Dem Klima auf der Spur - Bohren im Eis der Antarktis Dr.-Ing. Hans Oerter, Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) in der Helmholtzgemeinschaft Deutscher Forschungszentren (HGF) Bremerhaven Treffen Führungskräfte -Gruppe, Krefeld, 28. April 2007
Vier Vorbemerkungen zur Klimafrage: Klima in der Presse - in unserem Bewusstsein? Kohlendioxid in der Atmosphäre Lufttemperatur einst und jetzt Weltbevölkerung 2
2003 2006 1986 3
Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphäre Zeit (Jahre vor 2005) heute Messung an Luftproben seit 1958 Messung an Eisproben Quelle: IPCC, Climate Change 2007: The Physical Basis, Summary for Policy Makers (www.ipcc.ch) 4
Änderung der Lufttemperatur Abweichung der Temperatur ( C) vom Mittel der Jahre 1961-1990 Mittel 1961-1990 Mittel 1961-1990 heute + 0.6 C Pieter Brueghel d.j. (1564-1638) Daten von Thermometern (rot) und von Baumringen, Korallen, Eiskernen sowie historischen Aufzeichnungen (blau) heute 5
Pieter Brueghel d.j. (1564-1638): Winterlandschaft mit Vogelfalle I, 1601. Kunsthistorisches Museum Wien 6
Wachsende Weltbevölkerung Quelle: Der Fischer Weltalmanach 2004, Frankfurt a.m. (2003) 7
1. Das Projekt EPICA 2. Inlandeis und Klimainformation im Eis 3. Wie gewinnt man Eisbohrkerne 4. Was sagen uns die Eisbohrkerne zum Klima? 8
European Project for Ice Coring in Antarctica (EPICA) Mario Zucchelli DML: 17. Jan. 2006 2774 m >300 ka Dome C: 21. Dez. 2004 3272 m ca. 890 ka (>2x Vostok) EPICA beinhaltet 2 Eiskerne in der Antarktis: Dome C (75 06.10 S, 123 23.71 E, 3233 m; ice 3250 ±25m; 25 kg m -2 a -1; -54.5 C) Dronning-Maud-Land (DML) (75 00.10 S, 0 04.07 E. 2882 m; ice 2782 ±10m; 64 kg m -2 a -1 ; -44.6 C) 68 S 70 S 72 S 74 S 30 W Weddellmeer 10 W 0 10 E Halley Bruntschelfeis Riiser- Larsen- Neumayer Ekströmschelfeis Schelfeis Wasa 500 1000 20 W 1500 Dronning-Maud-Land Ritscherflya Kottas Camp Heimefrontf. 2000 SANAE III SANAE IV Kirwanv. Jutulstraumen DML05 2500 Troll H.U.Sverdrupf. Kohnen Amundsenisen 3000 10 W 0 10 E Nowolaserewskaja 1500 2000 2500 Wegenerisen 3000 500 1000 0 km 500 Meer Schelfeis Inlandeis, gegründetes Eis 2000 Höhenlinie Aufsetzlinie Traversenrouten: Großbritannien Schweden Deutschland Norwegen 10 Europäische Länder arbeiten bei EPICA zusammen: Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Italien, Niederlande, Norwegen, Schweden, Schweiz, Vereinigtes Königreich Die Arbeiten wurden finanziell gefördert von der Europäischen Kommission und durch nationale Beiträge. Für Deutschland: AWI und Deutsche Forschungsgemeinschaft 70 S 72 S 74 S 76 S layout hans oerter, 2007 9
Inlandeis und Klimainformation aus Eisbohrkernen foto: hans oerter, 2006 10
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Ein Eisschild baut sich aus über einander liegenden Jahresschichten auf. fotos: hans oerter 12
Verdichtungsprozess im Eisschild 0 20 40 60 80 100 120 140 Tiefe (m) Dichte kg/m 3 Dünnschnitte Verdichtungsprozess Dichte kg/m 3 500 900 Schelfeis, B15 T = -24.7 C, A = 166 kg/(m 2 a) 28.6 m 41.1 m 53.7 m 122.2 m 134.8 m 0 2 cm 0 2 cm 0 2 cm Rekristallisation Setzen Kriechen Komprimieren Luftblasen Dichte kg/m 3 550 730 830 Eis Firn 0 20 40 60 80 100 120 140 Tiefe (m) 500 900 Inlandeis, B32 T = -44.5 C, A = 62 kg/(m 2 a) grafik: h.oerterawi/2000 13
Das Klima-Archiv Eis speichert Informationen zu: Lufttemperatur Gasgehalt in der Atmosphäre O2 N2O H2O2 CO2 CH 4 Aerosole Mt. Pinatubo 1991 foto: NOAA 14
Das Isotopen-Thermometer ( 18 O) Sommer/warm Winter/kalt 2005 2004 03 2002 2001 2000 1999 1998 97 96 1995-50.9 C -44.6 C -35.1 C 15
Antarktische Halbinsel Weddellmeer Kohnen EPICA-DML, 2774m, >300 ka JARE 3029m, >1000 ka? Dyer Pl. B15 Berkner Is. Dome F Siple St. Eiskerntiefbohrungen in der Antarktis Byrd Siple D. Rossmeer Südpol Taylor D. Dome A Talos D. China, geplant Vostok Russl., F, US 3700m, 420 ka Dome C I, F, D, UK EPICA-DC, 3270m, 890 ka Law Dome layout: w. rack, h. oerter, AWI 16
Wie bohrt man einen tiefen Eiskern? Logistik und Bohrtechnik foto: hans oerter, 2006 17
Kohnen 18
Kohnen foto: j. köhler, 2005 19
Novolazerewskaja Airfield, Antarktis foto: hans oerter, 2005 20
Landung bei Kohnen-Station, Antarktis Basler BT76 (DC-3) foto: hans oerter, 2005 21
Zur Antarktis 6 + 3 Stunden Kohnen-Station, 11.11.05, 23:05 GMT foto: hans oerter, 2005 22
Ganz wichtig: warme Schuhe! foto: hans oerter, 2006 23
EPICA-Bohrcamp Kohnen-Station foto: hans oerter, 2006 24
Kohnen-Station 75 S, 0 E, 2882 m Zum Bohren Funk, PC, e-mail Messe Küche Sanitärcontainer 2 Schlafräume á 4 Pers. Schneeschmelze Generator Werkstatt foto: hans oerter, 2006 25
Kohnen-Station Funk, PC, e-mail Messe Küche Sanitärcontainer 2 Schlafräume á 4 Pers. Schneeschmelze Generator Werkstatt foto: hans oerter, 2006 26
Die Messe 27
Drill und Science Trench im Bau foto: hans oerter, 2001 28
Im Drill Trench: der Bohrturm foto: hans oerter, 2006 29
Inclined Trench 6 m tief Inlined Trench foto: hans oerter, 2006 30
Antitorque innen: Chips-Kammer Motor & Elektronik Hüllrohr Bohrturm Kernrohr & Bohrkrone Das Bohrgerät foto: hans oerter, 2005 31
Bohrmesser Eiskern Kernfänger Schuhe Kernrohr mit Bohrkrone foto: hans oerter, 2005 32
Erste Inspektion des frischen Kerns foto: hans oerter, 2006 33
Der Science-Trench foto: hans oerter, 2006 34
Sägen auf 1-Meter-Stücke foto: hans oerter, 2006 35
Di-electric Profiling (DEP) foto: hans oerter, 2006 36
Verpacken der Kerne foto: hans oerter, 2006 37
Bereit für den Abtransport foto: hans oerter, 2006 38
Beladen des Flugzeuges foto: hans oerter, 2006 39
foto: hans oerter, 2006 Twin-Otter von British Antarctic Survey (BAS) 40
Ein zufriedenes Team: 2774 m; 17. Jan. 06 foto: sepp kipfstuhl, 2006 41
10 mm 33 x 33 mm 15 mm 24 mm Dünnschnitte CFA 18 O 10 Be 54 mm 44 mm Archiv 55 mm Gase, Staub 98mm foto: hans oerter, 2006 Probenzuteilung aus dem Eiskern 42
Büro Eislabor Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven GebD 43
Das Eislabor am Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven Horizontalsäge Line-Scan Längs- und Querschnitte foto: hans oerter, 2002 Auspacken des Kerns Vorbereitung für Line-Scan 44
Arbeiten mit Eis im Kalten fotos: hans oerter, 2003 45
foto: hans oerter, 2006 46
Antarctic ice core records: Vostok and EPICA CO 2, CH 4 and D CO 2 (ppmv) 300 Vostok (black) and Dome C (blue) data 270 240 210 heute 375 vor 1850 AD D ice ( ) 180-390 -420 Warm Cold EPICA Dome C data CH 4 (ppbv) -450 Vostok (black) and Dome C (blue) data 700 600 500 400 300 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Age / kyr BP heute EPICA data are plotted on EDC2, Vostok data on GT4 timescale Petit et al., 1999 (Vostok), Siegenthaler et al., 2005 (Dome C - CO 2 ), Spahni et al., 2005 (Dome C - CH 4 ), EPICA community members, 2004 ( D) 47
Vergleich Antarktis (EDML) - Grönland (NGRIP) Jedes antarktische Isotopen Maximum (AIM) im EDML- Kern entspricht einem DO Ereignis in Grönland (NGRIP) AIM In der Antarktis beginnt die Erwärmung in einer Kaltphase (Stadial) des Nordens, die Abkühlung in einer Warmphase (Interstadial) DO Quelle: EPICA community members: Nature,Vol. 444, November 9, 2006) 48
foto: hans oerter, 2003 49
Informationen aus dem IPCC- Report 2007: Treibhausgase Zeit (Jahre vor 2005) 10 000 5 000 0 heute heute Quelle: IPCC, Climate Change 2007: The Physical Basis, Summary for Policy Makers (www.ipcc.ch) 50
Informationen aus dem IPCC- Report 2007: Erhöhung der Lufttemperatur 51cm 38cm 18cm 23cm Quelle: IPCC, Climate Change 2007: The Physical Basis, Summary for Policy Makers (www.ipcc.ch) 51
Informationen aus dem IPCC- Report 2007: Treibhausgase oder Änderung Erdumaufbahn? Quelle: IPCC, Climate Change 2007: The Physical Basis, Summary for Policy Makers (www.ipcc.ch) 52
Informationen aus dem IPCC- Report 2007: Meerespiegelerhöhung und Ursachen 1961-2003 mm pro Jahr 1993-2003 mm pro Jahr Gletscher und Eiskappen Grönland Antarktis 0.42 ±0.12 0.50 ±0.18 0.05 ±0.12 0.14 ±0.41 38.2% 45.4% 4.5% 12.7% 1.6 ±0.5 0.77 ±0.22 0.21 ±0.35 0.21 ±0.35 57.1% 27.5% 7.5% 7.5% Summe Modell: 1.1 ±0.5 Summe Messung: 1.8 ±0.5 (100%) 2.8 ±0.7 3.1 ±0.7 (100%) Differenz: -0.7 ±0.5-0.3 ±1.0 Quelle: IPCC, Climate Change 2007: The Physical Basis, Summary for Policy Makers (www.ipcc.ch) 53
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