Ледяные керны, которые позволят нам выглядеть 1.5

Ученые бурят глубоко в антарктическом льду, чтобы лучше понять роль углекислого газа в атмосфере в климатических циклах Земли.

Быстро и осторожно, передвигаясь в двух слоях перчаток, Флориан Краусс помещает кубик льда в позолоченный цилиндр, который светится красным в свете прицельного лазера. Он отступает назад, чтобы полюбоваться машиной, покрытой проводами и датчиками, которая превращает полярный лед в климатические данные.

Если бы это был настоящий кусок драгоценного льда из Антарктиды возрастом в миллион лет, а не просто тестовый куб, он затем запечатал бы экстракционный сосуд в вакуум и включил бы основной 150-ваттный лазер, медленно заставляя весь образец льда сублимировать непосредственно в газ. Для Краусса, аспиранта Бернского университета в Швейцарии, это раскроет его секреты, обнажая концентрации парниковых газов, таких как углекислый газ, заключенных внутри.

Чтобы лучше понять роль углекислого газа в атмосфере в климатических циклах Земли, ученые уже давно обратились к ледяным кернам, пробуренным в Антарктиде, где слои снега накапливаются и уплотняются в течение сотен тысяч лет, улавливая образцы древнего воздуха в решетку пузырьков, которые служат как крошечные капсулы времени. Анализируя эти пузырьки и другое содержимое льда, такое как пыль и изотопы воды, ученые могут связать концентрацию парниковых газов с температурой, существовавшей 800 000 лет назад.

Европейская инициатива Beyond EPICA (Европейский проект по отбору ледяного керна в Антарктиде), реализуемая уже третий год, надеется в конечном итоге получить самый старый керн, возраст которого составляет 1,5 миллиона лет. Это расширило бы климатические данные до переходного периода среднего плейстоцена, загадочного периода, который ознаменовал серьезное изменение частоты климатических колебаний Земли — циклов повторяющихся ледниковых и теплых периодов.

Успешное бурение такого старого керна – а это многолетняя работа – может оказаться легкой задачей. Затем ученые должны кропотливо освободить захваченный воздух изо льда. Краусс и его коллеги разрабатывают новый инновационный способ сделать это.

«Нас не интересует сам лед — нас интересуют только включенные в него пробы воздуха, поэтому нам нужно было найти новый способ извлечения воздуха из льда», — говорит он.

Вмешательство может разрушить метан, имитируя явление, которое могло усилить ледниковые периоды. Но ученые говорят, что еще предстоит провести гораздо больше фундаментальных исследований.

Плавление недопустимо, поскольку углекислый газ легко растворяется в воде. Традиционно ученые использовали методы механической экстракции, измельчая образцы отдельных слоев льда, чтобы освободить воздух. Но измельчение льда Beyond EPICA, хранящегося в университетской морозильной камере, не будет эффективным, поскольку температура в нем поддерживается на уровне 50°C ниже нуля. Самый старый лед в самом низу ядра будет настолько сжат, а отдельные годовые слои настолько тонки, что пузырьки не будут видны — они вдавятся в решетку кристаллов льда, образуя новую фазу, называемую клатратом. .

«В самом низу мы ожидаем, что 20 000 лет истории климата будут сжаты всего лишь в один метр льда», — говорит Хубертус Фишер, руководитель научной группы по прошлому климату и ледовому керну в Берне. Это в сотую долю толщины любой существующей пластинки ледяного керна.

Новый метод, который разрабатывают Краусс и Фишер, называется deepSLice. (Меню пиццы приклеено сбоку устройства прямо под этикетками с предупреждением о лазерном излучении — подарок одноименной пиццерии в Австралии.) DeepSLice состоит из двух частей. Устройство сублимационной экстракции, индуцированной лазером, или LISE, занимает половину комнаты в лаборатории команды. LISE непрерывно направляет ближний инфракрасный лазер на 10-сантиметровый кусок ледяного ядра, так что он превращается из твердого состояния в газообразное при чрезвычайно низком давлении и температуре. Затем сублимированный газ замораживается в шести металлических погружных трубках, охлажденных до 15 К (-258 ° C), каждая из которых содержит воздух из одного сантиметра ледяного ядра. Наконец, образцы загружаются в изготовленный на заказ абсорбционный спектрометр, основанный на технологии квантово-каскадного лазера, который пропускает фотоны через образец газа для одновременного измерения концентраций углекислого газа, метана и закиси азота. Еще одним большим преимуществом этой системы является то, что она требует гораздо меньше льда (и работы), чем старый метод анализа, при котором ученые измеряли метан путем таяния льда (он не растворяется в воде) и измеряли углекислый газ путем измельчения льда.