Eisbohrkerne - Archive der Klimaforschung

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Eisbohrkerne - Archive der Klimaforschung"

Robert Bäcker
vor 7 Jahren
Abrufe

1 Universität Leipzig Fakultät für Physik und Geowissenschaften Bereich Didaktik der Physik und Institut für Geophysik und Geologie Eisbohrkerne - Archive der Klimaforschung Masterarbeit im Studiengang Master für das höhere Lehramt an Gymnasien im Kernfach Physik zum Erwerb des akademischen Grades Master of Education Sommersemester 2011 vorgelegt von: Diana Oehler am: Matrikelnummer: Erster Gutachter: Zweiter Gutachter: Prof. Dr. Wolfgang Oehme, Universität Leipzig Prof. Dr. Werner Ehrmann, Universität Leipzig

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Theoretische Grundlagen zu Eisbohrkernen Warum werden Eisbohrkerne untersucht? Welche Bohrstationen weltweit gibt es? Wie wird die Bohrung technisch umgesetzt? An welcher Stelle im Eis wird gebohrt? Datierung von Eisbohrkernen Umwandlung von Schnee zu Eis Auszählen von Jahreslagen Be-Datierung Grundlagen zu Isotopen Die 10 Be-Atomuhr Messung weiterer radioaktiver Isotope Fließmodelle Messung der elektrischen Leitfähigkeit Methoden und ausgewählte Ergebnisse der Eisbohrkern-untersuchung Zusammensetzung der Atmosphäre Analyse von isolierten Lufteinschlüssen Entwicklung der Kohlendioxidkonzentration Entwicklung der Methankonzentration Temperaturrekonstruktion Isotopenanalyse Entwicklung der globalen Temperatur und Dansgaard-Oeschger-Ereignisse Humidität Deuteriumüberschuss Humidität am Beispiel des Eisbohrkernes DOME C Niederschlagsrate Sonnenaktivität und 10 Be-Konzentration I

3 4.4.2 Dicke der Jahreslagen Rekonstruktion der Niederschlagsraten in der Antarktis Vulkanische Aktivität SO 2-4 -Konzentration und elektrische Leitfähigkeit Rekonstruktion von Vulkanausbrüchen der letzten 9000 Jahre Windaktivität und Windgeschwindigkeit Partikelkonzentration und Korngröße Rekonstruktion der Windverhältnisse der Antarktis der letzten Jahre Milankovitch-Zyklen und ihre Auswirkungen auf das globale Klima Milankovitch-Zyklen Zusammenhang von Milankovitch Zyklen und der globalen Temperaturentwicklung Zusammenhang von Deuteriumüberschuss und Obliquität Vergleich von Eisbohrkernen und Sedimenten Vergleich zeitlicher Rückschlüsse und der Entstehung Vergleich von Ablagerungsräumen Vergleich der Methoden Vergleich der Datierungsmöglichkeiten Vergleich der Sauerstoffisotopenzusammensetzung von Eisbohrkernen und Sedimentbohrkernen Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis Anhang (CD) II

Fraglich bleiben bei der Betrachtung der Konzentration von Methan und Kohlendioxid aber die periodischen Schwankungen mit auftretenden Maxima und Minima (Abb. 19 und Abb. 21).

4 Fraglich bleiben bei der Betrachtung der Konzentration von Methan und Kohlendioxid aber die periodischen Schwankungen mit auftretenden Maxima und Minima (Abb. 19 und Abb. 21). Es stellt sich ebenfalls die Frage, ob diese Schwankungen mit der globalen Temperaturentwicklung verbunden sind. Auf diese Fragen soll im nächsten Abschnitt eingegangen werden. 4.2 Temperaturrekonstruktion Isotopenanalyse Der Großteil unseres Planeten ist mit Wasser bedeckt. So erstaunt es auch nicht, dass Wasser die Grundlage der Temperaturrekonstruktion bildet. Wasser besteht aus Sauerstoff und Wasserstoff und kommt auf der Erde hauptsächlich in Form von H 16 2 O, H 18 2 O und HDO 5 mit einem Verhältnis von :2.000:320 vor (Fischer, 2004). Im Wasserkreislauf ändert sich der Aggregatzustand des Wassers mehrmals. Wasser verdampft an der Ozeanoberfläche zu Wasserdampf, der in die Atmosphäre aufsteigt. Durch die dort herrschenden niedrigeren Temperaturen kondensiert er und es bilden sich Wolken. Durch Niederschlag gelangt das Wasser direkt oder indirekt über das Grundwasser oder oberflächlichen Abfluss in den Ozean zurück (Abb. 23). Abb. 23: Wasserkreislauf (jährliche Umsatzmengen in 1000 km 3, Press & Siever, 2003) 5 D= 2 H=Deuterium 30

5 Durch Kondensation und Verdampfung innerhalb des Wasserkreislaufes der Erde kommt es jedoch zur Trennung von Isotopen (Fraktionierung), so dass die Verhältnisse der Isotope in den Wasserspeichern (Niederschlag, Eis, Wolken) unterschiedlich sein können. Diese Verhältnisse werden relativ zu einem Standard gemessen. Oft wird dabei mit dem internationalen Standard SMOW (Standard Mean Ocean Water) gearbeitet. Die Delta-Notation der Probe im Vergleich zum Standard ergibt sich dabei mit dem Isotopenverhältnis R wie folgt: = = 1. Für die Moleküle des Wassers werden speziell die Verhältnisse der schweren Isotope ( 18 O und D) zu den leichten Isotopen ( 16 O und H) betrachtet, welche die folgenden Deltanotationen liefern: = = ) 1= ( ( ) 1= (/) 1. (/) 1, Die Deltawerte sind einheitenlos und werden meist in Promille durch Multiplikation mit 1000 angegeben, da diese sonst sehr klein sind. Beispielsweise liefert ein Deltawert von 0,007 eine Angabe von 7 (Aeschbach-Hertig). Die Fraktionierung entsteht durch den unterschiedlichen Wasserdampfdruck der Isotope, der für leichte Isotope höher ist. Bei der Verdunstung geht das im Ozean enthaltene leichtere Isotop 16 O bevorzugt in Wasserdampf über, so dass die Wolken isotopisch leicht und der Ozean isotopisch schwer sind. Bei der Kondensation des Wasserdampfes ziehen die schweren Isotope 18 O des Sauerstoffs den flüssigen Aggregatzustand vor, so dass es zu einer Anreicherung des Niederschlags mit den schweren Isotopen kommt. Dabei sinkt die Konzentration von 18 O im Wasserdampf in den Wolken. Während des Wasserkreislaufs kommt es also zu einer Abnahme der 18 O- Konzentration. Je stärker die Temperatur dabei sinkt, desto schneller kondensiert der Wasserdampf und umso geringer ist die Konzentration von 18 O im Wasserdampf der Wolken im Gegensatz zum Ozean. 31

Der Niederschlag, der in die Eismassen eingetragen wird, hat große Entfernungen zurückgelegt und ist somit an 16 O angereichert und isotopisch leichter als im Ozean (Abb. 24).

6 Der Niederschlag, der in die Eismassen eingetragen wird, hat große Entfernungen zurückgelegt und ist somit an 16 O angereichert und isotopisch leichter als im Ozean (Abb. 24). In Warmzeiten schmelzen dabei die Eiskappen und in Kaltzeiten wird isotopisch leichtes Wasser als Eismassen angesammelt. Abb. 24: Veränderung in der Sauerstoffisotopenzusammensetzung des Ozeans, der Wolken und den Niederschlägen während der Bildung von kontinentalem Eis mit Angabe des δ 18 O- Wertes (erstellt durch Werner Ehrmann, Universität Leipzig nach Siegenthaler, 1979; Kump et al., 2004) Zusammenfassend kann also festgehalten werden, dass die Deltawerte des Niederschlages, der in das Eis eingetragen wird, eine Temperaturrekonstruktion ermöglichen (Kump et al., 2004; Brinck, 2010). Trägt man die durchschnittlichen jährlichen δ 18 O-Werte und die Temperaturen (ϑ) in einer Eistiefe von 10 m von Grönland und der Antarktis gegeneinander auf, so erkennt man einen linearen Zusammenhang, der durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird: =0,67 13,7. Ebenfalls kann die Temperatur aus dem δd-wert erschlossen werden, da δd und δ 18 O ebenfalls durch eine lineare Beziehung der Form = 8,0 stehen. Hieraus ergibt sich folgende Gleichung: = 8,0 (0,67 13,7) +10=5,36 99, in Verbindung 32

Ähnliche Dokumente

Klimasystem. Das Klima der Erde und wie es entsteht: Definition Klima

Klimasystem. Das Klima der Erde und wie es entsteht: Definition Klima Das Klima der Erde und wie es entsteht: Definition Klima Unter dem Begriff Klima verstehen wir die Gesamtheit der typischen Witterungsabläufe an einem bestimmten Ort oder in einer bestimmten Region über