SRP/SOP "Isotopmålinger og klima"

Forskning på Niels Bohr Institutet

Center for Is og Klima tilbyder et dagsbesøg i forbindelse med SRP- og SOP-projekter hvor centerets forskere giver foredrag om iskerne- og klimaforskning og de studerende laver et forsøg om fraktionering af ilt-isotoper i vand.

Forsøget går ud på at måle hvordan isotopforholdene (δ¹⁸O-værdierne) i vand ændrer sig efterhånden som mere og mere vand fordamper fra en prøve.

Det er et ret simpelt forsøg, der ikke desto mindre illustrerer fysikken bag en af de vigtigste metoder til at bestemme temperaturvariationer i fortidens klima.

Selvom målemetoderne har ændret sig, er isotopmålinger fortsat i dag vigtige værktøjer for klimaforskere, og øvelsen kan derfor indgå i mange sammenhænge med andre fag.

Tilmelding og hvad vi tilbyder

I 2024 afholdes øvelsen formentlig tirsdag d. 27/2 fra kl. 9⁰⁰ og til et godt stykke ud på eftermiddagen. Intromøde (anbefalet men ikke obligatorisk) er planlagt til tirsdag d. 20/2 kl. 16-17 på zoom.

• Tilmelding er nødvendig via NBIs kommunikationskontor

Vi starter forsøget og går til og fra forsøget i løbet af dagen. Ind imellem holder centeres forskere et antal foredrag om teorien bag øvelsen og vores forskning. Vi tilbyder sidst på besøgsdagen vejledning i begrænset omfang (enten individuelt eller i små grupper) omkring øvelsens indhold og vores iskerneforskning, og efter aftale typisk et eller to vejledningsmøder (ofte online) efter besøgsdagen.

Isotopmålingerne foretages i vores laboratorium i dagene efter besøget, og data tilsendes pr. e-mail. I tilfælde af nedbrud af udstyr, sygdom i laboratoriet eller lignende, der forhindrer at målingerne kan gennemføres, får elever mulighed for at bruge en datafil fra et tidligere tilsvarende eksperiment.

Øvelsen er ikke omfangsrig nok til i sig selv at udgøre et helt SRP-projekt, men vi har set mange gode opgaver, hvor øvelsen udgør det eksperimentelle element.

Mere om baggrunden for øvelsen

Forsøget efterviser hvordan isotopforholdene ændrer sig når en vandmængde gradvist fordamper. Det kan lyde meget teknisk og specifikt, men der er et direkte link til iskerne- og klimaforskning, som forklares her:

I klimaet bevæger vanddamp sig med vejrsystemerne fra lave breddegrader (f.eks. midt i Atlanterhavet) nordpå med vinden til og op over iskapperne. Undervejs afkøles luft og damp, og da køligere luft kan rumme mindre vanddamp, dannes der nedbør. I denne proces opfører de forskellige isotoper sig lidt forskelligt (de fraktioneres).

Groft sagt bestemmer graden af nedkøling undervejs fra dampens kildeområde til nedbørsstedet mængden af nedbør, som igen bestemmer hvor meget isotoperne fraktioneres. Man kan derfor estimere nedkølingen ud fra isotopforholdet i vand- og isprøver, og det er derfor vi overhovedet måler isotopforhold i iskerneprøver.

Da dampens kildeområde kan have ændret sig over tid, er det ikke lige til at fastlægge sammenhængen mellem isotopforholdet i en iskerneprøve og hvad temperaturen var hen over iskappen dengang, sneen faldt. En mulighed er at bruge observerede isotopværdier og målte temperaturer fra mange forskellige målestationer (alle fra nyere tid hvor vi har målt begge del samtidigt) og så lave en kurve, der viser sammenhængen. Det var det, Willi Dansgaard gjorde da han opfandt metoden.

Selve forsøget

Det er vanskeligt at efterligne den naturlige proces i laboratoriet. Det mest illustrative i forhold til den virkelige verden ville være at starte forsøget med en dampmængde og så langsomt afkøle denne, Hermed ville der blive dannet nedbør, som kunne opsamles til isotopmålinger. Men det er meget vanskeligt i praksis at håndtere en (stor) dampmængde og på systematisk vis opsamle den dannede nedbør løbende, så derfor "vender vi forsøget om" og lader i stedet for vand fordampe. Det er nemlig rimeligt ligetil ved hjælp af vejning at måle hvor meget af hver prøve, der er tilbage på et givent tidspunkt, og så måle isotopforholdet i dette vand.

Forsøget viser, at der er en simpel sammenhæng mellem isotopforholdet i en vandprøve og hvor stor en andel af vandet, der er tilbage i prøven (altså hvor stor en andel, der ikke er fordampet).

Denne empiriske sammenhæng kan så bruges til at "oversætte" mellem isotopforhold og nedkøling og dermed indirekte også temperaturen. Der er en del usikkerheder i dette, som vi taler om i løbet af forsøgsdagen.

Man kan også lave en beregning, der illustrerer sammenhængen mellem isotopforholdet og temperaturen under nogle særlige forudsætninger, nemlig det tilfælde hvor en luftmængde der indeholder vanddamp er mættet (altså indeholder den maksimale mængde vanddamp ved den pågældende temperatur) og derefter nedkøles. Dette illustreres i opgave 2 i undervisningsmaterialet.

Relevant materiale

Klik her eller brug menupunktet til venstre om undervisningsmateriale.

Baggrundsmateriale om vores forskning

Klik her eller brug menupunktet til venstre for at læse mere om iskerner og klimaforskning generelt.