Informationen für die Klimaforschung durch verfeinerte Analysen von Eisproben
Eisproben sind die einzige direkte Ressource, um vergangene klimatische Ereignisse zu erforschen. Partikel in dünnen Eisschichten geben Aufschluss über atmosphärische Veränderungen während früherer plötzlicher Klimaveränderungen. Diese Informationen sind wichtig, um aktuelle Entwicklungen der globalen Erwärmung zu verstehen. Unterstützt über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen(öffnet in neuem Fenster) war das Ziel im Projekt MICRO-CLIMATE(öffnet in neuem Fenster), zwei innovative Analyseverfahren zu kombinieren, um bessere Erkenntnisse aus Eisproben zu gewinnen. Systeme mit LA-ICP-MS (Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry) enthalten die notwendigen Werkzeuge: Das eine ist mit einer einzigartigen großen Kryozelle am Climate Change Institute in Maine ausgestattet, das andere dient der hochauflösenden 2D-Kartierung von Verunreinigungen im Eis an der Universität Ca' Foscari in Venedig.
Dansgaard-Oeschger-Ereignisse im Fokus
Plötzliche Klimaveränderungen sind im Laufe der Erdgeschichte mehrfach aufgetreten, aber die zugrundeliegenden Mechanismen sind nicht vollständig geklärt. Es ist weithin anerkannt, dass aktuell ein Übergang plötzlicher Klimaveränderungen stattfindet, und nirgendwo auf der Welt beschleunigt sich die globale Erwärmung so schnell wie in der Arktis. Das MICRO-CLIMATE-Team konzentrierte sich speziell auf das arktische Eisarchiv von Grönland, in dem Aufzeichnungen aus 115 000 Jahren erhalten sind. Es gibt Hinweise darauf, dass schnelle Klimaschwankungen, die als Dansgaard-Oeschger-Ereignis(öffnet in neuem Fenster) bezeichnet werden, während der letzten Eiszeit Dutzende Male auftraten. Beweise für Klimaschwankungen sind in Form von atmosphärischen Partikeln in Proben von Eisbohrungen erhalten. Durch die Untersuchung dieser Partikel in den dünnen Eisschichten aus der Zeit plötzlicher Klimaveränderungen versucht das MICRO-CLIMATE-Team zu verstehen, welche Klimakomponenten sich zuerst und welche sich danach verändert haben. „Eine der wichtigsten Aufgaben besteht darin zu verstehen, wie die Wechselwirkungen zwischen Eis und Verunreinigungen die in stark ausgedünntem Eis gespeicherten Klimasignale stören können. Die grönländische Eisprobe, den wir im Rahmen von MICRO-CLIMATE analysiert haben, wies stark ausgedünnte Schichten auf und bot somit ein gutes Testobjekt“, erklärt der Projektkoordinator Pascal Bohleber.
Zwei Verfahren für eine bessere Auflösung
Zu den Nachteilen herkömmlicher Verfahren für die Analyse von Eisproben gehören die Zerstörung der Probe und die fehlende Möglichkeit einer hochauflösenden Analyse. Bei MICRO-CLIMATE wurde Kryo-Raman-Spektroskopie mit LA-ICP-MS kombiniert, wie in der Fachzeitschrift „Geochemistry, Geophysics, Geosystems“(öffnet in neuem Fenster) beschrieben wird, um diese Probleme zu lösen. Die LA-ICP-MS stellt einen mikro-destruktiven, hochauflösenden Ansatz dar, aber eine Herausforderung ist die Vermeidung von Fehldeutungen. Dabei müssen die Wechselwirkungen zwischen Verunreinigungen und der Eiskristallmatrix berücksichtigt werden. Mit den ergänzenden Systemen wurde dieses Problem im Projekt gelöst. Mit dem LA-ICP-MS-System in Maine war ein hoher Durchsatz von Eisproben von bis zu einem Meter Länge möglich. Das System in Venedig lieferte eine hochauflösende 2D-Kartierung der im Eis eingebetteten Verunreinigungen. Der Einsatz der beiden Systeme nacheinander erwies sich laut Bohleber als erfolgreich, da jeweils die gleichen Signale im Eis entdeckt wurden. „Wir haben auch in die Prüfung der Kalibrierung der Signale investiert, und diese Kalibrierungsverfahren werden auch heute noch in beiden Labors verwendet“, verrät er. Das MICRO-CLIMATE-Team weist mit der Nutzung der Stärken von zwei Forschungszentren den Weg für erfolgreiche Forschung in der Zukunft. Das Projekt wurde ein Jahr früher abgeschlossen, da der MSCA-Stipendiat vom Europäischen Forschungsrat einen Consolidator Grant(öffnet in neuem Fenster) erhielt. Dadurch verzögert sich die Veröffentlichung der Daten aus dem Projekt, aber die einzelnen plötzlichen Klimaveränderungen können umfassender untersucht werden. Und, so Bohleber: „Die gute Nachricht ist, dass LA-ICP-MS mikro-destruktiv ist, sodass das Eis noch da ist und wir es weiter analysieren können.“
