^ Legrand & Mayewski 1997 , s. 222.
  89. ^ a b Legrand & Mayewski 1997 , s. 225.
  90. ^ Legrand & Mayewski 1997 , s. 227–228.
  91. ^ Legrand & Mayewski 1997 , s. 228.
  92. ^ Pedro, JB (2011). „Záznamy o vysokém rozlišení proxy sluneční aktivity berylia-10 v ledu z Law Dome, Východní Antarktida: měření, reprodukovatelnost a hlavní trendy“ . Klima minulosti . 7 (3): 707–708. Bibcode : 2011CliPa ... 7..707P . doi : 10,5194/cp-7-707-2011 .
  93. ^ Wagenhach, D .; Graf, W .; Minikin, A .; Trefzer, U .; Kipfstuhl, J .; Oerter, H .; Blindow, N. (20. ledna 2017). „Průzkum chemických a izotopových vlastností firnu na ostrově Berkner, Antarktida“ . Annals of Glaciology . 20 : 307–312. doi : 10,3189/172756494794587401 .
  94. ^ Arienzo, MM; McConnell, JR; Chellman, N .; Criscitiello, AS; Curran, M .; Fritzsche, D .; Kipfstuhl, S .; Mulvaney, R .; Nolan, M .; Opel, T .; Sigl, M .; Steffensen, JP (5. července 2016). „Metoda pro kontinuální stanovení Pu v arktických a antarktických ledových jádrech“ (PDF) . Environmentální věda a technologie . 50 (13): 7066–7073. Bibcode : 2016EnST ... 50.7066A . doi : 10,1021/acs.est.6b01108 . PMID  27244483 .
  95. ^ Delmas a kol. (2004), s. 494–496.
  96. ^ „Budoucí práce“ . US Geological Survey Central Region Research. 14. ledna 2005. Archivováno z originálu dne 13. září 2005.
  97. ^ Alley 2000 , s. 73.
  98. ^ Taylor, Susan; Páka, James H .; Harvey, Ralph P .; Govoni, John (květen 1997). Sbírání mikrometeoritů z vodního vrtu na jižním pólu (PDF) (zpráva). Cold Regions Research and Engineering Lab, Hanover, NH. s. 1–2. 97–1 . Citováno 14. září 2017 .
  99. ^ Reese, CA; Liu, KB; Thompson, LG (26. července 2017). „Záznam pylového jádra z ledu ukazuje vegetační reakci na pozdně glaciální a holocénní klimatické změny v Nevado Sajama, Bolívie“ . Annals of Glaciology . 54 (63): 183. doi : 10,3189/2013AoG63A375 .
  100. ^ Okuyama, Junichi; Narita, Hideki; Hondoh, Takeo; Koerner, Roy M. (únor 2003). „Fyzikální vlastnosti ledového jádra P96 z Penny Ice Cap, Baffin Island, Kanada a odvozené klimatické záznamy“ . Journal of Geophysical Research: Solid Earth . 108 (B2): 6–1–6–2. Bibcode : 2003JGRB..108.2090O . doi : 10,1029/2001JB001707 .
  101. ^ Talalay 2016 , s. 9–11.
  102. ^ Langway 2008 , s. 5–6.
  103. ^ Langway 2008 , s. 7.
  104. ^ Langway 2008 , s. 9–11.
  105. ^ Langway 2008 , s. 14–15.
  106. ^ Langway 2008 , s. 17–20.
  107. ^ Langway 2008 , s. 23.
  108. ^ a b Jouzel 2013 , s. 2527.
  109. ^ Ueda & Talalay 2007 , s. 3–5.
  110. ^ Ueda & Talalay 2007 , s. 50–58.
  111. ^ Ueda & Talalay 2007 , s. 3–26.
  112. ^ Ueda & Talalay 2007 , s. 11.
  113. ^ a b c Jouzel 2013 , s. 2528.
  114. ^ a b c d Jouzel 2013 , s. 2529.
  115. ^ Bentley, Charles R .; Koci, Bruce R. (2007). „Vrtání do dna grónského a antarktického ledovce: recenze“ (PDF) . Annals of Glaciology . 47 (1): 3–4. Bibcode : 2007AnGla..47 .... 1B . doi : 10,3189/172756407786857695 .
  116. ^ Iaccarino, Tony. „TALos Dome Ice CorE - TALDICE“ . Ledové jádro Talos Dome . Vyvolány 28 May je 2017 .
  117. ^ „Rekordní 2,7 milionu let staré ledové jádro odhaluje začátek doby ledové“ . Věda . AAAS. 14. srpna 2017 . Vyvolány 30 August je 2017 .
  118. ^ Langway 2008 , s. 27–28.
  119. ^ Madsen, Martin Vindbæk (15. března 2016). „Dokumentace“ . Východní Grónsko Ice Core Project. Archivovány od originálu dne 18. března 2017 . Citováno 17. března 2017 .
  120. ^ MacKinnon 1980 , s. 41.
  121. ^ MacKinnon 1980 , s. 42.
  122. ^ MacKinnon 1980 , s. 36.
  123. ^ MacKinnon 1980 , s. 39.
  124. ^ MacKinnon 1980 , s. 26-29.
  125. ^ MacKinnon 1980 , s. 30.
  126. ^ „IPICS White Papers“ . STRÁNKY - Globální změny v minulosti. Archivovány od originálu dne 11. října 2017 . Citováno 17. června 2017 .

Prameny

externí odkazy