Kan du finde årstiderne i et stykke is? Vær klimaforsker for en dag

Denne undersøgelse kan laves derhjemme, og egner sig til nødundervisning som gruppearbejde.

 

I denne undersøgelse får du mulighed for at arbejde, som en klimaforsker ville gøre med en iskerne fra Grønlands Indlandsis. Du får udleveret en model af en iskerne, som din lærer har lavet til dig. Din opgave er at undersøge lagene i isen, måle deres syreindhold og konkludere, hvor mange somre og vintre der er repræsenteret i dit stykke is.

Vi anbefaler, at du læser om iskerner inden undersøgelsen. Du kan også supplere med en anden undersøgelse "Carbondioxid i atmosfæren", hvor du arbejder med CO2-data fra iskerner fra Antarktis

Du kan også se videoen "Iskerneforskning: Et vindue til fortidens klima" for at høre mere om, hvilke oplysninger om klimaet en iskerne kan gemme på. 

Til læreren:Klik her for at se vejledningen til, hvordan du laver en kunstig iskerne.

Overblik over undersøgelsen:

Hvad? Aktivitetstype Tid
Aktivitet 1 Undersøg årstiderne i en iskerne Undersøgelse, modellering  60 min.
Aktivitet 2 Arbejdsspørgsmål Perspektivering 90 min.

 

 

  • Iskerne, ca. 25 cm lang (du får udleveret en model af en iskerne, som din lærer har forberedt) 
    Et rent plastikkar til at lægge iskernen i 
  • Hobbykniv 
  • Lineal 
  • Blyant 
  • Print af Figur 1 og 2 
  • pH-strips (pH 2 – 9) 

Udstyr. Hobbykniven mangler på billedet.

 

 

1. Undersøg årstiderne i en iskerne 

Riv pappet af isen 

Du har fået et paprør, som er fyldt med is. Du skal starte med at fjerne pappet samtidigt med, at du rører så lidt som muligt ved selve isen – dine fingeraftryk kan nemlig ødelægge pH-målingerne, som du skal lave senere. 

  • Find alt udstyr frem og læg det klar på bordet. Som det sidste henter du paprøret fra fryseren.  

  • Fjern låget fra paprøret. Brug kniven til at skære et hak i pappets øverste kant så der kommer en lille flig, du kan trække i. Se billederne herunder.

  • Med den ene hånd trækker du i fligen i en spiralformet bevægelse rundt om røret, mens du holder rundt om paprøret med den anden hånd. Til sidst kan du lade isens øverste del hvile på underlaget, for så at lægge den helt ned, når du er færdig med pappet. Undgå at holde rundt om selve isen. Hvis du skal flytte på iskernen, så skub forsigtigt til endestykkerne (top og bund). 

Hold omkring paprøret mens du river pappen af med den anden hånd. Lad isens top hvile i karret, når du river det sidste stykke pap af, så du undgår at røre selve isen med fingrene. 
  • Spørgsmål: Hvad ser du? Set dine egne ord på, hvordan isen ser ud.  

  • Spørgsmål: Hvor mange lag kan du se i isen? Beskriv hvordan lagene ser ud.

  • Spørgsmål: Forestil dig at isen er et stykke af en iskerne, der er boret ud fra Grønlands Indlandsis. Hvad tror du, lagene er dannet af? Hvad tror du, lagene repræsenterer? Hvor gammel tror du iskernen er? Hvor dybt nede i Indlandsisen kommer den fra? 
     

Lav en skitse over lagene i isen  

Du er nu klar til at tegne en skitse af iskernen. I skitsen skal du sætte en streg, der hvor isen meget tydeligt skifter nuance fra f.eks. hvid is til klar is. Disse skift i nuancer kalder vi en laggrænse. Laggrænserne er overgangen mellem de forskellige lag, og ses ved et tydeligt farveskift i isen. I denne undersøgelse er vi primært interesseret i lag, der er mindst 1,5 cm tykke. 

Igen gælder det, at du helst ikke skal røre ved isens buede overflade, hverken med fingre, blyant eller lineal. Hold derfor linealen løftet ca. 1 cm over isens overflade når du måler, eller læg linealen i bunden af karret.

 

Linealen rører ikke iskernen

 

  • Find den printede version af Figur 1 nedenfor. Denne skal du bruge til din skitse.

 

Figur 1. - Download Figur 1 her

 

  • Mål længden af iskernen (L), sæt en streg svarende til L i Figur 1a, og notér værdien.
     
Et eksempel på hvordan dine lag kan se ud. Laggrænserne er markeret med L0 til L6. Den totale længde er L. Billedet viser en model af en iskerne med tynde vinterlag og tykke sommerlag. 
  • Mål afstanden mellem iskernens bund og den første laggrænse du ser (L1). Tegn en streg i Figur 1a svarende til laggrænsen og notér afstanden, du målte, i Figur 1b. 

  • Mål afstanden mellem iskernens bund og laggrænse nummer to (L2), sæt en streg i skitsen og notér afstanden. Gentag med laggrænse nummer tre, fire osv., indtil du når helt til iskernens top.  

  • Hvis du ser et tyndt bælte af små, brune eller mørke partikler i et lag, markerer du det i skitsen f.eks. med en anden farve. 
På billedet ses en tynd brun ring i isen
Eksempel et tyndt brunt bånd af små partikler (blå pil), der skal repræsentere partikler fra en støvstorm i model-iskernen.
  • Tag gerne et billede af iskernen hvor du holder linealen langs med kernen, eventuelt med din skitse liggende ved siden af. Billedet vil fungere som dokumentation af dine målinger, når isen er smeltet. 
     
  • Du har nu lavet det, som forskerne kalder en log over den synlige lagdeling i isen. Der er lagdeling, når der er synlige lag i isen, som er defineret af laggrænser. Loggen danner grundlaget for, at man kan trække klimainformation ud af isen. 

  

Beregn hvor tykke lagene er  

  • Du skal nu beregne, hvor tykke hvert enkelt lag er. Dette kalder vi lagtykkelse.

  • Tykkelsen af det nederste lag har du allerede målt. Tykkelsen af lag nummer to finder du ved at trække den nedre laggrænse fra den øvre laggrænse (L2 - L1). Eksempel: hvis der er 7,2 cm fra L0  til L2 og L1 er 4,1 cm, så får vi, at tykkelsen af lag nummer to er 7,2 cm – 4,1 cm = 3,1 cm. 

  • Skriv lagtykkelserne i Figur 1c. 

  • Kontrol af dine målinger: Læg alle lagtykkelserne sammen og tjek at summen af lagtykkelserne er det samme som længden L. Hvis ikke så gå tilbage til dine målinger og beregninger og ret eventuelle fejl.  

  • Tegn en graf over lagtykkelserne ved at indsætte værdierne i Figur 2a.


 Figur 2 - Download Figur 2 her


Hvis din iskerne har en tør og mat overflade, anbefaler vi, at du svarer på spørgsmålene nedenunder nu. Men hvis din iskerne har en fugtig og blank overflade, anbefaler vi, at du venter med spørgsmålene til efter, at du har målt pH-værdien (næste afsnit). 

  • Spørgsmål: Hvordan ser grafen over lagtykkelserne ud? 

  • Spørgsmål: Forestil dig at isen er et stykke af en ægte iskerne, der er boret ud fra Grønlands Indlandsis.  
    • Hvorfor tror du, at nogle lag er tynde, og nogle lag er tykke?  
    • Hvilke forhold styrer hvor meget sne, der falder på Indlandsisen?  
    • Hvornår i løbet af et år vil man forvente, at der falder henholdsvis meget eller lidt sne på Indlandsisen? 
       
  • Spørgsmål: Hvordan kan lagtykkelserne give os et hint om, hvad temperaturen har været, da sneen faldt? 

  • Spørgsmål: Hvis du fandt et tyndt bånd af små partikler, hvad tror du så, at de er? Hvordan er de havnet i den Grønlandske Indlandsis? 
     

Mål pH-værdien af lagene

Næste trin er, at du skal måle pH-værdien af hvert enkelt lag. Du får det bedste resultat, hvis isens overflade er begyndt at smelte en lille smule, så den har en let fugtig overflade, men uden at vandet løber. Du kan se om isen er fugtig ved, at isens overflade er blank (og ikke mat). Isen er typisk klar efter ca. 20 – 30 minutter i værelsestemperatur. (Du kan kortvarigt og forsigtigt bruge en varmelampe eller føntørrer til at smelte en tynd hinde, men oftest vil det ikke være nødvendigt.) 

  • Sørg for at dine hænder er tørre og rene. 

  • Start med det nederste lag i iskernen (laget mellem L0 og L1). Tag en pH-strimmel. Vend strimlen så de farvede felter vender nedad og strimlens længderetning følger iskernens omkreds. Læg de farvede felter midt i laget, langs iskernens omkreds. Pres ned på strimlen med tre-fire fingre så alle farvede felter er i kontakt med isen. Kør strimlen frem og tilbage langs iskernens omkreds så farvefelterne kan suge vand op fra isens overflade. Det er vigtigt, at strimlen kun er i berøring med det nederste lag. Når strimlen er blevet våd, kan du se, at farvefelterne ændrer farve. Tjek at alle fire farvefelter er blevet våde, ellers gentager du processen.
     

  • Aflæs pH-værdien ved at sammenligne farvefelterne på strimlen med pH-skalaens farveskema. Noter lagets pH-værdi på din skitse i Figur 1a og indtegn pH-værdien i Figur 2b. 

  • Skyl fingrene og tør dem af.

  • Gentag processen med de andre lag.  

  • Spørgsmål: Hvad er pH et mål for? Hvordan virker en pH-indikator? 

  • Spørgsmål: Beskriv grafen over pH-værdierne i Figur 2b med dine egne ord. 
     
På billedet ses målingerne: (sommer = pH 8,5), (vinter = pH 3), (sommer = pH 6), (vinter = pH 2,5) og (sommer = pH 5)
Eksempel på pH-målinger på en kunstig iskerne, der skal illustrere, at pH-niveauet typisk er lavere om vinteren/foråret end om sommeren.

 

Arbejdsspørgsmål  

Syre og årlag 

  • Kan du nævne eller finde eksempler på, hvad der styrer syreindholdet i atmosfæren? 

  • Hvordan bliver syren aflejret på Indlandsisen i Grønland? 

  • Hvornår på året indeholder sneen i Grønland typisk mest syre? 

  • Viser dine observationer, at der en sammenhæng mellem lagtykkelse og syreindhold (altså pH-værdi)? 

  • I en Grønlandsk iskerne kan forskerne typisk identificere henholdsvis sommerlag og vinterlag, altså lag der er dannet af henholdsvis sommersne og vintersne. Vil du sige, at lagene i din iskerne repræsenterer sommerlag og vinterlag? Begrund dit svar. 

  • Lad os antage at lagene i din iskerne er skiftevis sommerlag og vinterlag. Hvor mange år er der så repræsenteret i din iskerne? 

Hvis du f.eks. har identificeret 5 lag, repræsenter din kerne en periode på 2,5 år. Vi siger, at du har 2,5 årlag. 

 

Hvor gammel er din is og hvor dybt nede fra Indlandsisen kommer den? 

  • Grønlands Indlandsis er mere end tre kilometer tyk på det tykkeste sted. Hvor mange stykker af din iskerne ville man skulle stable ovenpå hinanden for at nå fra top til bund af Indlandsisen? 

  • Du skal nu komme med et bud på, hvor dybt nede i Indlandsisen dit stykke is er hentet fra – hvis den altså var fra en ægte iskerne. Til dette skal du bruge figuren nedenfor. Figuren viser Indlandsisens dybde langs y-aksen, ned til ca. 2,2 kilometers dybde. Langs x-aksen ser du tykkelsen af årlagene i en iskerne.  
    • Start med at beregne den gennemsnitlige tykkelse af årlagene i din iskerne. Eksempel: hvis du tidligere fandt, at du har 2,5 årlag i din iskerne, og at længden (L) af din iskerne er 21,1 cm, så vil den gennemsnitlige årlagstykkelse være 21,1 cm/2,5 år = 8,4 cm/år.
    • Fra hvilken dybde (ca.) er dit stykke is hentet fra? Aflæs på grafen med de blå prikker.
    • Er din is fra sidste istid, eller fra vores nuværende mellemistid, Holocæn? 

 

Grafen viser dybde (m) som funktion af årlagstykkelse (cm)
De blå prikker er årlagstykkelser ned langs en iskerne fra Grønland. Årlagene bliver generelt tyndere, jo dybere ned i Indlandsisen man kommer. Dette skyldes hovedsageligt, at lagene presses sammen på grund af den overliggende vægt. Derudover har mængden af sne, der falder per år, også betydning for kurvens forløb. Der falder mindre sne i kolde perioder end i varme perioder. Derfor er årlagene i is, der stammer fra snefald under sidste istid ekstra tynde, og forklarer det skarpe knæk i den blå kurve omkring 1400 meters dybde.(1) 

Den røde og grønne linje er ikke vigtige for din undersøgelse, men de er modellerede årlagstykkelser baseret på antagelser om, hvordan isen flyder og hvor meget sne, der er faldet. 

 

  • Hvad er alderen (ca.) af dit stykke is? Aflæs alderen på figuren nedenfor ved at bruge dybden som du fandt i forrige spørgsmål.  
Grafen viser dybde (m) som funktion af isens alder (år)
Grafen viser, at isen bliver ældre, jo dybere ned i Indlandsisen man kommer. Alderen er fundet ved, at forskere har talt årlag på samme måde, som du har gjort i denne undersøgelse, men med større dataset og mere avancerede metoder. Tæt på bunden er årlagene så tynde, at man ikke kan skelne dem, så der er alderen fundet ved matematisk modellering.(2) 


Klimasignalet i årlagstykkelser

Hvordan kan man bruge årlagstykkelser i en iskerne til at sige noget om, hvordan klimaet har været før i tiden?  
Du har gennem denne undersøgelse lært, at vinterlag typisk er tyndere end sommerlag, fordi kold luft kan holde på mindre fugtighed end varm luft, og derfor giver mindre nedbør. Ser vi den samme sammenhæng, hvis vi går længere tilbage i tid? 

Lad os gå tilbage til sidste istid og se hvad en iskerne fra Grønland fortæller os. Her har forskere talt 60 tusinde (!) årlag i en iskerne og målt årlagstykkelserne på samme måde, som du gjorde før. Resultatet er den røde kurve nederst i figuren herunder.

Grafen fokuserer på årlagstykkelse og temperatur
Den røde kurve er årlagstykkelser i en Grønlandsk iskerne. Den blå kurve er et udtryk for temperaturen i Grønland, på det tidspunkt sneen faldt. Når den blå kurve har en top, var det relativt varmt (i et ellers meget koldt klima). Når den blå kurve er i bund, var det koldt.(3)
  • Hvilket interval i tykkelse varierer årlagene mellem? Hvordan var dine egne årlagstykkelser sammenlignet med dette?

 

  • Er der en sammenhæng mellem årlagstykkelserne og ”temperaturkurven”? Begrund dit svar. Hvorfor tror du, at det er sådan?

 

  • Hvorfor tror du at studier af fortidens klima er relevante, når vi ønsker at forudsige fremtidens klima? 
     

Menneskeskabt syreforurening – og en indsats, der virkede

Du får nu mulighed for at arbejde med data på pH-målinger fra en iskerne fra Grønland. Forskerne bag projektet har arbejdet efter samme princip, som du har gjort – først har de smeltet noget af isen, og så har de målt pH-værdien med en pH-indikator, dog med mere avanceret udstyr end du har brugt. 

 

grafen viser pH i forhold til isens alder i år
Den røde kurve viser pH-niveauet i en Grønlandsk iskerne over en hundredårig periode startende ved år 1900. Den sorte kurve er en udglattet version af de samme data, som gør det nemmere at se den generelle udvikling over flere år. På højre y-akse ses pH-skalaen og på venstre y-akse ses den tilsvarende syrekoncentration angivet i hele tal (H+).(4) 


Spørgsmål til data i figuren: 

  • Hvad ser du langs x-aksen? Og y-akserne?

  • Hvilket interval svinger pH-værdierne typisk mellem? Hvad er maksimum- og minimumværdien? (Kig ekstra grundigt efter på y-aksen)

  • Er lav pH-værdi et udtryk for lav eller høj syrekoncentration?

  • Hvor var syren før den endte i isen? 

  • Kan du forklare de store udsving indenfor relativt korte tidsperioder i den røde kurve?

  • Sammenlign med dine egne pH-målinger. Var pH-værdierne i din kunstige kerne indenfor samme interval som i den ægte iskerne fra Indlandsisen i Grønland? 

  • Beskriv den sorte kurves forløb fra år 1900 til år 2000. Hvornår er syrekoncentration på sit højeste i den sorte kurve? Har du et bud på, hvorfor den sorte kurve ser ud, som den gør? 
       

 

Syrekoncentrationen toppede i 1970’erne som følge af syreforurening fra især industrien. Syreforureningen i atmosfæren gav dårlig luftkvalitet og medførte døde træer og fisk i de områder, der var hårdest ramt. For at få bugt med problemet besluttede USA og Europa i 1970’erne at reducere luftforureningen ved bl.a. at sætte filtre på skorstene i industrien. Syremålingerne fra iskernerne i Grønland viser, at syreforureningen i atmosfæren er faldet drastisk siden hen – og dermed, at det virkelig virkede med indsatsen, som man påbegyndte i 1970’erne. Nu er syreindholdet i iskernerne tilbage på et niveau, som det var for omkring 100 år siden, inden forureningen virkelig tog fart.

Du kan læse mere her: Luftens syreforurening er minimeret til før industrialiseringen.

 

  

Kilder

1) Figuren er en modificeret version af en figur fra Rasmussen et al. (2013), A first chronology for the North Greenland Eemian Ice Drilling (NEEM) ice core, Clim. Past., 9.

2) Data er hentet fra https://www.iceandclimate.nbi.ku.dk/data/ og kommer fra Rasmussen et al. (2013), A first chronology for the North Greenland Eemian Ice Drilling (NEEM) ice core, Clim. Past., 9.

3) Figuren er en modificeret udgave af Figur 3 fra Svensson et al. (2008), A 60.000 year Greenland stratigraphic ice core chronology, Clim. Past., 4.

4) Kilde: Helle Astrid Kjær. Hentet fra https://www.nbi.ku.dk/nyheder/nyheder_16/luftens-syreforurening-er-minimeret-til-foer-industrialiseringen/

Undersøgelsen er udviklet af Inger K. Seierstad ved Cirkus Naturligvis, Københavns Universitet efter indledende samtaler med adjunkt Helle Astrid Kjær ved Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet. Arbejdet er finansieret af Novo Nordisk Fonden.