Fortidens temperaturer i Grønland og kildeområder for nedbøren

Isen i de store iskapper består af vandmolekyler, som findes i forskellige isotopiske varianter. Den isotopiske sammensætning afhænger af, hvordan isen blev dannet. Fx har det betydning under hvilke forhold vandet fordampede og hvor meget afkøling vanddampen var udsat for under transporten til iskappen, før den blev omdannet til nedbør, og endte som lag på iskappen. Information om nedbørens temperaturhistorie og kildeområder ligger altså gemt i isens isotopiske sammensætning.

Vandmolekyler (H₂O) består af to brintatomer (H) og et iltatom (O), som hver især findes i forskellige isotopiske varianter. De fleste brintatomer (¹H) har bare én proton i kernen og vejer én atomar masseenhed. Nogle få atomer har derimod enten en eller to ekstra neutroner i kernen (²H og ³H), som gør dem tungere end den mest almindelige ¹H isotop. Tilsvarende findes ilt i tre forskellige isotoper: den almindelige ¹⁶O og de mere sjældne, tungere isotoper ¹⁷O og ¹⁸O, som har 8 protoner og henholdsvis 8, 9, eller 10 neutroner i kernen.

Tre forskellige vandmolekyler sammensat af to brintatomer og forskellige iltisotoper (med forskelligt antal neutroner i kernen). Den mest almindelige type er H₂¹⁶O. For hvert 10.000 vandmolekyler i naturligt vand er der kun tre H₂¹⁷O og tyve H₂¹⁸O.

I klimastudier er det særligt vandmolekylerne med enten en ¹⁸O eller en ²H der har interesse, og som måles (læs mere om måleteknikker her). Generelt er der færre af de tunge isotoper ¹⁸O og ²H (også kaldet Deuterium eller 'D'), jo koldere betingelser sneen er dannet under. Forskellene i antallet af de tunge isotoper er meget små, og af praktiske grunde angives den målte andel af ¹⁸O eller ²H som såkaldte δ¹⁸O (delta-O-atten) og δD (delta-Deuterium) værdier. Disse værdier er normalt negative, og spænder fra omkring -80‰ til 0‰ for δ¹⁸O, og fra -600‰ til 0‰ for δD. En promille δ¹⁸O (eller 8‰ δD) svarer til en temperaturforskel for nedbøren på 1,5-4,0°C.

δ¹⁸O- og δD-værdierne bruges som indikatorer for fortidens temperaturer, og er de såkaldte temperatur-proxy. Ved at analysere den isotopiske sammensætning af de grønlandske iskerner, er det muligt at rekonstruere klimaet i Grønland, som det var for mere end 100.000 år tilbage i tiden. For de sidste 8000 år er det endda muligt at aflæse, hvordan temperaturen varierede indenfor de enkelte årstider, og år for år.

δ¹⁸O-værdier fra den korte grønlandske Crête iskerne viser tydeligt, hvordan temperaturen varierede indenfor de enkelte år. Idet isens isotopiske sammensætning er forskellig for sommer- og vintersne, er det muligt at identificere de enkelte årlag i isen, og isotopkurven benyttes til datering af isen ved simpelthen at tælle antallet af årlag fra sneoverfladen og nedefter.

Isotopkurven fortæller også om, hvordan  klimaet var i det område nedbøren stammer fra, d.v.s. kildeområdet for nedbøren. Det vigtigste kildeområde for den grønlandske nedbør, er Nordatlanten.

I første tilnærmelse er δD-værdierne otte gange højere (men negative) end δ¹⁸O-værdierne, fordi den relative masseforskel mellem D and ¹H er otte gange større end den relative masseforskel mellem ¹⁸O og ¹⁶O. Forskellen δD-8⋅δ¹⁸O (kaldet Deuterium-excess) varierer dog ganske lidt, og indeholder information om klimaet (temperaturen) ved kildeområdet for nedbøren. 

Læs mere:
- Isotoper og delta-notationen
- Fraktionering og temperaturer: hvorfor afspejler δ¹⁸O og δD temperaturen?
- Isotoper afslører skiftende kilder for nedbøren ved slutningen af istiden
- Isotopmålinger som basis for iskernedatering
- Metoder til måling af isotopforhold i vand