Ледяные керны - это уникальный климатический архив. Благодаря новому методу, разработанному исследователями из Бернского университета и компании Empa, концентрации парниковых газов в льду возрастом 1,5 миллиона лет могут быть измерены еще более точно. Проект ЕС "Beyond EPICA" при участии Бернского университета направлен на восстановление такого старого льда в Антарктиде.

Поиск самого древнего льда на Земле сделал важный шаг вперед. Проект "Beyond EPICA-Oldest Ice", европейский консорциум, в который входит Бернский университет, в конце января завершил свой второй полевой сезон. Глубина бурения достигла 808 метров. Цель проекта - заглянуть на 1,5 миллиона лет в прошлое и получить данные о развитии температуры, составе атмосферы и углеродном цикле.

Необходимо достичь глубины около 2700 метров в антарктическом ледяном щите и извлечь ледяной керн. Если все пойдет по плану, это должно произойти в 2025 году. Только после этого последует сложный анализ самого древнего льда в этом керне, для которого в настоящее время разрабатываются новые методы.

Университет Берна играет решающую роль в разработке новых технологий анализа. Группе под руководством Хубертуса Фишера, профессора экспериментальной физики климата и члена Центра исследований изменения климата имени Оешгера, в сотрудничестве с Empa удалось разработать новую методику совместного измерения парниковых газов - углекислого газа (CO2), метана (CH4) и закиси азота (N2O), а также изотопного состава углерода CO2.

Необходимый для этого образец льда толщиной всего один сантиметр очень мал, однако при этом возможна высочайшая точность измерений.

"Это важные предпосылки", - объясняет Хубертус Фишер, - "для получения высокоточных записей с высоким разрешением из самого древнего льда в Beyond EPICA". В льду возрастом 1,5 миллиона лет 15 000-20 000 лет истории климата сжаты всего в одном метре ледяного керна, что предъявляет совершенно новые требования к анализу ледяных кернов. Ледяные керны являются чрезвычайно важным климатическим архивом, поскольку только в них содержится воздух прошлого, позволяющий напрямую измерить концентрацию парниковых газов в прошлом.
Идеальная переработка драгоценных образцов льда

Новый метод только что был опубликован в журнале Atmospheric Measurement Techniques. Бернская группа тесно сотрудничала с исследователями Empa в технической разработке этого метода. Команда под руководством Лукаса Эмменеггера, руководителя отдела "Загрязнители воздуха/Экологические технологии" Empa, разработала новый лазерный спектрометр, который может измерять парниковые газы на образце воздуха объемом всего 1,5 миллилитра.

"Достижение такой высокой точности в таких маленьких образцах долгое время было трудно представить. Мы гордимся тем, что это позволяет изучать ценные ледяные керны", - говорит Эмменеггер. В свою очередь, в Бернском университете была разработана и создана новая система сублимационной экстракции, которая позволяет непрерывно и без загрязнения получать такие маленькие пробы воздуха из ледяного керна.

Благодаря этой новаторской работе, говорит Хубертус Фишер, станет возможным проводить измерения парниковых газов с необходимой точностью и временным разрешением в таком старом льду.

С помощью разработанного в Берне метода сублимации образец ледяного керна можно медленно перевести из твердого состояния в газообразное сверху вниз. Отдельные образцы собираются с сантиметровым разрешением путем замораживания воздуха при температуре -258°C во время непрерывного процесса сублимации. Эта техника обеспечивает стопроцентную эффективность извлечения.

Еще одно преимущество метода: воздух, извлеченный из образцов льда, не теряется во время измерения в лазерном спектрометре, а может быть использован для последующего анализа. Хубертус Фишер говорит об "идеальной переработке" и отмечает: "Огромный объем работы, который нам приходится вкладывать в анализ, никогда не был бы оправдан для обычного ледяного керна". Однако для льда возрастом 1,5 миллиона лет это оправдано, поскольку количество старого льда крайне ограничено.
Буровая кампания в экстремальных климатических условиях

Хубертус Фишер является одним из главных участников проекта Beyond EPICA-Oldest Ice. Анализ ледяного керна Beyond EPICA должен способствовать лучшему пониманию чередования теплых периодов и ледниковых периодов. Около миллиона лет назад произошли резкие изменения в этом чередовании, как показали исследования морских отложений.

В период до 900 000 лет назад ледниковые периоды и теплые фазы чередовались каждые 40 000 лет, а после - только каждые 100 000 лет. Почему произошли такие изменения - загадка, но исследователи климата подозревают, что парниковые газы, среди прочего, сыграли решающую роль. Это предположение теперь будет исследовано в ходе бурения ледяного керна в Антарктиде, который уходит в прошлое почти вдвое дальше, чем самый старый из проанализированных до сих пор антарктических ледяных кернов.

Во втором сезоне бурения проекта, который только что закончился, международная команда работала в течение двух месяцев в экстремальных условиях. Возникали непредвиденные трудности, такие как ремонт буровой системы и задержки из-за плохих погодных условий. Бурение велось в две смены в 16-часовом режиме. Место бурения Little Dome C расположено в 34 километрах от франко-итальянской исследовательской станции Concordia. На этой базовой станции экспедиции двум бернским исследователям Маркусу Гриммеру и Флориану Краусу было поручено разрезать ледяные керны на транспортабельные куски с помощью специальной пилы, разработанной Бернским университетом.