冰芯是一个独特的气候档案。由于伯尔尼大学和 Empa 大学的研究人员开发了一种新方法，可以更准确地测量 150 万年前冰层中的温室气体浓度。伯尔尼大学参与的欧盟项目“Beyond EPICA”旨在恢复南极洲的这种旧冰。
寻找地球上最古老的冰向前迈出了重要一步。包括伯尔尼大学在内的欧洲财团 Beyond EPICA-Oldest Ice 项目于 1 月底完成了第二个实地考察季。钻井深度达808米。该项目的目标是回顾 150 万年前的过去，获取有关温度发展、大气成分和碳循环的数据。
必须达到南极冰盖约 2700 米的深度并回收冰芯。如果一切按计划进行，到 2025 年应该就是这种情况。只有到那时，才能对这个核心中最古老的冰进行复杂的分析，目前正在为此开发新方法。
伯尔尼大学在新分析技术的开发中发挥着至关重要的作用。由实验气候物理学教授、Oeschger 气候变化研究中心成员 Hubertus Fischer 领导的团队与 Empa 合作，成功开发了一种新技术，可以联合测量温室气体二氧化碳 (CO2)、甲烷( CH 4 )和一氧化二氮(N 2 O)以及CO 2的碳同位素组成。
为此所需的冰样本厚度仅为一厘米，非常小，但测量精度最高。
“这些是重要的先决条件，”Hubertus Fischer 解释说，“从 Beyond EPICA 最古老的冰中获取高精度、高分辨率的记录。” 在150万年的冰层中，15000到20000年的气候历史被压缩到仅仅一米的冰芯中，这对冰芯分析提出了全新的要求。冰芯是极其重要的气候档案，因为只有它们包含过去的空气才能直接测量过去的温室气体浓度。
珍贵冰样的完美回收
新方法刚刚发表在《大气测量技术》杂志上。伯尔尼集团与 Empa 研究人员密切合作，为此进行技术开发。由 Empa“空气污染物/环境技术”部门负责人 Lukas Emmenegger 领导的团队开发了一种新型激光光谱仪，可以测量仅 1.5 毫升空气样本的温室气体。
“在如此小的样本中实现如此高精度在很长一段时间内都是难以想象的。我们很自豪这使得研究有价值的冰芯成为可能，”Emmenegger 说。反过来，在伯尔尼大学，设计并建造了新的升华提取系统，可以连续获取如此小的空气样本，而不会受到冰芯的污染。
Hubertus Fischer 说，多亏了这项开创性工作，才有可能在这种古老的冰中以必要的精度和时间分辨率进行温室气体测量。
使用在伯尔尼开发的升华技术，冰芯样本可以从顶部到底部缓慢地从固态转变为气态。在连续升华过程中，通过将空气冻结在 -258°C，以厘米分辨率收集单个样品。该技术可确保百分百的提取效率。
该方法的另一个优点是：从冰样中提取的空气在激光光谱仪测量过程中不会丢失，而是可以用于之后的进一步分析。Hubertus Fischer 谈到“完美回收”并说，“我们必须投入大量的分析工作，对于普通的冰芯来说永远是不合理的。” 不过，它适用于 150 万年前的冰，因为旧冰的数量极为有限。
极端气候条件下的钻井活动
Hubertus Fischer 是 Beyond EPICA—Oldest Ice 项目的主要参与者之一。对 Beyond EPICA 冰芯的分析应该有助于更好地了解温暖时期和冰河时期之间的交替。大约一百万年前，这种来回 变化发生了戏剧性的变化——正如海洋沉积物研究所表明的那样。
在大约 90 万年前，冰期和暖期每 4 万年交替一次，之后每 10 万年才交替一次。为什么会发生这种变化是个谜，但气候研究人员怀疑温室气体等因素发挥了关键作用。现在将通过在南极洲的冰芯钻探来研究这一假设，这几乎是迄今为止分析的最古老的南极冰芯的两倍。
在该项目刚刚结束的第二个钻井季，国际团队在极端条件下工作了两个月。由于恶劣的天气条件，钻井系统的维修和延误等不可预见的挫折。钻井分两班进行，工作 16 小时。Little Dome C钻井地点距离法意Concordia研究站34公里。在这个探险基地，两位伯尔尼研究人员 Markus Grimmer 和 Florian Krauss 的任务是使用伯尔尼大学开发的特殊锯将冰芯切割成可运输的碎片。
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