Stabile Wasserisotope in polarem Schnee, Firn und Eis

Stabile Wasserisotope aus Eiskernen sind ein Proxy (Stellvertreter) für Veränderungen der Temperatur der Atmosphäre. Die Messung und Analyse der Konzentrationsänderungen in Eiskernen ermöglichen uns, Variabilität und Änderungen des Klimas in der Vergangenheit zu rekonstruieren.

In unserem Labor messen wir die stabilen Wasserisotope δ18O, δ17O, δ2H in Schnee-, Firn-, und Eiskernproben aus Grönland und der Antarktis. Dabei liegt unser Schwerpunkt in der Kombination von vielen Eiskernen innerhalb einer Region, um qualitativ hochwertige und aussagekräftige Klimarekonstruktionen für die jeweilige Region zu generieren. Diese ermöglichen eine Analyse der räumlichen und zeitlichen Änderungen der Temperatur in der Vergangenheit, und eine Trennung von natürlicher Variabilität und langfristigen Änderungen.

Ein weiterer Schwerpunkt ist die Erforschung der Signalbildung: Wie wird ein Klimasignal an der Schneeoberfläche gespeichert? Wie wird das Signal bei der Umwandlung von Schnee zu Eis modifziert? Für diese Fragen unterstützen wir Projekte, die Oberflächenprozesse, den Austausch zwischen Schnee und Atmosphäre, sowie die Modifikation des Klimasignals in den oberen Schneeschichten untersuchen. Dafür analysieren wir Schneeproben von Oberflächenprofilen, Schneekernen oder Trenches (2-dimensionalen Profilen) bis zu 4 m Tiefe.

Für eine optimale Analyse und Interpretation der Stabilen Wasserisotope als Temperatur-Proxy arbeiten wir mit unseren AWI-Kolleg:innen in Potsdam vom Stabilen Isotopen-Labor und aus der Forschungsgruppe “Erdsystemdiagnose” zusammen. Dazu kombinieren wir unsere Daten mit State-of-the-art Methoden der Statistik.

Analyse von diskreten Proben 
Für die Analyse von diskreten Proben (Schneeproben oder geschnittene Einzelproben von Firn- und Eiskernen) benutzten wir Laser Spektrometer (Cavity Ring Down Spectroscopy, Picarro Inc.) Diese Geräte sind für die Messung von Wasserstoff- und Sauerstoffisotopen in Wasser optimiert. Ausgerüstet mit einem Autosampler und Verdampfer benötigen sie nur wenige Mikroliter pro Injektionen und können auch im Feld eingesetzt werden. 

Kontinuierliche Analyse von Schnee-, Firn- und Eiskernen
In einer Kombination von einem warmen und einem kalten Labor, können wir eine Schmelzanlage betreiben, mit der wir kontinuierlich die stabilen Wasserisotope von Schnee-, Firn und Eiskernen messen können. Dazu werden die Kerne mit einem speziell dafür angefertigten Schmelzkopf im Eislabor geschmolzen. Das Schmelzwasser wird in das Warmlabor gepumpt und auf verschiedene Parameter kontinuierlich analysiert. Für die Analyse von stabilen Wasserisotopen wird das Schmelzwasser in einem dafür angefertigten Ofen verdampft und in das Laser Spektrometer injiziert.

Rezente Erwärmung in Grönland

In diesem Projekt untersuchen wir eine Reihe von Firnkernen aus Grönland. Durch die Kombination aller Zeitreihen von stabilen Wasserisotopen und die Anwendung von statistischen Methoden, konnten wir zeigen, dass die Dekade 2001-2011 die wärmste in den letzten 1000 Jahren in Grönland war. Diese 10 Jahre waren 1.5 Grad wärmer, als das 1961-1990 Referenzintervall und 1.7 Grad wärmer als das 20igste Jahrhundert.

Momentan messen wir die Verlängerungen dieser Firnkerne bis zum Jahre 2019.

Wissenschaftliche Leitung: Maria Hörhold
maria.hoerhold@awi.de

Laborleitung: Melanie Behrens
melanie.behrens@awi.de

Technikerin: Elisa Conrad
elisa.conrad@awi.de

Leitung Eiskerngruppe: Frank Wilhelms
frank.wilhelms@awi.de