IJS EN KLIMAATeen nlt module met veel natuurkunde

Ton van der Valk

Curriculum coordinator JCU,

Onderzoeker FIsme

Woudschoten Natuurkunde conferentie, Noordwijkerhoud, 10 dec. 2010

βJunior CollegeUtrecht

Programma

1. Kennismaking

2. De module IJs en Klimaat

3. Temperatuur in het verleden bepalen met de isotopenthermometer

4. Hoe kun je zelf IJs en Klimaat gebruiken?

5. Afronding: (hoe) ga je hier mee verder?

Inhoud van IJs en Klimaat

– H1 IJs op aarde: de cryosfeer– H2 De invloed van ijs op het klimaat– H3 IJs als klimaatarchief– H4 IJs en Klimaatverandering, het heden– H5 IJs en klimaatverandering, de toekomst

IJskern als IJskern als klimaatsarchiefklimaatsarchief

Foto: Steve Morgan

H.3: IJs als klimaatarchief‘Hoe gebruiken we ijs om het klimaat uit het verleden te reconstrueren’

NLT Module IJs en Klimaat

Waar boren?

• Liefst: niet-verplaatste ijslagen

• Ijs stroom van hoog naar laag

• Op hoogste punt (‘dome’): geen stroming

Hoe diep?

• Tot rotsbodem

• Maar: ijsmeren tgv. geotherme warmteflux (ca 0,05W/m2): niet vervuilen!

Boring van ijskernen

• Ondiepe tot 30m (+ met de hand)

• Middeldiepe (tot 300 m) met verplaatsbare boorapparatuur

• Diepe (tot 3600 m): grote installaties; boorvloeistof nodig

Bekende ijskernen

• Antarctica: – Vostok

• 3623 meter; de langste ijskern ooit

• 400.000 jaar terug• CO2 en temperatuur zijn

verbonden• Gestopt vanwege Lake Vostok

– EPICA (Dome C en Maud Land)

• Dome C oudste ijs; 720,000 jaar• Maud Land goed te corelleren

aan Groenlandse ijskernen

Dateren van ijs– Elektrische geleiding: pieken koppelen aan

bekende vulkaanuitbarstingen uitbarstingen– Tellen van jaarlagen: verschillen in dichtheid

(dus luchtbellen) van zomer- en wintersneeuw– Aanvulling met chemische analyse van het

smeltwater (bijv. conc NH4 varieert per jaar)– Synchronisatie Groenland en Antarctica via

goedmengende inerte gassen (CH4)– Tot ca. 120 000 jaar (max. Groenland):

laagjes Antarctica worden te dun; onzekerheid ~1000 jaar

Dateren van ijskernen

• Elektrische geleiding• Tellen van de jaarlagen• Het relateren van de verkregen tijdreeksen van

isotopen (b.v. waterstof en zuurstof) en gasinhoud (zoals CO2 en methaan) aan de toestand van de atmosfeer op een bepaald tijdstip.

• Bij ijs ouder dan 120,000 jaar door dynamic thinning veel onzekerheden

De vorming van landijs

Diepte van firn-ijs overgang in droge sneeuw (m)

Firnkernen waar elektrische geleiding wordt gemeten; pieken geven aan dat geleiding goed is; daar zitten karakteristieke ionen afkomstig van vulkanische aslagen die goed (absoluut) te dateren zijn

Nadelen elektrische geleiding

• Er moeten wel aslagen aanwezig zijn

• Soms moeilijk vast te stellen welk as bij welke uitbarsting hoort

• Deze methode gaat niet ver terug in de tijd

Tellen van de jaarlagen• Zichtbare jaarlagen gevolg van verschillende

dichtheden van zomer- en wintersneeuw, verschillende hoeveelheid en formaat van de luchtbelletjes

• Kan wel op Groenland• Op Antarctica is accumulatiesnelheid te klein• Eventueel aangevuld met gegevens CFA• Verder terug dateringsmodel

Delta age, verschil tussen ouderdom luchtbelletjes en ijs waar het in zit

• Luchtbelletje in het ijs zijn pas afgesloten op het moment dat firn ijs wordt..

• Hiervoor compenseer je met de delta age• Delta age = diepte firn-ijs overgang (m) / lokale

accumulatiesnelheid (m/s)• Diepte firn-ijs overgang niet constant maar afhankelijk van

lokale klimaat• Kan in Antarctica wel 2000 jaar zijn• (daarom was het lang onbekend wat eerst was,

verandering in T of verandering in CO2 concentratie)

Oxygen (O) Isotopes

- Electron (atomic mass = 0)

+ Proton (atomic mass = 1)

Neutron (atomic mass = 1)

Oxygen-16 (8P + 8N)Atomic weight = 16

Oxygen-17 (8P + 9N)Atomic weight = 17

Oxygen-18 (8P + 10N)Atomic weight = 18

99.76% 0.035% 0.20%

Oxygen isotope ratio (d18O)

O  = 1000 x(18O/16O)standard

(18O/16O)sample- (18O/16O)standard

(‰)

Isotope fractionation Raleigh distillation

JCU lesmateriaal

• Downloadbaar via

• www.uu.nl/jcu --> voor bètadocenten --> gecertificeerde modules

• Of

• www.betavak-nlt.nl

• Docentmateriaal: toegang aanvragen via jcu@uu.nl