Eine neue Weise der Erforschung sehr alter Eiskerne
Der Schlüssel zur Vorbereitung auf eine vom Klimawandel geprägte Zukunft liegt im Verständnis der Vergangenheit. Was aber, wenn diese Vergangenheit unter antarktischen Eisschichten verborgen ist? „Antarktische Eiskerne sind ein einzigartiges Archiv, das es uns ermöglicht, Klimaschwankungen der Vergangenheit im Zusammenhang mit der atmosphärischen Temperatur und Zirkulation sowie der Konzentration von Treibhausgasen vor Hunderttausenden von Jahren zu untersuchen“, sagt Pascal Bohleber, Wissenschaftler an der Ca’ Foscari Universität in Venedig. Um den ältesten Teil eines Eiskerns zu analysieren, sind Untersuchungen der tiefsten Schichten des Eises notwendig. Mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts GOLD-ICE machte sich Bohleber, ein Marie Skłodowska-Curie-Stipendiat, daran, genau das zu tun. „Mit diesem Projekt wollte ich einen neuen Weg finden, um bisher ungenutzte paläoklimatische Anzeichen zu untersuchen, die in den stark ausgedünnten tiefen Schichten der antarktischen Eiskerne gespeichert sind“, fügt er hinzu.
Nachweis des Potenzials von Laserablation durch Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma
Auf der Grundlage ihrer einzigartigen paläoklimatischen Informationen könnten die antarktischen Eiskerne ein wichtiges fehlendes Teil des Klima-Puzzles liefern – die Ursache für den sogenannten Wandel im mittleren Pleistozän. „Wir wissen, dass sich in dieser Periode, die vor etwa 1,2 Millionen Jahren stattfand, die periodischen Verschiebungen von warmen zu kalten Klimazonen neu geordnet haben“, erklärt Bohleber. „Dies war eine grundlegende Veränderung in der Dynamik unseres Klimasystems, und das Eis der Antarktis könnte uns den Schlüssel dazu liefern, die Ursachen dafür herauszufinden.“ Eine spezielle Herausforderung dabei ist, dass das Eis immer dünner wird, je tiefer gebohrt wird, was das Erkennen paläoklimatischer Anzeichen erschwert. Da die gegenwärtige Technologie nicht den erforderlichen Präzisionsgrad bietet, besteht eine wachsende Nachfrage nach einer hochauflösenden Methode für die Durchführung von Eiskernmessungen. Ein Hauptanwärter ist die Laserablation durch Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma. Diese hochauflösende, mikro-destruktive Technik für gletscherchemische Analysen zeichnet sich dadurch aus, dass der Laser in der Lage ist, nur ein paar Zehntel Mikroliter Eis von der Oberfläche zu entfernen. „Das GOLD-ICE-Projekt hatte zum Ziel, das Potenzial dieser Methode für die Eiskernanalyse weiter zu veranschaulichen und den Weg für den Einsatz in Eiskernprojekten der nächsten Generation wie der EU-Initiative Beyond EPICA Oldest Ice Core zu ebnen“, merkt Bohleber an.
Mission erfüllt
Im Rahmen des Projekts gelang es, die Laserablation durch Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma als leistungsfähige Technik weiterzuentwickeln, um Bilder der chemischen Zusammensetzung einer Probe mit einer Auflösung im Mikrometerbereich und über vergleichsweise große Flächen zu erzeugen. Bohleber passte diese hochmoderne chemische Bildgebung auch an die einzigartigen Anforderungen bei der Untersuchung von Eiskernen an, einschließlich der Möglichkeit, die chemische Schichtstruktur im Tiefeneis in 2D zu betrachten. „Wir haben jetzt dank der Laserablation durch Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma ein besseres Verständnis für den physikalischen Ursprung der Eiskernanzeichen, was zur Vermeidung von Fehlinterpretationen beiträgt und somit ein großer Schritt zur Nutzung des vollen Potenzials dieser Technologie ist“, sagt Bohleber. „Mit anderen Worten: Das übergeordnete Ziel des GOLD-ICE-Projekts ist damit erreicht – und das inmitten einer Pandemie – und ich freue mich sehr über diesen Erfolg.“ Das Projekt ermöglichte es Bohleber außerdem, ein Netzwerk mit der europäischen Eiskern-Community aufzubauen, und durch diese Kontakte dürfte die im Rahmen des GOLD-ICE-Projekts geleistete Arbeit eine wichtige Rolle für die Beyond EPICA-Initiative spielen. Darüber hinaus erhielt er ein weiteres Marie-Skłodowska-Curie-Stipendium und beginnt mit der Arbeit an einem neuen EU-finanzierten Projekt, das den nächsten Schritt in der Nutzung von Laserablation durch Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma bei der Untersuchung von Eisbohrkernen darstellt.
Schlüsselbegriffe
GOLD-ICE, Eiskerne, Antarktis, Klimawandel, Treibhausgas, Paläoklimatik, Laserablation durch Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma, Beyond EPICA
