Вчені розробляють спосіб лазерного відбирання проб льоду для вивчення зміни клімату

Дослідники на чолі з Юко Мотізукі з астро-гляціологічної лабораторії центру RIKEN Nishina в Японії розробили нову лазерну систему відбору проб для вивчення складу кернів льоду, взятих із льодовиків. Нова система має 3-мм роздільну здатність за глибиною — приблизно в три рази меншу, ніж доступна наразі — це означає, що вона може виявляти коливання температури, які відбувалися протягом набагато менших періодів часу в минулому.

Очікується, що новий лазерний пробовідбірник, або LMS, допоможе реконструювати безперервні річні зміни температури, які відбулися тисячі-сотні тисяч років тому, що допоможе вченим зрозуміти зміни клімату в минулому та сьогоденні. Дослідження було опубліковано в Journal of Glaciology 19 вересня.

Кільця дерев можуть сказати нам, скільки років дереву, а колір і ширина кілець можуть розповісти нам трохи про місцевий клімат у ці роки. Щорічне зростання льодовиків може розповісти нам подібну історію, але протягом набагато більш тривалого періоду часу. Вчені вивчають минулі зміни клімату, аналізуючи циліндричні керни льоду, вилучені з льодовиків.

Відбираючи проби через рівні проміжки вздовж кернів, дослідники можуть реконструювати безперервні температурні профілі. Однак це неможливо з пробами, взятими з глибоких місць, де річне накопичення часто стискається до субсантиметра.

На цей час існує два стандартні методи відбору проб льоду. Один має точність глибини близько 1 см, що означає, що дані за роки з накопиченням менше ніж 1 см втрачаються, і будь-які одноразові події, які різко змінили клімат, будуть упущені. Інший метод має високу точність глибини, але він руйнує частину зразка, необхідну для аналізу вмісту води — основного способу, за допомогою якого вчені обчислюють попередні температури.

Новий пробовідбірник із лазерним плавленням долає обидві ці проблеми; він має високу глибинну точність і не руйнує критичні ізотопи кисню та водню, які містяться у воді, необхідні для визначення минулої температури.

Система LMS пропускає лазерний промінь через оптичне волокно зі спеціальною сріблястою насадкою та швидко відкачує рідкий зразок, зрештою поміщаючи його у флакони з нержавіючої сталі. Після того, як спеціальне обладнання було зібрано, дослідники експериментували, щоб оптимізувати три критичні частини процесу: кількість потужності для лазера, швидкість, з якою потрібно вставити сопло в сердечник, коли лазер тане лід, і швидкість, з якою рідкий зразок вакуумують.

Завдяки оптимізації дослідники могли розтопити лід якомога швидше, запобігти перегріву лазера та перегріванню талої води, що дестабілізує критичні ізотопи та завадить правильним вимірюванням температури.

Для підтвердження концепції команда взяла зразок 15-сантиметрового сегмента 50-сантиметрового неглибокого керна льоду Dome-Fuji, який був взятий приблизно на футбольному полі (~92 м) нижче поверхні льоду в Східній Антарктиді. Під час одного тесту вони змогли взяти 51 окремий зразок з регулярними інтервалами 3 мм вздовж сегмента керна льоду. Вони виміряли стабільні ізотопи кисню та водню, які входять до складу талої води, витягнутої зі зразків, і виявили, що вони добре збігаються з тими, що взяті за допомогою ручної сегментації, процесу, практичного лише в цьому дослідницькому середовищі. Хороший збіг означає, що процес лазерного плавлення не зіпсував зразок, і очікувані температури будуть точними.

Мотізукі каже: «За допомогою нашого методу лазерного плавлення тепер можна аналізувати стабільні ізотопи води з роздільною здатністю в кілька міліметрів. Це дозволить дослідникам отримувати безперервні, довгострокові, щорічні температурні профілі навіть у глибоких кернах льоду. зібрані в місцях низького накопичення в Антарктиці, а також перехідні події, такі як раптові зміни температури, які реєструються в них».

Далі дослідники планують використовувати систему LMS або оновлену наступну версію для вивчення зміни клімату, пов’язаної з природними коливаннями сонячної активності. Джерело