stringtranslate.com

Ледяной керн

Ледяной керн вытаскивается из ствола бура вбок
Образец ледяного керна, взятый из буровой скважины

Ледяной керн — это образец керна , который обычно извлекается из ледяного покрова или высокогорного ледника . Поскольку лед образуется из постепенного нарастания годовых слоев снега, нижние слои старше верхних, а ледяной керн содержит лед, образовавшийся в течение ряда лет. Керны бурят ручными бурами ( для неглубоких скважин) или электрическими бурами; они могут достигать глубины более двух миль (3,2 км) и содержать лед возрастом до 800 000 лет.

Физические свойства льда и материала, захваченного в нем, можно использовать для реконструкции климата в диапазоне возраста ядра. Соотношения различных изотопов кислорода и водорода предоставляют информацию о древних температурах , а воздух, захваченный в крошечных пузырьках, можно проанализировать для определения уровня атмосферных газов, таких как углекислый газ . Поскольку поток тепла в большом ледяном щите очень медленный, температура скважины является еще одним индикатором температуры в прошлом. Эти данные можно объединить, чтобы найти климатическую модель , которая наилучшим образом соответствует всем доступным данным.

Примеси в ледяных кернах могут зависеть от местоположения. Прибрежные районы с большей вероятностью включают материал морского происхождения, такой как ионы морской соли . Ледяные керны Гренландии содержат слои пыли, переносимой ветром , которые коррелируют с холодными, сухими периодами в прошлом, когда холодные пустыни выдувал ветер. Радиоактивные элементы, как естественного происхождения, так и созданные в результате ядерных испытаний , могут использоваться для датирования слоев льда. Некоторые вулканические события, которые были достаточно мощными, чтобы разнести материал по всему миру, оставили след во многих различных кернах, который можно использовать для синхронизации их временных шкал.

Ледяные керны изучаются с начала 20-го века, и несколько кернов были пробурены в результате Международного геофизического года (1957–1958). Были достигнуты глубины более 400 м, рекорд, который был увеличен в 1960-х годах до 2164 м на станции Берд в Антарктиде. Советские проекты по бурению льда в Антарктиде включают десятилетия работы на станции Восток , где самый глубокий керн достигал 3769 м. За эти годы было завершено множество других глубоких кернов в Антарктиде, включая проект Западно-Антарктического ледяного щита и керны, управляемые Британской антарктической службой и Международной трансантарктической научной экспедицией . В Гренландии серия совместных проектов началась в 1970-х годах с проекта Гренландского ледяного щита ; было несколько последующих проектов, самым последним из которых был проект Восточно-Гренландского ледяного керна , первоначально предполагавший завершение глубокого керна в восточной Гренландии в 2020 году, но с тех пор отложенный. [1]

Структура ледяных щитов и ядер

Ученый в снежной яме
Взятие проб с поверхности ледника Таку на Аляске. Между поверхностным снегом и голубым ледниковым льдом находится все более плотный фирн .

Ледяной керн — это вертикальная колонна через ледник, отбирающая образцы слоев, которые образовались в течение годового цикла снегопада и таяния. [2] По мере накопления снега каждый слой давит на нижние слои, делая их плотнее, пока они не превратятся в фирн . Фирн недостаточно плотный, чтобы предотвратить утечку воздуха; но при плотности около 830 кг/м3 он превращается в лед, а воздух внутри запечатывается в пузырьки, которые захватывают состав атмосферы во время образования льда. [3] Глубина, на которой это происходит, варьируется в зависимости от местоположения, но в Гренландии и Антарктиде она колеблется от 64 м до 115 м. [4] Поскольку скорость снегопада варьируется от места к месту, возраст фирна, когда он превращается в лед, сильно различается. В лагере «Саммит» в Гренландии глубина составляет 77 м, а возраст льда — 230 лет; в Куполе C в Антарктиде глубина составляет 95 м, а возраст — 2500 лет. [5] По мере нарастания дополнительных слоев давление увеличивается, и примерно на глубине 1500 м кристаллическая структура льда меняется с гексагональной на кубическую, что позволяет молекулам воздуха перемещаться в кубические кристаллы и образовывать клатрат . Пузырьки исчезают, и лед становится более прозрачным. [3]

Два или три фута снега могут превратиться в менее чем фут льда. [3] Вес выше делает более глубокие слои льда тонкими и текут наружу. Лед теряется на краях ледника в айсбергах или в результате летнего таяния, и общая форма ледника не сильно меняется со временем. [6] Внешний поток может исказить слои, поэтому желательно бурить глубокие ледяные керны в местах, где поток очень слабый. Их можно найти с помощью карт линий потока. [7]

Примеси во льду предоставляют информацию об окружающей среде с момента их отложения. К ним относятся сажа, зола и другие типы частиц от лесных пожаров и вулканов ; изотопы, такие как бериллий-10 , созданные космическими лучами ; микрометеориты ; и пыльца . [2] Самый нижний слой ледника, называемый базальным льдом, часто образуется из подледниковой талой воды, которая повторно замерзла. Он может быть толщиной до 20 м, и хотя он имеет научную ценность (например, он может содержать подледниковые микробные популяции), [8] он часто не сохраняет стратиграфическую информацию. [9]

Керны часто бурят в таких областях, как Антарктида и центральная Гренландия, где температура почти никогда не бывает достаточно высокой, чтобы вызвать таяние, но летний солнечный свет все еще может изменить снег. В полярных областях Солнце видно днем ​​и ночью в течение местного лета и невидимо всю зиму. Оно может заставить часть снега сублимироваться , оставляя верхний дюйм или около того менее плотным. Когда Солнце приближается к своей самой низкой точке в небе, температура падает, и на верхнем слое образуется иней . Погребенный под снегом последующих лет, крупнозернистый иней сжимается в более легкие слои, чем зимний снег. В результате в ледяном керне можно увидеть чередующиеся полосы более светлого и более темного льда. [10]

Бурение

Рисунок цилиндра с двумя винтовыми фланцами по его периметру и режущими зубьями в нижней части
Ледовый бур, запатентованный в 1932 году; конструкция очень похожа на современные буры, используемые для мелкого бурения. [11]

Ледяные керны собираются путем вырезания вокруг цилиндра льда таким образом, чтобы его можно было вытащить на поверхность. Ранние керны часто собирали ручными бурами , и они все еще используются для коротких отверстий. Конструкция буров для ледяных кернов была запатентована в 1932 году, и с тех пор они мало изменились. Бур по сути представляет собой цилиндр со спиральными металлическими ребрами (известными как лопасти), обернутыми снаружи, на нижнем конце которых находятся режущие лезвия. Ручные буры можно вращать с помощью Т-образной рукоятки или рукоятки-скобы , а некоторые можно прикрепить к ручным электрическим дрелям для приведения вращения в действие. С помощью штатива для опускания и подъема бура можно извлекать керны глубиной до 50 м, но практический предел составляет около 30 м для моторных буров и меньше для ручных буров. Ниже этой глубины используются электромеханические или термические буры. [11]

Режущий аппарат бура находится на нижнем конце ствола бура, трубки, которая окружает керн, когда бур срезает вниз. Шлам ( куски льда, срезанные буром) необходимо вытянуть вверх по скважине и утилизировать, иначе они снизят эффективность резки бура. [12] Их можно удалить, утрамбовав их в стенки скважины или в керн, с помощью циркуляции воздуха (сухое бурение), [12] [13] или с помощью бурового раствора ( мокрое бурение). [14] Сухое бурение ограничено глубиной около 400 м, так как ниже этой точки скважина закроется, поскольку лед деформируется под тяжестью льда выше. [15]

Буровые растворы выбираются для балансировки давления, чтобы скважина оставалась стабильной. [13] Жидкость должна иметь низкую кинематическую вязкость , чтобы сократить время спуска (время, необходимое для извлечения бурового оборудования из скважины и возвращения его на дно скважины). Поскольку извлечение каждого сегмента керна требует спуска, более медленная скорость перемещения через буровой раствор может значительно увеличить время проекта — год или больше для глубокой скважины. Жидкость должна загрязнять лед как можно меньше; она должна иметь низкую токсичность для безопасности и минимизации воздействия на окружающую среду; она должна быть доступна по разумной цене; и ее должно быть относительно легко транспортировать. [16] Исторически существовало три основных типа буровых растворов для льда: двухкомпонентные жидкости на основе продуктов, подобных керосину, смешанных с фторуглеродами для увеличения плотности; спиртовые соединения, включая водные растворы этиленгликоля и этанола ; и эфиры , включая н-бутилацетат . Были предложены более новые жидкости, включая новые жидкости на основе эфиров, низкомолекулярные диметилсилоксановые масла, эфиры жирных кислот и жидкости на основе керосина, смешанные с пенообразующими агентами. [17]

Роторное бурение является основным методом бурения для добычи полезных ископаемых, и оно также использовалось для бурения льда. Он использует колонну бурильных труб, вращаемую сверху, и буровой раствор закачивается вниз по трубе и обратно вокруг нее. Шлам удаляется из жидкости в верхней части скважины, а затем жидкость закачивается обратно вниз. [14] Этот подход требует длительного времени спуска, поскольку вся бурильная колонна должна быть поднята из скважины, и каждая труба должна быть отдельно отсоединена, а затем снова присоединена, когда бурильная колонна будет снова вставлена. [12] [18] Наряду с логистическими трудностями, связанными с доставкой тяжелого оборудования на ледяные щиты, это делает традиционные роторные буры непривлекательными. [12] Напротив, канатные буры позволяют извлекать колонковый ствол из буровой сборки, пока он все еще находится на дне скважины. Колонковый ствол поднимается на поверхность, а керн удаляется; ствол снова опускается и снова присоединяется к буровой сборке. [19] Другой альтернативой являются гибкие буровые установки, в которых бурильная колонна достаточно гибкая, чтобы ее можно было свернуть на поверхности. Это устраняет необходимость отсоединения и повторного подсоединения труб во время спуска. [18]

Нижняя часть ледобура
Головка механической дрели, демонстрирующая режущие зубья

Необходимость в колонне бурильных труб, которая простирается от поверхности до дна скважины, можно устранить, подвешивая всю скважинную сборку на бронированном кабеле, который передает питание на скважинный двигатель. Эти подвесные на кабеле буровые установки могут использоваться как для мелких, так и для глубоких скважин; им требуется противоскручивающее устройство, такое как листовые пружины , которые давят на скважину, чтобы предотвратить вращение буровой установки вокруг буровой головки, когда она режет керн. [20] Буровой раствор обычно циркулирует вниз вокруг внешней части бура и обратно между керном и колонковой трубой; шлам хранится в скважинной сборке, в камере над керном. Когда керн извлекается, камера для шлама опорожняется для следующего спуска. Некоторые буровые установки были спроектированы для извлечения второго кольцевого керна за пределами центрального керна, и в этих буровых установках пространство между двумя кернами может использоваться для циркуляции. Подвесные на кабеле буровые установки оказались самой надежной конструкцией для глубокого бурения льда. [21] [22]

Также можно использовать термобуры, которые режут лед путем электрического нагрева головки бура, но у них есть некоторые недостатки. Некоторые из них были разработаны для работы в холодном льду; они потребляют много энергии, а выделяемое ими тепло может ухудшить качество извлекаемого ледяного керна. Ранние термобуры, разработанные для использования без буровой жидкости, в результате были ограничены по глубине; более поздние версии были модифицированы для работы в заполненных жидкостью отверстиях, но это замедлило время спуска, и эти буры сохранили проблемы более ранних моделей. Кроме того, термобуры, как правило, громоздки и могут быть непрактичны для использования в районах, где существуют логистические трудности. Более поздние модификации включают использование антифриза , что устраняет необходимость нагревания узла бура и, следовательно, снижает потребность бура в энергии. [23] Водобуры используют струи горячей воды на буровой головке, чтобы растопить воду вокруг керна. Недостатки заключаются в том, что трудно точно контролировать размеры скважины, керн нелегко поддерживать стерильным, а тепло может вызвать тепловой удар по керну. [24]

При бурении в умеренных льдах термические буры имеют преимущество перед электромеханическими (ЭМ) бурами: лед, расплавленный под давлением, может снова замерзнуть на буровых коронках ЭМ, снижая эффективность резки и засоряя другие части механизма. ЭМ буры также с большей вероятностью разрушают ледяные керны, где лед находится под высоким напряжением. [25]

При бурении глубоких скважин, для которых требуется буровой раствор, скважина должна быть обсажена (оснащена цилиндрической облицовкой), так как в противном случае буровой раствор будет впитываться снегом и фирном. Обсадка должна достигать непроницаемых слоев льда. Для установки обсадки можно использовать неглубокий шнек для создания пилотного отверстия, которое затем расширяется (расширяется) до тех пор, пока оно не станет достаточно широким для размещения обсадки; можно также использовать шнек большого диаметра, избегая необходимости расширения. Альтернативой обсадке является использование воды в скважине для насыщения пористого снега и фирна; вода в конечном итоге превращается в лед. [4]

Ледяные керны с разных глубин не все одинаково востребованы научными исследователями, что может привести к нехватке ледяных кернов на определенных глубинах. Для решения этой проблемы была проделана работа над технологией бурения дублирующих кернов: дополнительных кернов, извлеченных путем бурения боковой стенки скважины на глубинах, представляющих особый интерес. Дублирующие керны были успешно извлечены на водоразделе WAIS в буровой сезон 2012–2013 годов на четырех разных глубинах. [26]

Крупные проекты по отбору керна

Логистика любого проекта по бурению сложна, поскольку места обычно труднодоступны и могут находиться на большой высоте. Крупнейшие проекты требуют многолетнего планирования и многолетнего выполнения и обычно реализуются международными консорциумами. Например, проект EastGRIP , который по состоянию на 2017 год представляет собой бурение в восточной Гренландии, управляется Центром льда и климата ( Институт Нильса Бора , Копенгагенский университет ) в Дании [ 27] и включает представителей 12 стран в его руководящий комитет. [28] В течение сезона бурения в лагере работают десятки людей [29] , а логистическая поддержка включает возможности воздушной перевозки , предоставляемые Национальной гвардией ВВС США с использованием транспортных самолетов Hercules , принадлежащих Национальному научному фонду [ 30] В 2015 году команда EastGRIP перенесла объекты лагеря из NEEM, предыдущего места бурения ледяных кернов в Гренландии, на площадку EastGRIP. [31] Ожидается, что бурение будет продолжаться как минимум до 2020 года [32]

Основная обработка

Ученый стоит у верстака и распиливает ледяной керн.
Распиловка сердечника GRIP

С учетом некоторых различий между проектами, между бурением и окончательным хранением ледяного керна должны быть выполнены следующие шаги. [33]

Бур удаляет кольцо льда вокруг керна, но не режет его под ним. Подпружиненный рычаг, называемый керновым захватом, может отломить керн и удерживать его на месте, пока он поднимается на поверхность. Затем керн извлекается из ствола бура, обычно путем укладки его на ровную поверхность, чтобы керн мог выскользнуть на подготовленную поверхность. [33] Керн должен быть очищен от буровой жидкости по мере его выдвижения; для проекта WAIS Divide по отбору керна была установлена ​​вакуумная система для облегчения этого. Поверхность, принимающая керн, должна быть максимально точно выровнена с стволом бура, чтобы свести к минимуму механическое напряжение на керне, который может легко сломаться. Температура окружающей среды поддерживается значительно ниже нуля, чтобы избежать теплового удара. [34]

Ведется журнал с информацией о керне, включая его длину и глубину, с которой он был извлечен, и керн может быть помечен, чтобы показать его ориентацию. Обычно его разрезают на более короткие секции, стандартная длина в США составляет один метр. Затем керны хранятся на месте, обычно в пространстве ниже уровня снега, чтобы упростить поддержание температуры, хотя может использоваться дополнительное охлаждение. Если необходимо удалить больше бурового раствора, над кернами можно продуть воздух. Берутся любые образцы, необходимые для предварительного анализа. Затем керн упаковывают, часто в полиэтилен , и хранят для отправки. Добавляется дополнительная упаковка, включая прокладочный материал. Когда керны вывозят с места бурения, палуба самолета не отапливается, чтобы поддерживать низкую температуру; при перевозке на корабле они должны храниться в холодильной установке. [34]

В мире существует несколько мест, где хранятся ледяные керны, например, Национальная лаборатория ледяных кернов в США. Эти места предоставляют образцы для тестирования. Значительная часть каждого керна архивируется для будущих анализов. [34] [35]

Хрупкий лед

В диапазоне глубин, известном как зона хрупкого льда, пузырьки воздуха удерживаются во льду под большим давлением. Когда ядро ​​поднимается на поверхность, пузырьки могут оказывать напряжение, превышающее предел прочности льда на разрыв, что приводит к трещинам и отколам . [ 36] На больших глубинах воздух исчезает в клатратах, и лед снова становится стабильным. [36] [37] На участке WAIS Divide зона хрупкого льда находилась на глубине от 520 м до 1340 м. [36]

Зона хрупкого льда обычно возвращает образцы худшего качества, чем остальная часть керна. Некоторые шаги могут быть предприняты для смягчения проблемы. Внутренность ствола бурильной колонны может быть закрыта вкладышами, чтобы закрыть керн перед его извлечением на поверхность, но это затрудняет очистку от бурового раствора. При бурении полезных ископаемых специальная техника может выводить образцы керна на поверхность под давлением на забое скважины, но это слишком дорого для труднодоступных мест большинства буровых площадок. Поддержание обрабатывающих установок при очень низких температурах ограничивает тепловые удары. Керны наиболее хрупкие на поверхности, поэтому другой подход заключается в том, чтобы разбить их на куски длиной 1 м в скважине. Выдавливание керна из ствола бурильной колонны в сетку помогает сохранить его целостность, если он разобьется. Хрупкие керны также часто оставляют на хранении на буровой площадке в течение некоторого времени, вплоть до целого года между сезонами бурения, чтобы лед постепенно расслабился. [36] [38]

Данные ледяного керна

Встречаться

На ледяных кернах выполняется множество различных видов анализа, включая визуальный подсчет слоев, тесты на электропроводность и физические свойства, а также анализы на включение газов, частиц, радионуклидов и различных молекулярных видов . Чтобы результаты этих тестов были полезны при реконструкции палеосреды , должен быть способ определить связь между глубиной и возрастом льда. Самый простой подход — подсчитать слои льда, которые соответствуют исходным годовым слоям снега, но это не всегда возможно. Альтернативой является моделирование накопления и течения льда, чтобы предсказать, сколько времени потребуется данному снегопаду, чтобы достичь определенной глубины. Другой метод — соотнести радионуклиды или отследить атмосферные газы с другими временными шкалами, такими как периодичности в орбитальных параметрах Земли . [39]

Трудность датирования ледяного керна заключается в том, что газы могут диффундировать через фирн, поэтому лед на заданной глубине может быть существенно старше, чем газы, захваченные в нем. В результате для данного ледяного керна существует две хронологии: одна для льда и одна для захваченных газов. Чтобы определить связь между ними, были разработаны модели для глубины, на которой газы захвачены для заданного места, но их прогнозы не всегда оказывались надежными. [40] [41] В местах с очень малым количеством снега, таких как Восток , неопределенность в разнице между возрастами льда и газа может превышать 1000 лет. [42]

Плотность и размер пузырьков, захваченных льдом, дают представление о размере кристалла во время их формирования. Размер кристалла связан со скоростью его роста, которая, в свою очередь, зависит от температуры, поэтому свойства пузырьков можно объединить с информацией о скорости накопления и плотности фирна, чтобы вычислить температуру, когда образовался фирн. [43]

Радиоуглеродное датирование можно использовать для определения углерода в захваченном CO2.
2. В полярных ледяных щитах содержится около 15–20 мкг углерода в форме CO
2в каждом килограмме льда, а также могут быть частицы карбоната из переносимой ветром пыли ( лесса ). CO
2может быть выделен путем сублимации льда в вакууме, поддерживая температуру достаточно низкой, чтобы избежать потери углерода лессом. Результаты должны быть скорректированы с учетом наличия14C производится непосредственно во льду космическими лучами, и величина поправки сильно зависит от местоположения ледяного керна. Поправки для14
C, образующийся в результате ядерных испытаний, оказывает гораздо меньшее влияние на результаты. [44] Углерод в частицах также может быть датирован путем разделения и тестирования нерастворимых в воде органических компонентов пыли. Для очень малых количеств, которые обычно обнаруживаются, требуется использовать не менее 300 г льда, что ограничивает возможности метода по точному назначению возраста глубинам керна. [45]

Временные шкалы для ледяных кернов из одного и того же полушария обычно можно синхронизировать, используя слои, которые включают материал вулканических событий. Сложнее связать временные шкалы в разных полушариях. Событие Лашампа , геомагнитная инверсия около 40 000 лет назад, можно идентифицировать в кернах; [46] [47] вдали от этой точки измерения газов, таких как CH
4( метан ) можно использовать для связи хронологии гренландского ядра (например) с антарктическим ядром. [48] [49] В случаях, когда вулканическая тефра перемежается со льдом, ее можно датировать с помощью датирования аргоном/аргоном и, следовательно, предоставить фиксированные точки для датирования льда. [50] [51] Распад урана также использовался для датирования ледяных кернов. [50] [52] Другой подход заключается в использовании методов байесовской вероятности для поиска оптимальной комбинации нескольких независимых записей. Этот подход был разработан в 2010 году и с тех пор был преобразован в программный инструмент DatIce. [53] [54]

Граница между плейстоценом и голоценом , около 11 700 лет назад, теперь официально определена со ссылкой на данные по ледяным кернам Гренландии. Формальные определения стратиграфических границ позволяют ученым в разных местах сопоставлять свои выводы. Они часто включают в себя ископаемые записи, которые не присутствуют в ледяных кернах, но керны имеют чрезвычайно точную палеоклиматическую информацию, которая может быть соотнесена с другими климатическими прокси. [55]

Датирование ледяных щитов оказалось ключевым элементом в предоставлении дат для палеоклиматических записей. По словам Ричарда Элли , «во многих отношениях ледяные керны являются «розеттскими камнями», которые позволяют разрабатывать глобальную сеть точно датированных палеоклиматических записей, используя лучшие возрасты, определенные где-либо на планете». [43]

Визуальный анализ

Серия темных и светлых полос, со стрелками, указывающими на более светлые полосы.
19-сантиметровый участок ледяного керна GISP 2 с глубины 1855 м, показывающий структуру годового слоя, освещенную снизу волоконно-оптическим источником. Участок содержит 11 годовых слоев с летними слоями (отмечены стрелками), зажатыми между более темными зимними слоями. [56]

Керны показывают видимые слои, которые соответствуют ежегодному снегопаду в месте расположения керна. Если пара ям вырыта в свежем снегу с тонкой стенкой между ними и одна из ям накрыта, наблюдатель в крытой яме увидит слои, выявленные солнечным светом, пробивающимся сквозь них. Шестифутовая яма может показывать что угодно от менее года снега до нескольких лет снега, в зависимости от местоположения. Столбы, оставленные в снегу из года в год, показывают количество накопленного снега каждый год, и это можно использовать для проверки того, что видимый слой в снежной яме соответствует снегопаду за один год. [57]

В центральной Гренландии типичный год может производить два или три фута зимнего снега, плюс несколько дюймов летнего снега. Когда это превращается в лед, два слоя будут составлять не более фута льда. Слои, соответствующие летнему снегу, будут содержать более крупные пузырьки, чем зимние слои, поэтому чередующиеся слои остаются видимыми, что позволяет отсчитывать ядро ​​и определять возраст каждого слоя. [58] По мере увеличения глубины до точки, где структура льда меняется на клатрат, пузырьки больше не видны, и слои больше не видны. Теперь могут стать видимыми слои пыли. Лед из ядер Гренландии содержит пыль, переносимую ветром; пыль появляется сильнее всего в конце зимы и выглядит как мутные серые слои. Эти слои были прочнее и их было легче увидеть в те времена в прошлом, когда климат Земли был холодным, сухим и ветреным. [59]

Любой метод подсчета слоев в конечном итоге сталкивается с трудностями, поскольку течение льда приводит к тому, что слои становятся тоньше и их становится сложнее увидеть с увеличением глубины. [60] Проблема становится более острой в местах, где накопление высокое; места с низким накоплением, такие как центральная Антарктида, должны датироваться другими методами. [61] Например, на Востоке подсчет слоев возможен только до возраста 55 000 лет. [62]

Когда происходит летнее таяние, растаявший снег снова замерзает ниже в снегу и фирне, и полученный слой льда имеет очень мало пузырьков, поэтому его легко распознать при визуальном осмотре керна. Идентификация этих слоев, как визуально, так и путем измерения плотности керна по глубине, позволяет вычислить процент таяния (MF): MF в 100% будет означать, что каждый год отложение снега показывает признаки таяния. Расчеты MF усредняются по нескольким участкам или длительным периодам времени, чтобы сгладить данные. Графики данных MF с течением времени показывают изменения климата и показали, что с конца 20-го века темпы таяния увеличиваются. [63] [64]

В дополнение к ручному осмотру и регистрации признаков, выявленных при визуальном осмотре, керны могут быть оптически просканированы, чтобы получить цифровую визуальную запись. Для этого требуется разрезать керн по длине, чтобы создать плоскую поверхность. [65]

Изотопный анализ

Изотопный состав кислорода в ядре может быть использован для моделирования температурной истории ледяного покрова. Кислород имеет три стабильных изотопа,16О ,17О и18О. [66] Соотношениемежду18
О и16
O указывает температуру, когда выпал снег. [67] Потому что16
O легче, чем18
O , вода, содержащая16
O имеет немного большую вероятность превратиться в пар, а вода, содержащая18
O немного более склонен конденсироваться из пара в кристаллы дождя или снега. При более низких температурах разница более выражена. Стандартный метод записи18
О /16
Коэффициент O заключается в вычитании коэффициента в стандарте, известном как стандартная средняя океанская вода (SMOW): [67]

где знак ‰ указывает на части на тысячу . [67] Образец с тем же18
О /16
Коэффициент O , поскольку SMOW имеет δ 18 O0‰; образец, который обеднен18
O имеет отрицательное δ 18 O. [67] Объединение δ 18 OИзмерения образца ледяного керна с температурой скважины на глубине, с которой он был взят, дают дополнительную информацию, в некоторых случаях приводящую к значительным поправкам к температурам, выведенным из δ 18 Oданные. [68] [69] Не все скважины могут быть использованы в этих анализах. Если место пережило значительное таяние в прошлом, скважина больше не будет сохранять точную запись температуры. [70]

Соотношения водорода также можно использовать для расчета температурной истории. Дейтерий (2
H или D) тяжелее водорода (1
H ) и повышает вероятность конденсации воды и снижает вероятность ее испарения. A δКоэффициент D можно определить так же, как δ 18 O. [71] [72] Существует линейная зависимость между δ 18 Oи δ D: [73]

где d — избыток дейтерия. Когда-то считалось, что это означает, что нет необходимости измерять оба отношения в данном ядре, но в 1979 году Мерливат и Жузель показали, что избыток дейтерия отражает температуру, относительную влажность и скорость ветра океана, где возникла влага. С тех пор принято измерять оба. [73]

Записи изотопов воды, проанализированные в кернах из Кэмп Сенчури и Дай 3 в Гренландии, сыграли важную роль в открытии событий Дансгаарда-Эшгера — быстрого потепления в начале межледниковья , за которым последовало более медленное охлаждение. [74] Были изучены и другие изотопные соотношения, например, соотношение между13
С и12
C может предоставить информацию о прошлых изменениях в углеродном цикле . Объединение этой информации с записями уровней углекислого газа, также полученными из ледяных кернов, дает информацию о механизмах, лежащих в основе изменений в CO
2со временем. [75]

Палеоатмосферный отбор проб

Три графика, расположенные один над другим; визуально можно увидеть корреляцию CO2 и температуры; график пыли обратно корреляционный с двумя другими
График CO2 ( зеленый), реконструированной температуры (синий) и пыли (красный) по данным ледяного керна станции Восток за последние 420 000 лет
График, показывающий соотношение между глубиной под поверхностью и долей поверхностной концентрации на поверхности для нескольких газов
Озоноразрушающие газы в гренландском фирне. [76]

В 1960-х годах стало понятно, что анализ воздуха, захваченного в ледяных кернах, даст полезную информацию о палеоатмосфере , но только в конце 1970-х годов был разработан надежный метод извлечения. Ранние результаты включали демонстрацию того, что CO
2Концентрация была на 30% меньше в последний ледниковый максимум , чем непосредственно перед началом индустриальной эпохи. Дальнейшие исследования продемонстрировали надежную корреляцию между CO
2уровни и температура, рассчитанные на основе данных изотопов льда. [77]

Потому что Ч.
4(метан) производится в озерах и водно-болотных угодьях , его количество в атмосфере коррелирует с силой муссонов , которые, в свою очередь, коррелируют с силой летней инсоляции в низких широтах . Поскольку инсоляция зависит от орбитальных циклов , для которых временная шкала доступна из других источников, CH
4может быть использован для определения связи между глубиной керна и возрастом. [61] [62] N
2Уровни O (закиси азота) также коррелируют с ледниковыми циклами, хотя при низких температурах график несколько отличается от графика CO
2и СН
4графики. [77] [78] Аналогично, соотношение между N
2(азот) и O
2(кислород) можно использовать для датирования ледяных кернов: поскольку воздух постепенно захватывается снегом, превращаясь в фирн, а затем в лед, O
2теряется легче, чем N
2, и относительное количество O
2коррелирует с силой местной летней инсоляции. Это означает, что захваченный воздух удерживает в соотношении O
2к Н
2, запись летней инсоляции, и, следовательно, объединение этих данных с данными орбитального цикла устанавливает схему датирования ледяных кернов. [61] [79]

Диффузия внутри слоя фирна вызывает другие изменения, которые можно измерить. Гравитация заставляет более тяжелые молекулы обогащаться в нижней части газовой колонны, причем степень обогащения зависит от разницы в массе между молекулами. Более низкие температуры вызывают более тяжелое обогащение молекул в нижней части колонны. Эти процессы фракционирования в захваченном воздухе, определяемые измерением15
Н /14
Соотношение N и неона , криптона и ксенона использовалось для определения толщины слоя фирна и определения другой палеоклиматической информации, такой как прошлые средние температуры океана. [69] Некоторые газы, такие как гелий , могут быстро диффундировать через лед, поэтому может потребоваться провести тестирование на наличие этих «летучих газов» в течение нескольких минут после извлечения керна, чтобы получить точные данные. [34] Хлорфторуглероды (ХФУ), которые способствуют парниковому эффекту , а также вызывают потерю озона в стратосфере , [80] можно обнаружить в ледяных кернах примерно после 1950 года; почти все ХФУ в атмосфере были созданы в результате деятельности человека. [80] [81]

В ходе анализа кернов Гренландии во время климатических изменений может наблюдаться избыток CO2 в пузырьках воздуха из-за образования CO2 кислотными и щелочными примесями. [82]

Гляциохимия

Летний снег в Гренландии содержит некоторое количество морской соли, выдуваемой из окружающих вод; зимой ее меньше, когда большая часть поверхности моря покрыта паковым льдом. Аналогично, перекись водорода появляется только в летнем снегу, потому что для ее производства в атмосфере требуется солнечный свет. Эти сезонные изменения можно обнаружить, потому что они приводят к изменениям электропроводности льда . Размещение двух электродов с высоким напряжением между ними на поверхности ледяного керна дает измерение электропроводности в этой точке. Протаскивание их по всей длине керна и регистрация электропроводности в каждой точке дает график, показывающий годовую периодичность. Такие графики также выявляют химические изменения, вызванные несезонными событиями, такими как лесные пожары и крупные вулканические извержения. Когда известное вулканическое событие, такое как извержение Лаки в Исландии в 1783 году, может быть идентифицировано в записи ледяного керна, это обеспечивает перекрестную проверку возраста, определенного путем подсчета слоев. [83] Материал из Лаки может быть идентифицирован в ледяных кернах Гренландии, но не распространился так далеко, как Антарктида; извержение Тамборы в Индонезии в 1815 году выбросило материал в стратосферу и может быть идентифицировано как в ледяных кернах Гренландии, так и в антарктических. Если дата извержения неизвестна, но ее можно идентифицировать в нескольких кернах, то датирование льда может, в свою очередь, дать дату извержения, которую затем можно использовать в качестве опорного слоя. [84] Это было сделано, например, при анализе климата за период с 535 по 550 год нашей эры, на который, как считалось, повлияло неизвестное тропическое извержение примерно в 533 году нашей эры; но которое оказалось вызвано двумя извержениями, одним в 535 или начале 536 года нашей эры, и вторым в 539 или 540 году нашей эры. [85] Существуют также более древние точки отсчета, такие как извержение вулкана Тоба около 72 000 лет назад. [84]

В ледяных кернах были обнаружены многие другие элементы и молекулы. [86] В 1969 году было обнаружено, что уровень свинца в гренландском льду увеличился более чем в 200 раз с доиндустриальных времен, а также было зафиксировано увеличение других элементов, производимых промышленными процессами, таких как медь , кадмий и цинк . [87] Присутствие азотной и серной кислоты ( HNO3и Н
2ТАК
4) в осадках можно показать, что они коррелируют с увеличением сжигания топлива с течением времени. Метансульфонат (MSA) ( CH
3ТАК−
3) вырабатывается в атмосфере морскими организмами, поэтому записи ледяных кернов MSA предоставляют информацию об истории океанической среды. Как перекись водорода ( H2О2) и формальдегид ( HCHO ) были изучены вместе с органическими молекулами, такими как сажа , которые связаны с выбросами растительности и лесными пожарами. [86] Некоторые виды, такие как кальций и аммоний , демонстрируют сильные сезонные колебания. В некоторых случаях в данный вид вносят вклад более чем один источник: например, Ca ++ поступает из пыли, а также из морских источников; морское поступление намного больше, чем пылевое, и поэтому, хотя два источника достигают пика в разное время года, общий сигнал показывает пик зимой, когда морское поступление максимально. [88] Сезонные сигналы могут быть стерты в местах, где накопление низкое, поверхностными ветрами; в этих случаях невозможно датировать отдельные слои льда между двумя опорными слоями. [89]

Некоторые из отложенных химических видов могут взаимодействовать со льдом, поэтому то, что обнаруживается в ледяном керне, не обязательно является тем, что изначально откладывалось. Примерами являются HCHO и H
2О
2. Еще одной сложностью является то, что в районах с низкими темпами накопления осаждение из тумана может увеличить концентрацию в снеге, иногда до такой степени, что атмосферная концентрация может быть переоценена в два раза. [90]

Радионуклиды

График, показывающий содержание 36Cl в зависимости от высоты снежного покрова, показывающий всплеск во время наземных ядерных испытаний.
36 Cl из ядерных испытаний 1960-х годов в ледниковом льду США.

Галактические космические лучи производят10
Находиться в атмосфере со скоростью, которая зависит от солнечного магнитного поля. Сила поля связана с интенсивностью солнечного излучения , поэтому уровень10
Быть в атмосфере является косвенным показателем климата. Ускорительная масс-спектрометрия может обнаружить низкие уровни10
В кернах льда содержится около 10 000 атомов в грамме льда, и их можно использовать для получения долгосрочных данных о солнечной активности. [92] Тритий (3
H ), созданный в результате испытаний ядерного оружия в 1950-х и 1960-х годах, был обнаружен в ледяных кернах [93] , а также в 36 Cl и239
Pu был обнаружен в ледяных кернах Антарктиды и Гренландии. [94] [95] [96] Хлор-36, период полураспада которого составляет 301 000 лет, использовался для датирования кернов, как и криптон (85Kr , с периодом полураспада 11 лет), свинец (210
Pb , 22 года) и кремний (32Си , 172 года). [89]

Другие включения

Метеориты и микрометеориты, которые приземляются на полярный лед, иногда концентрируются местными экологическими процессами. Например, есть места в Антарктиде, где ветры испаряют поверхностный лед, концентрируя твердые частицы, которые остаются, включая метеориты. Талые водоемы также могут содержать метеориты. На Южнополярной станции лед в колодце плавится, чтобы обеспечить водоснабжение, оставляя микрометеориты. Они были собраны роботизированным «пылесосом» и исследованы, что привело к улучшенным оценкам их потока и распределения массы. [97] Колодец не является ледяным керном, но возраст растопленного льда известен, поэтому можно определить возраст извлеченных частиц. Колодец становится примерно на 10 м глубже каждый год, поэтому микрометеориты, собранные в данном году, примерно на 100 лет старше, чем в предыдущем году. [98] Пыльца , важный компонент осадочных кернов, также может быть найдена в ледяных кернах. Она дает информацию об изменениях в растительности. [99]

Физические свойства

В дополнение к примесям в керне и изотопному составу воды, изучаются физические свойства льда. Такие характеристики, как размер кристалла и ориентация оси , могут раскрыть историю моделей течения льда в ледяном щите. Размер кристалла также может быть использован для определения дат, хотя только в неглубоких кернах. [100]

История

Ранние годы

Мужчина на проходе между двумя высокими полками, загруженными образцами ледяных кернов.
Хранилище образцов керна

В 1841 и 1842 годах Луи Агассис пробурил скважины в Унтераарглетчере в Альпах ; они были пробурены железными прутьями и не давали кернов. Самая глубокая достигнутая скважина составила 60 м. Во время антарктической экспедиции Эриха фон Дригальского в 1902 и 1903 годах в айсберге к югу от островов Кергелен были пробурены 30-метровые скважины и были сняты показания температуры. Первым ученым, создавшим инструмент для взятия проб снега, был Джеймс Э. Чёрч , которого Павел Талалай назвал «отцом современной снегосъемки». Зимой 1908–1909 годов Чёрч построил стальные трубы с прорезями и режущими головками для извлечения кернов снега длиной до 3 м. Подобные устройства используются и сегодня, модифицированные для взятия проб на глубине около 9 м. Их просто вталкивают в снег и вращают вручную. [101]

Первое систематическое исследование слоев снега и фирна было проведено Эрнстом Зорге, который был частью экспедиции Альфреда Вегенера в центральную Гренландию в 1930–1931 годах. Зорге вырыл 15-метровую яму для изучения слоев снега, и его результаты были позже формализованы в законе уплотнения Зорге Анри Бадером, который продолжил проводить дополнительные работы по бурению на северо-западе Гренландии в 1933 году. [102] В начале 1950-х годов экспедиция SIPRE взяла образцы из ям на большей части ледяного щита Гренландии, получив ранние данные о соотношении изотопов кислорода. Три другие экспедиции в 1950-х годах начали работы по бурению ледяных кернов: совместная норвежско-британско-шведская антарктическая экспедиция (NBSAE) на Земле Королевы Мод в Антарктиде; проект по исследованию ледяного поля Джуно (JIRP) на Аляске ; и Expéditions Polaires Françaises в центральной Гренландии. Качество керна было плохим, но на извлеченном льду была проведена некоторая научная работа. [103]

Международный геофизический год (1957–1958) ознаменовался ростом исследований в области гляциологии по всему миру, причем одной из приоритетных исследовательских целей были глубокие керны в полярных регионах. SIPRE провел пробные буровые испытания в 1956 году (до 305 м) и 1957 году (до 411 м) на Участке 2 в Гренландии; второй керн, с учетом опыта бурения предыдущего года, был извлечен в гораздо лучшем состоянии, с меньшим количеством пробелов. [104] В Антарктиде 307-метровый керн был пробурен на станции Берд в 1957–1958 годах, а 264-метровый керн — на станции Литл-Америка V на шельфовом леднике Росса в следующем году. [105] Успех бурения кернов МГГ привел к повышению интереса к улучшению возможностей бурения ледяных кернов, за которым последовал проект CRREL в Кэмп-Сенчури, где в начале 1960-х годов были пробурены три скважины, самая глубокая из которых достигла основания ледяного покрова на глубине 1387 м в июле 1966 года. [106] Буровая установка, использовавшаяся в Кэмп-Сенчури, затем была отправлена ​​на станцию ​​Берд, где была пробурена скважина глубиной 2164 м до коренной породы, прежде чем она была вморожена в скважину талой водой под льдом, и ее пришлось прекратить. [107]

Французские, австралийские и канадские проекты 1960-х и 1970-х годов включают 905-метровый керн в Куполе C в Антарктиде, пробуренный CNRS ; керны в Лоу-Доум, пробуренные ANARE , начиная с 1969 года с 382-метрового керна; и керны Девонской ледяной шапки, извлеченные канадской группой в 1970-х годах. [108]

Антарктида глубокие керны

График, показывающий уровни CO2, выделенный для обозначения ледниковых циклов
Комплексные данные по Куполу C, уровням CO 2 (ppm) за последние 800 000 лет и связанным с ними ледниковым циклам.

Советские проекты по бурению льда начались в 1950-х годах на Земле Франца-Иосифа , Урале , Новой Земле , а также в Мирном и Востоке в Антарктиде; не все эти ранние скважины извлекали керны. [109] В последующие десятилетия работы продолжались в нескольких местах в Азии. [110] Бурение в Антарктиде было сосредоточено в основном на Мирном и Востоке, а серия глубоких скважин на Востоке началась в 1970 году. [111] Первая глубокая скважина на Востоке достигла 506,9 м в апреле 1970 года; к 1973 году была достигнута глубина 952 м. Последующая скважина, Восток-2, пробуренная с 1971 по 1976 год, достигла 450 м, а Восток-3 достигла 2202 м в 1985 году после шести сезонов бурения. [112] Восток-3 был первым керном, который извлек лед из предыдущего ледникового периода, 150 000 лет назад. [113] Бурение было прервано пожаром в лагере в 1982 году, но дальнейшее бурение началось в 1984 году, в конечном итоге достигнув 2546 м в 1989 году. Пятый керн Востока был начат в 1990 году, достиг 3661 м в 2007 году и позже был продлен до 3769 м. [108] [113] Предполагаемый возраст льда составляет 420 000 лет на глубине 3310 м; ниже этой точки трудно надежно интерпретировать данные из-за перемешивания льда. [114]

Сравнение ледяных кернов EPICA Dome C и Vostok

EPICA , европейское сотрудничество по бурению ледяных кернов, было сформировано в 1990-х годах, и в Восточной Антарктиде были пробурены две скважины: одна на Куполе C, которая достигла 2871 м всего за два сезона бурения, но потребовалось еще четыре года, чтобы достичь коренной породы на глубине 3260 м; и одна на станции Kohnen , которая достигла коренной породы на глубине 2760 м в 2006 году. Керн Купола C имел очень низкие темпы накопления, что означает, что климатические данные простирались далеко; к концу проекта полезные данные простирались до 800 000 лет назад. [114]

Другие глубокие антарктические керны включали японский проект в Куполе F , который достиг 2503 м в 1996 году, с предполагаемым возрастом 330 000 лет для нижней части керна; и последующее отверстие в том же месте, которое достигло 3035 м в 2006 году, по оценкам, достигло льда возрастом 720 000 лет. [114] Американские команды бурили на станции Мак-Мердо в 1990-х годах, а также на Тейлор-Доум (554 м в 1994 году) и Сайпл-Доум (1004 м в 1999 году), и оба керна достигли льда последнего ледникового периода. [114] [115] Проект Западно-Антарктического ледяного щита (WAIS), завершенный в 2011 году, достиг 3405 м; на участке наблюдается высокое накопление снега, поэтому лед простирается только на 62 000 лет назад, но, как следствие, керн предоставляет данные с высоким разрешением для периода, который он охватывает. [61] В ходе проекта, который проводился Британской антарктической службой с 2002 по 2005 год, на острове Беркнер был пробурен керн глубиной 948 м , который охватывал последний ледниковый период; [61] а в рамках проекта ITASE, который проводился Италией, в 2007 году было завершено бурение керна глубиной 1620 м на Талос-Доуме. [61] [116]

В 2016 году керны были извлечены из Аллан-Хиллс в Антарктиде в районе, где старый лед лежал близко к поверхности. Керны были датированы методом калий-аргонового датирования; традиционное датирование ледяных кернов невозможно, поскольку присутствовали не все слои. Было обнаружено, что самый старый керн включал лед возрастом 2,7 миллиона лет — безусловно, самый старый лед, датированный по керну. [117]

Гренландия глубокие ядра

В 1970 году начались научные дискуссии, которые привели к проекту «Гренландский ледяной щит» (GISP), многонациональному исследованию Гренландского ледяного щита, которое продолжалось до 1981 года. Для определения идеального места для глубокого керна потребовались годы полевых работ; полевые работы включали несколько кернов средней глубины, в частности, в Дай 3 (372 м в 1971 году), Милсенте (398 м в 1973 году) и Крите (405 м в 1974 году). Место в северо-центральной Гренландии было выбрано в качестве идеального, но финансовые ограничения вынудили группу вместо этого бурить в Дай 3, начав с 1979 года. Скважина достигла коренной породы на глубине 2037 м в 1981 году. В конечном итоге в начале 1990-х годов две группы: GRIP , европейский консорциум, и GISP-2, группа университетов США, пробурили две скважины, на расстоянии 30 км друг от друга, в северо-центральном месте. GRIP достиг коренной породы на глубине 3029 м в 1992 году, а GISP-2 достиг коренной породы на глубине 3053 м в следующем году. [118] Оба керна были ограничены примерно 100 000 лет климатической информации, и поскольку считалось, что это связано с топографией породы, подстилающей ледяной щит в местах бурения, был выбран новый участок в 200 км к северу от GRIP, и был запущен новый проект, NorthGRIP , как международный консорциум во главе с Данией. Бурение началось в 1996 году; первую скважину пришлось оставить на глубине 1400 м в 1997 году, а новая скважина была начата в 1999 году, достигнув 3085 м в 2003 году. Скважина не достигла коренной породы, но закончилась у подледниковой реки. Керн предоставил климатические данные до 123 000 лет назад, что охватывало часть последнего межледникового периода. Последующий проект North Greenland Eemian ( NEEM ) извлек 2537-метровый керн в 2010 году из участка, расположенного севернее, что расширило климатическую летопись до 128 500 лет назад; [113] За NEEM последовал EastGRIP , который начался в 2015 году в восточной Гренландии и должен был быть завершен в 2020 году. [119] В марте 2020 года полевая кампания EGRIP 2020 года была отменена из-за продолжающейся пандемии COVID-19 . EastGRIP вновь открылся для полевых работ в 2022 году, где CryoEgg достиг новых глубин во льду под давлением, превышающим 200 бар, и температурой около -30 ° C. [120] [121]

Неполярные ядра

Ледяные керны были пробурены в местах, удаленных от полюсов, в частности, в Гималаях и Андах . Некоторые из этих кернов восходят к последнему ледниковому периоду, но они более важны как записи событий Эль-Ниньо и сезонов муссонов в Южной Азии. [61] Керны также были пробурены на горе Килиманджаро , [61] в Альпах, [61] и в Индонезии, [122] Новой Зеландии, [123] Исландии, [124] Скандинавии, [125] Канаде, [126] и США. [127]

Планы на будущее

IPICS (Международное партнерство в области изучения ледяных кернов) выпустило ряд официальных документов, в которых излагаются будущие задачи и научные цели для сообщества исследователей ледяных кернов. Они включают в себя планы: [128]

Установлено, что потепление климата приводит к образованию талой ледниковой воды, которая смывает упорядоченные по времени слои захваченных аэрозолей, которые исследователи используют в качестве исторической летописи событий в окружающей среде. [129] Фонд Ice Memory Foundation планирует хранить дополнительные ледяные керны в Антарктиде в ожидании этой неминуемой потери данных. [129]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Бервин, Боб (27 марта 2020 г.). «Коронавирус уже мешает климатической науке, но худшие последствия, вероятно, еще впереди» . Получено 5 апреля 2020 г.
  2. ^ ab Alley 2000, стр. 71–73.
  3. ^ abc Alley 2000, стр. 48–50.
  4. ^ ab Talalay 2016, стр. 263.
  5. ^ Брэдли, Рэймонд С. (2015). Палеоклиматология: реконструкция климатов четвертичного периода . Амстердам: Academic Press. стр. 138. ISBN 978-0-12-386913-5.
  6. ↑ Элли 2000, стр. 35–36.
  7. ^ Найт, Питер Г. (1999). Ледники. Челтнем, Великобритания: Stanley Thornes. стр. 206. ISBN 978-0-7487-4000-0.
  8. ^ Тулачик, С.; Эллиот, Д.; Фогель, СВ; Пауэлл, РД; Приску, Дж. К.; Клоу, Г. Д. (2002). FASTDRILL: Междисциплинарные полярные исследования на основе бурения быстрого ледяного покрова (PDF) (Отчет). Семинар FASTDRILL 2002 г. стр. 9. Архивировано из оригинала (PDF) 4 сентября 2017 г. Получено 17 июня 2017 г.
  9. ^ Габриелли, Паоло; Валлелонга, Пол (2015). «Записи о загрязняющих веществах в ледяных кернах». В Blais, Жюль М.; и др. (ред.). Загрязнители окружающей среды: использование природных архивов для отслеживания источников и долгосрочных тенденций загрязнения . Дордрехт, Нидерланды: Springer. стр. 395. ISBN 978-94-017-9540-1.
  10. ↑ Элли 2000, стр. 43–46.
  11. ^ ab Talalay 2016, стр. 34–35.
  12. ^ abcd Talalay 2016, стр. 59.
  13. ^ ab Talalay 2016, стр. 7.
  14. ^ ab Talalay 2016, стр. 77.
  15. ^ "Глубокое бурение с помощью буровой установки Ганса Таузена". Центр Института Нильса Бора по исследованию льда и климата. 2 октября 2008 г. Архивировано из оригинала 3 сентября 2017 г. Получено 3 июня 2017 г.
  16. ^ Шелдон, Саймон Г.; Попп, Тревор Дж.; Хансен, Стеффен Б.; Стеффенсен, Йорген П. (26 июля 2017 г.). «Перспективные новые скважинные жидкости для бурения ледяных кернов на восточно-антарктическом высокогорном плато». Annals of Glaciology . 55 (68): 260–270. doi : 10.3189/2014AoG68A043 .
  17. ^ Талалай 2016, стр. 259–263.
  18. ^ ab Talalay 2016, стр. 101.
  19. ^ Талалай 2016, стр. 79.
  20. ^ Талалай 2016, стр. 109–111.
  21. ^ Талалай 2016, стр. 173–175.
  22. ^ Талалай 2016, стр. 252–254.
  23. ^ Загороднов, В.; Томпсон, LG (26 июля 2017 г.). «Термоэлектрические ледовые буры: история и новые варианты конструкции для бурения на средней глубине». Annals of Glaciology . 55 (68): 322–330. doi : 10.3189/2014AoG68A012 .
  24. ^ Национальный исследовательский совет национальных академий (2007). Исследование подледниковых водных сред Антарктики: экологическое и научное управление . Вашингтон, округ Колумбия: National Academies Press. С. 82–84. ISBN 978-0-309-10635-1.
  25. ^ Швиковски, Маргит; Дженк, Тео М.; Стампфли, Дитер; Стампфли, Феликс (26 июля 2017 г.). «Новая система термического бурения для высокогорных или умеренных ледников». Annals of Glaciology . 55 (68): 131–136. doi : 10.3189/2014AoG68A024 .
  26. ↑ Аноним (30 июня 2017 г.), Проектирование и эксплуатация ледового бурения: долгосрочный технологический план, стр. 24.
  27. ^ Петерсен, Сандра (23 февраля 2016 г.). «EastGrip – The East Greenland Ice-core Project». East Greenland Ice Core Project . Получено 17 июня 2017 г. .
  28. ^ Madsen, Martin Vindbæk (14 апреля 2016 г.). «Партнеры». East Greenland Ice Core Project . Архивировано из оригинала 28 июня 2017 г. Получено 17 июня 2017 г.
  29. ^ Даль-Йенсен и др. 2016, стр. 17–19.
  30. ^ Петерсен, Сандра (23 февраля 2016 г.). "О проекте EastGRIP". East Greenland Ice Core Project . Архивировано из оригинала 28 июня 2017 г. Получено 17 июня 2017 г.
  31. ^ Даль-Йенсен и др. 2016, стр. 8–9.
  32. ^ Колберт, Элизабет (24 октября 2016 г.). «Когда страна тает». The New Yorker . Получено 17 июня 2017 г. .
  33. ^ ab UNH, Джо Соуни. "About Ice Cores :: Drilling Ice Cores". Национальная лаборатория ледяных кернов. Архивировано из оригинала 4 мая 2017 г. Получено 21 мая 2017 г.
  34. ^ abcd Souney et al. 2014, стр. 16–19.
  35. ^ Хинкли, Тодд (9 декабря 2003 г.). «Международное сообщество по ледяным кернам встречается для обсуждения передовых методов обработки ледяных кернов». Eos Trans AGU . 84 (49): 549. Bibcode :2003EOSTr..84..549H. doi : 10.1029/2003EO490006 ..
  36. ^ abcd Souney et al. 2014, стр. 20–21.
  37. ^ Учида, Цутому; Дюваль, П.; Липенков, В.Я.; Хондо, Т.; Мэй, С.; Сёдзи, Х. (1994). «Хрупкая зона и образование гидратов воздуха в полярных ледяных щитах». Мемуары Национального института полярных исследований . 49 (49): 302..
  38. ^ Талалай 2016, стр. 265–266.
  39. ^ Уокер, Майк (2005). Методы датирования четвертичного периода (PDF) . Чичестер: John Wiley & Sons. стр. 150. ISBN 978-0-470-86927-7. Архивировано из оригинала (PDF) 14 июля 2014 года.
  40. ^ Базен, Л.; Ландэ, А.; Лемье-Дюдон, Б.; Тойе Махамаду Келе, Х.; Верес, Д.; Парренин Ф.; Мартинери, П.; Ритц, К.; Капрон, Э.; Липенков В.; Лутре, М.-Ф.; Рейно, Д.; Винтер, Б.; Свенссон, А.; Расмуссен, С.О.; Севери, М.; Блюнье, Т.; Лейенбергер, М.; Фишер, Х.; Массон-Дельмотт, В.; Чапеллаз, Дж.; Вольф, Э. (1 августа 2013 г.). «Оптимизированная мультипрокси, мультисайтовая орбитальная хронология антарктического льда и газа (AICC2012): 120–800 тыс. лет назад». Климат прошлого . 9 (4): 1715–1731. Bibcode : 2013CliPa...9.1715B. doi : 10.5194/cp-9-1715-2013 . hdl : 2158/969431 .
  41. ^ Джоузель 2013, стр. 2530–2531.
  42. ^ Жузель 2013, стр. 2535.
  43. ^ ab Alley 2010, стр. 1098.
  44. ^ Уилсон, AT; Донахью, DJ (1992). «AMS радиоуглеродное датирование льда: обоснованность метода и проблема космогенного образования in-situ в полярных ледяных кернах». Радиоуглерод . 34 (3): 431–435. Bibcode :1992Radcb..34..431W. doi : 10.1017/S0033822200063657 .
  45. ^ Ульетти, Кьяра; Цапф, Александр; Дженк, Тео Мануэль; Зигль, Майкл; Сидат, Зёнке; Салазар, Гэри; Швиковски, Маргит (21 декабря 2016 г.). «Радиоуглеродное датирование ледникового льда: обзор, оптимизация, проверка и потенциал». Криосфера . 10 (6): 3091–3105. Бибкод : 2016TCry...10.3091U. дои : 10.5194/tc-10-3091-2016 .
  46. ^ «Чрезвычайно кратковременная инверсия геомагнитного поля, изменчивость климата и супервулкан». Phys.org . Сеть ScienceX. 16 октября 2012 г. Получено 29 мая 2017 г.
  47. ^ Блюнье и др. 2007, с. 325.
  48. ^ Ландайс и др. 2012, стр. 191–192.
  49. ^ Блюнье и др. 2007, стр. 325–327.
  50. ^ аб Ландайс и др. 2012, с. 192.
  51. ^ Элиас, Скотт; Мок, Кэри, ред. (2013). "Слои вулканической тефры". Энциклопедия четвертичной науки . Амстердам: Elsevier. ISBN 9780444536426.
  52. ^ Aciego, S.; et al. (15 апреля 2010 г.). «К радиометрическим ледяным часам: U-серия ледяного керна Купола C» (PDF) . Научное совещание TALDICE-EPICA : 1–2.
  53. ^ Лоу и Уокер 2014, стр. 315.
  54. ^ Toyé Mahamadou Kele, H.; et al. (22 апреля 2012 г.). К унифицированным хронологиям ледяных кернов с помощью инструмента DatIce (PDF) . Генеральная ассамблея EGU 2012. Вена, Австрия. Архивировано из оригинала (PDF) 5 сентября 2017 г. . Получено 5 сентября 2017 г. .
  55. ^ Уокер, Майк; Джонсен, Сигфус; Расмуссен, Суне Оландер; Попп, Тревор; Стеффенсен, Йорген-Педер; Гиббард, Фил; Хук, Вим; Лоу, Джон; Эндрюс, Джон; Бьёрк, Сванте ; Цвинар, Лес К.; Хьюэн, Конрад; Кершоу, Питер; Кромер, Бернд; Литт, Томас; Лоу, Дэвид Дж.; Накагава, Такеши; Ньюнхэм, Реви; Швандер, Якоб (январь 2009 г.). «Формальное определение и датировка GSSP (Глобальный стратотипический разрез и точка) для основания голоцена с использованием ледяного керна Гренландии NGRIP и избранных вспомогательных записей». Журнал четвертичной науки . 24 (1): 3–17. Bibcode :2009JQS....24....3W. дои : 10.1002/jqs.1227 . S2CID  40380068.
  56. ↑ Gow, Anthony (12 октября 2001 г.). «Летние и зимние слои ядра». NOAA. Архивировано из оригинала 13 февраля 2010 г.
  57. ↑ Элли 2000, стр. 44–48.
  58. ↑ Элли 2000, стр. 49.
  59. ↑ Элли 2000, стр. 50–51.
  60. ↑ Элли 2000, стр. 56.
  61. ^ abcdefghi Jouzel 2013, с. 2530.
  62. ^ ab Ruddiman, William F.; Raymo, Maureen E. (2003). "Метановая временная шкала для льда Востока" (PDF) . Quaternary Science Reviews . 22 (2): 141–155. Bibcode :2003QSRv...22..141R. doi :10.1016/S0277-3791(02)00082-3.
  63. ^ Жузель 2013, стр. 2533.
  64. ^ Фишер, Дэвид (2011). «Недавние темпы таяния канадских арктических ледяных шапок являются самыми высокими за четыре тысячелетия» (PDF) . Глобальное и планетарное изменение климата . 84–85: 1–4. doi :10.1016/j.gloplacha.2011.06.005.
  65. ^ Соуни и др. 2014, стр. 25.
  66. ^ Барбаласе, Кеннет Л. «Периодическая таблица элементов: O – кислород». EnvironmentalChemistry.com . Получено 20 мая 2017 г. .
  67. ^ abcd Lowe & Walker 2014, стр. 165–170.
  68. ↑ Элли 2000, стр. 65–70.
  69. ^ ab Jouzel 2013, стр. 2532.
  70. ↑ Элли 2010, стр. 1097.
  71. ^ "Изотопы и дельта-обозначение". Центр льда и климата. 8 сентября 2009 г. Архивировано из оригинала 10 июля 2017 г. Получено 25 мая 2017 г.
  72. ^ Малвани, Роберт (20 сентября 2004 г.). «Как определяются прошлые температуры по ледяному керну?». Scientific American . Получено 25 мая 2017 г.
  73. ^ ab Jouzel 2013, стр. 2533–2534.
  74. ^ Жузель 2013, стр. 2531.
  75. ^ Bauska, Thomas K.; Baggenstos, Daniel; Brook, Edward J.; Mix, Alan C.; Marcott, Shaun A.; Petrenko, Vasilii V.; Schaefer, Hinrich; Severinghaus, Jeffrey P.; Lee, James E. (29 марта 2016 г.). «Изотопы углерода характеризуют быстрые изменения в атмосферном углекислом газе во время последней дегляциации». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 113 (13): 3465–3470. Bibcode : 2016PNAS..113.3465B. doi : 10.1073/pnas.1513868113 . PMC 4822573. PMID  26976561 . 
  76. ^ "Climate Prediction Center – Expert Assessments". National Weather Service Climate Prediction Center . Получено 3 июня 2017 г.
  77. ^ ab Jouzel 2013, стр. 2534.
  78. ^ Schilt, Adrian; Baumgartner, Matthias; Blunierc, Thomas; Schwander, Jakob; Spahni, Renato; Fischer, Hubertus; Stocker, Thomas F. (2009). «Ледниково-межледниковые и тысячелетние вариации концентрации закиси азота в атмосфере за последние 800 000 лет» (PDF) . Quaternary Science Reviews . 29 (1–2): 182–192. doi :10.1016/j.quascirev.2009.03.011. Архивировано из оригинала (PDF) 8 августа 2017 г. . Получено 2 июня 2017 г. .
  79. ^ Ландайс и др. 2012, с. 191.
  80. ^ ab Neelin, J. David (2010). Изменение климата и моделирование климата . Кембридж: Cambridge University Press. стр. 9. ISBN 978-0-521-84157-3.
  81. ^ Мартинери, П.; Нуртье-Мазаурик, Э.; Барнола, Ж.-М.; Стерджес, У.Т.; Вортон, Д.Р.; Атлас, Э.; Гохар, Л.К.; Шайн, КП; Брассер, Г.П. (17 июня 2009 г.). «Тренды и бюджеты долгоживущих галоидоуглеродов из моделирования химии атмосферы, ограниченные измерениями в полярном фирне». Атмосферная химия и физика . 9 (12): 3911–3934. Bibcode : 2009ACP.....9.3911M. doi : 10.5194/acp-9-3911-2009 .
  82. ^ Delmas, Robert J. (1993). «Естественный артефакт в измерениях CO2 в ледяных кернах Гренландии » . Tellus B. 45 ( 4): 391–396. doi :10.1034/j.1600-0889.1993.t01-3-00006.x.
  83. ↑ Элли 2000, стр. 51–55.
  84. ^ ab Legrand & Mayewski 1997, стр. 222, 225.
  85. ^ Sigl, M.; Winstrup, M.; McConnell, JR; Welten, KC; Plunkett, G.; Ludlow, F.; Büntgen, U.; Caffee, M.; Chellman, N.; Dahl-Jensen, D.; Fischer, H.; Kipfstuhl, S.; Kostick, C.; Maselli, OJ; Mekhaldi, F.; Mulvaney, R.; Muscheler, R.; Pasteris, DR; Pilcher, JR; Salzer, M.; Schüpbach, S.; Steffensen, JP; Vinther, BM; Woodruff, TE (8 июля 2015 г.). «Сроки и климатическое воздействие вулканических извержений за последние 2500 лет». Nature . 523 (7562): 543–549. Bibcode : 2015Natur.523..543S. doi : 10.1038/nature14565. PMID  26153860. S2CID  4462058.
  86. ^ ab Legrand & Mayewski 1997, стр. 221.
  87. ↑ Легран и Маевски 1997, стр. 231–232.
  88. ^ Легран и Маевски 1997, стр. 222.
  89. ^ ab Legrand & Mayewski 1997, стр. 225.
  90. ↑ Легран и Маевски 1997, стр. 227–228.
  91. ^ Легран и Маевски 1997, стр. 228.
  92. ^ Педро, Дж. Б. (2011). «Высокоточные записи солнечной активности бериллия-10 во льду из Лоу-Доум, Восточная Антарктида: измерение, воспроизводимость и основные тенденции». Климат прошлого . 7 (3): 707–708. Bibcode :2011CliPa...7..707P. doi : 10.5194/cp-7-707-2011 .
  93. ^ Вагенхах, Д.; Граф, В.; Миникин А.; Трефцер, У.; Кипфштуль, Дж.; Ортер, Х.; Блиндоу, Н. (20 января 2017 г.). «Разведка химических и изотопных свойств фирна на вершине острова Беркнер, Антарктида». Анналы гляциологии . 20 : 307–312. дои : 10.3189/172756494794587401 .
  94. ^ Arienzo, MM; McConnell, JR; Chellman, N.; Criscitiello, AS; Curran, M.; Fritzsche, D.; Kipfstuhl, S.; Mulvaney, R.; Nolan, M.; Opel, T.; Sigl, M.; Steffensen, JP (5 июля 2016 г.). "Метод непрерывного определения Pu в арктических и антарктических ледяных кернах" (PDF) . Environmental Science & Technology . 50 (13): 7066–7073. Bibcode :2016EnST...50.7066A. doi :10.1021/acs.est.6b01108. PMID  27244483. S2CID  206558530.
  95. ^ Дельмас и др. (2004), стр. 494–496.
  96. ^ "Будущая работа". Геологическая служба США, исследование Центрального региона. 14 января 2005 г. Архивировано из оригинала 13 сентября 2005 г.
  97. ↑ Элли 2000, стр. 73.
  98. ^ Тейлор, Сьюзан; Левер, Джеймс Х.; Харви, Ральф П.; Говони, Джон (май 1997 г.). Сбор микрометеоритов из скважины South Pole Water Well (PDF) (Отчет). Cold Regions Research and Engineering Lab, Ганновер, Нью-Гэмпшир. С. 1–2. 97–1. Архивировано (PDF) из оригинала 11 октября 2017 г. . Получено 14 сентября 2017 г. .
  99. ^ Риз, Калифорния; Лю, КБ; Томпсон, LG (26 июля 2017 г.). «Запись пыльцы ледяного керна, показывающая реакцию растительности на позднеледниковые и голоценовые изменения климата в Невадо-Сахама, Боливия». Annals of Glaciology . 54 (63): 183. doi : 10.3189/2013AoG63A375 .
  100. ^ Окуяма, Дзюнъити; Нарита, Хидеки; Хондо, Такео; Кёрнер, Рой М. (февраль 2003 г.). «Физические свойства ледяного керна P96 из ледникового покрова Пенни, Баффинова Земля, Канада, и полученные климатические данные». Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 108 (B2): 6–1–6–2. Bibcode : 2003JGRB..108.2090O. doi : 10.1029/2001JB001707 .
  101. ^ Талалай 2016, стр. 9–11.
  102. ^ Лэнгуэй 2008, стр. 5–6.
  103. ^ Лэнгуэй 2008, стр. 7.
  104. ^ Лэнгуэй 2008, стр. 9–11.
  105. ^ Лэнгуэй 2008, стр. 14–15.
  106. ^ Лэнгуэй 2008, стр. 17–20.
  107. ^ Лэнгуэй 2008, стр. 23.
  108. ^ ab Jouzel 2013, стр. 2527.
  109. ^ Уэда и Талалай 2007, стр. 3–5.
  110. ^ Уэда и Талалай 2007, стр. 50–58.
  111. ^ Уэда и Талалай 2007, стр. 3–26.
  112. ^ Уэда и Талалай 2007, стр. 11.
  113. ^ abc Jouzel 2013, стр. 2528.
  114. ^ abcd Жузель 2013, стр. 2529.
  115. ^ Бентли, Чарльз Р.; Кочи, Брюс Р. (2007). «Бурение до ложа ледниковых щитов Гренландии и Антарктики: обзор». Annals of Glaciology . 47 (1): 3–4. Bibcode : 2007AnGla..47....1B. doi : 10.3189/172756407786857695 .
  116. ^ Iaccarino, Tony. "TALos Dome Ice Core – TALDICE". Talos Dome Ice Core . Получено 28 мая 2017 г.
  117. ^ "Рекордный ледяной керн возрастом 2,7 миллиона лет выявил начало ледниковых периодов". Science . AAAS. 14 августа 2017 г. Получено 30 августа 2017 г.
  118. ↑ Лэнгуэй 2008, стр. 27–28.
  119. ^ Madsen, Martin Vindbæk (15 марта 2016 г.). «Документация». East Greenland Ice Core Project. Архивировано из оригинала 18 марта 2017 г. Получено 17 марта 2017 г.
  120. ^ "Наконец-то, вставили в ЕГРИП" . Получено 21 августа 2023 г.
  121. ^ «Выживание в суровых условиях эксплуатации: как Protronix EMS поддерживает передовые исследования в Восточной Гренландии | Protronix EMS». protronix.co.uk/ .
  122. ^ Маккиннон 1980, стр. 41.
  123. ↑ Маккиннон 1980, стр. 42.
  124. ↑ Маккиннон 1980, стр. 36.
  125. ↑ Маккиннон 1980, стр. 39.
  126. ^ Маккиннон 1980, стр. 26-29.
  127. ↑ Маккиннон 1980, стр. 30.
  128. ^ "IPICS White Papers". СТРАНИЦЫ – Прошлые глобальные изменения. Архивировано из оригинала 11 октября 2017 г. Получено 17 июня 2017 г.
  129. ^ ab Jones, Nicola (14 июля 2024 г.). «Гонка по спасению ледниковых записей, прежде чем они растают». Popular Science . Архивировано из оригинала 16 июля 2024 г.

Источники

Внешние ссылки

В Wikibook Historical Geology есть страница на тему: Ледяные керны
На Викискладе есть медиафайлы по теме «Ледяные керны» .