Synkronisering af iskerner ved hjælp af vulkanske lag

Tynde, brune lag med en tykkelse på cirka en eller to milimeter kan nogle gange ses i de ellers klare iskerner. Lagene består af materiale, der stammer fra vulkanudbrud.

Et af de mest markante askelag i de grønlandske iskerner kan ses længst til højre i dette 55 cm lange iskernestykke. Det er det 55.000 år gamle askelag Z2, som formentlig stammer fra et enormt vulkanudbrud på Island. Det samme askelag kan også findes i hav- og sø-sedimentkerner fra det nordatlantiske område, hvilket gør laget til en vigtig referencehorisont i arbejdet med at sammenkæde iskerner og sedimentkerner.

Under et vulkanudbrud bliver gas, lava, klipper og små askepartikler kastet højt op i atmosfæren. De mindste partikler bliver båret med vinden og transporteret med luftmasserne indtil de falder ned og dækker overfladen med et tyndt lag af askefyldt materiale. Aske der landede på overfladen af den grønlandske indlandsis for tusinde af år siden, har sammen med isen bevæget sig langt ned i iskappen, og kan kun findes ved at bore dybe iskerner.

Mange af askepartiklerne i kernen er for små til at være synlige med det blotte øje. Oftest er partiklerne kun en tiendedel eller en hundrededel af en milimeter på tværs. Kun når en meget stor mængde støvpartikler er til stede i et lag, bliver laget synligt i kernen som et tyndt, brunt bånd; men de fleste vulkanske askelag i isen er usynlige, fordi der kun er en lille mængde askekorn tilstede. At søge efter askelag i den tre kilometer lange iskerne kan lyde som en umulig opgave. Ikke destro mindre er det hvad forskerne ved Center for Is og Klima gør.

De vulkanske askelag er vigtige referencehorisonter. Og de kan bruges til at sammenkæde forskellige iskerner og andre datasæt, der beskriver fortidens klima. Et vulkansk askelag indeholder også et kemisk fingeraftryk, som gør det muligt at bestemme præcis hvilken vulkan asken stammer fra, og nogle gange endog hvilket af vulkanens udbrud, askelaget stammer fra. Det er denne enestående egenskab der gør, at forskerne kaster sig ud i at lede efter de bittesmå askepartikler i de kilometerlange iskerner.

Identifikation og analyse af vulkanske askelag

Det kan umiddelbart godt ligne en umulig opgave at finde usynlige askelag i en tre kilometer lang iskerne, der består af 20 ton is. Heldigvis er der hjælp at hente. Efter et vulkanudbrud er nedbøren ofte en smule sur. Surheden opstår på grund af tilstedeværelsen af svovlsyre, der stammer fra svovlgasserne som bringes op i atmosfæren under vulkanudbrudet. Dette relativt høje syreindhold i isen øger isens elektriske ledningsevne drastisk, og det er hurtigt og forholdsvis enkelt at måle den elektriske ledningsevne for is. Syretoppene i det målte datasæt kan bruges som en ledetråd for, hvor de små askepartikler er gemt. Forskerne skærer derfor isprøver fra området lige omkring hvor syreforekomsten viser sig; men der er desvære ingen garanti for at der er aske tilstede, og prøverne må derfor analyseres meget nøje.

Isprøverne smeltes og bliver centrifugeret for at skille urenheder (herunder eventuelle askepartikler) fra vandet. Det meste af urenhederne er støv eller meget finkornet sand, der er ført til Grønland af vinden fra kilder så langt væk fra som ørknerne i Asien. Hvis der er askekorn tilstede, kan disse identificeres ved hjælp af et almindeligt mikroskop, eller et elektron-skanningsmikroskop.

Et billede af en askeprøve taget med et elektron-skanningsmikroskop. Askeprøven stammer fra et 55.500 år gammelt askelag i NGRIP-kernen. Askekornene er de store stykker der ligner glasskår. Farverne på billedet er ikke de naturlige farver. Den hvide linje til venstre for neden er 1/10 mm stor.

Et askekorn kan ofte identificeres ud fra dets glasagtige og skinnende udseende, dets særlige form og gennemsigtighed. Partiklerne er normalt enten farveløse eller en anelse lyserøde eller brune, alt afhængig af deres kemiske sammensætning.

Efter et askelag er blevet lokaliseret, starter den kemiske analyse, der foretages ved hjælp af en elektron-mikroprobe. Instrumentet skyder en elektronstråle ind på den askepartikel der er ved at blive undersøgt. Den kemiske sammensætning af partiklen kan udledes fra bølgelængderne af den røntgenstråling, der udsendes af prøven.

For at få pålidelige resultater, skal de enkelte prøver forberedes grundigt før analysen. Forberedelsesprocessen er særdeles arbejdskrævende. De askekorn der skal analyseres, skal have en glat og flad overflade, og være i niveau med elektronkanonen i mikroproben. En måde at gøre dette på er at placere askekornet i et resin (epoxy) på en glasplade, og slibe prøvens overflade med finkornet diamantstøv. Overfladen bliver derved langsomt poleret af det hårde diamantstøv. Det er dog vigtigt ikke at høvle hele støvkornet væk. Undervejs i poleringen bruges et mikroskop til at holde øje med, om den polerede overflade af askekornet er glat.

Når den kemiske analyse af askekornet er overstået, sammenlignes resultaterne med resultater fra analyser af lignende askekorn fundet i andre is- eller sedimentkerner, eller med sammensætningen af aske fundet direkte ved den vulkan, man mener asken oprindeligt stammer fra.

Læs mere om
- synkronisering af iskerner ved hjælp af kosmogene isotoper
- synkronisering af iskerner ved at bruge af det globale CH₄-signal
- synkronisering af iskerner ved hjælp af mønstre af toppe i urenhedsmåleserierne