Argon in der Luft antiker Atmosphäre gefunden

Forscher haben in Eiskernen Argon entdeckt, das in Luft-Hydrat-Kristallen eingeschlossen ist und zur Rekonstruktion vergangener Temperatur- und Klimaveränderungen verwendet werden kann.

Auf den riesigen Eisflächen, die sich über Grönland und die Antarktis erstrecken, ist die Temperatur so niedrig, dass nicht einmal die Sommersonne den darauf abgelagerten Schnee schmelzen kann. Wenn sich der Schnee ansammelt, ohne zu schmelzen, und sich tiefer im Eisschild absetzt, schließt er Luft aus der Atmosphäre ein, die kleine Luftblasen bildet, wenn sich der Schnee in Eis verwandelt. Im Laufe von Jahrhunderten oder Jahrtausenden sammelt sich das Eis an, wodurch sich der Druck auf die Luftblasen erhöht und die Temperatur in ihnen sinkt, bis sich die eingeschlossenen Luftmoleküle in käfigartige Kristalle verwandeln und die alten Luftproben für Hunderttausende von Jahren konservieren. Diese Kristalle, die so genannten Lufthydratkristalle, könnten Aufschluss darüber geben, wie sich die Erdatmosphäre und das Klima über Hunderttausende von Jahren verändert haben – wenn ihre Zusammensetzung genau gemessen werden kann.

Bisherige Messmethoden waren auf einige wenige Elemente wie Sauerstoff und Stickstoff beschränkt. Jetzt hat ein internationales Forscherteam einen neuen Ansatz entwickelt, um schwer fassbare, bisher unbestätigte Bestandteile wie Argon zu ermitteln, die dazu beitragen könnten, ein genaueres Verständnis des vergangenen Klimas zu rekonstruieren. Die Forscher veröffentlichten ihren Ansatz und ihre Ergebnisse – darunter die erste direkte Entdeckung von Argon in Lufthydratkristallen – im Journal of Glaciology.

“Die Luftblasen in einem Eiskern sind das einzige bekannte Paläoumweltarchiv der tatsächlichen alten Atmosphäre mit einer Zeitachse in Tiefenrichtung”, sagte der Erstautor Tsutomu Uchida, ein außerordentlicher Professor an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Hokkaido. Er erläuterte, dass Argon durch Schmelzen oder Schneiden aus dem Eis extrahiert werden konnte, aber sein Verbleib im ungestörten Eis war ein Rätsel. “Wenn wir verstehen können, wo sich Argon im Eis befindet, können wir unser Verständnis der Bewegung von Gasmolekülen im Eis verbessern und dazu beitragen, die Genauigkeit der Umweltrekonstruktion zu erhöhen.

Die Forscher untersuchten fünf Lufthydratkristalle in einem Eiskern aus Grönland, der Eis aus der Zeit vor etwa 130.000 Jahren enthält. Sie verwendeten eine Kombination aus Rasterelektronenmikroskopie und energiedispersiver Röntgenspektroskopie, um die in den Lufthydratkristallen enthaltenen Moleküle sichtbar zu machen und zu identifizieren. Sie fanden Argon.

“Argon wurde in den Lufthydratkristallen vermutet, konnte aber nie direkt durch mikroskopische Analysen bestätigt werden”, sagt Mitautorin Kumiko Goto-Azuma, Professorin an der Graduate University for Advanced Studies, SOKENDAI, und am National Institute of Polar Research. “Eine solche direkte Beobachtung ist schwierig, weil es ein sehr geringes Mischungsverhältnis mit den benachbarten Elementen hat und ein inertes Gas ist, so dass es mit den üblichen Methoden, die für Stickstoff und Sauerstoff verwendet werden, schwer zu messen ist”.

Die Forscher planen, ihren Ansatz zu verfeinern, um die Verteilung von Argon im Eis besser zu verstehen, mit dem Ziel, den Mechanismus der Veränderungen aufzuklären und die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf die globale Umwelt genauer abzuschätzen.

“Wir glauben, dass wir mit diesem neuen Ansatz die Genauigkeit der Eiskernanalyse verbessern können, um zu klären, wie viel Argon in der alten Atmosphäre vorhanden war und wie es sich mit der Umwelt der Erde verändert hat”, sagte Mitautor Tomoyuki Homma, ein außerordentlicher Professor an der Graduate School of Engineering der Nagaoka University of Technology.

Datum: März 30, 2022
Quelle: Hokkaido Universität


Journal Reference:

  1. Tsutomu Uchida, Wataru Shigeyama, Ikumi Oyabu, Kumiko Goto-Azuma, Fumio Nakazawa, Tomoyuki Homma, Kenji Kawamura, Dorthe Dahl-Jensen. Discovery of argon in air-hydrate crystals in a deep ice core using scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopyJournal of Glaciology, 2021; 1 DOI: 10.1017/jog.2021.115

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