A Föld legmenőbb könyvtára(Koppenhága

A Koppenhágai Egyetem kutatói jégmagokat tárolnak, amelyek a Föld éghajlati múltjának és jövőjének kulcsait rejtik.

írta: Elizabeth Landau
2023. június 13.

Forrás:https://hakaimagazine.com/features/the-coolest-library-on-earth/

A kartondobozokkal megrakott polcok szűk folyosóján Jørgen Peder Steffensen úgy vigyorog, mint egy huncut gyerek, aki ünnepi ajándékot bont ki, miközben kihúz egy műanyagba csomagolt jégdarabot a Keep Frozen feliratú dobozból.

A jégzsák az időszámításunk előtti 1-től i.sz. 1-ig terjedő átmenetet tartalmazza, mondja. "Ez azt jelenti, hogy nálunk van az igazi karácsonyi hó."

Ez a jégdarab, valamivel hosszabb, mint a karja, láthatóan nem különbözik a modern jégtől. A benne rekedt buborékok mégis megőrzik Grönland levegőjének több mint két évezreddel ezelőtti kémiáját. „De nem találunk rénszarvas vagy mágikus por nyomát” – viccelődik Steffensen.

Ebben a dániai fagyasztóüzemben Steffensen csapata a Koppenhágai Egyetem Niels Bohr Intézetében mintegy 40 000 jégmag szegmenst tárol, a sarki régiókból származó hosszú jéghengereket, amelyek őrzik a múlt éghajlatának történetét. A fagyott kincsek katalogizálásán túl Steffensen olyan kutatásokban vesz részt, amelyek jégbe rejtett történelmi titkokat vésnek ki, és logisztikát működtet egy grönlandi nemzetközi fúrási projektben, hogy még több mélymintát gyűjtsön.

Koppenhága egyike azon helyeknek a világon, ahol a bolygónk végéről fúrt jégmagdarabokat biztonságosan hidegen tartják.
További nagy kutatási fagyasztók az Egyesült Államokban, Ausztráliában, Franciaországban, Olaszországban, Németországban, Oroszországban és Japánban találhatók. Steffensen szerint Koppenhágában van a legtöbb minta a világ legmélyebb magjaiból, 15,5 kilométernyi jég. Körülbelül ennyi a távolság Steffensen koppenhága központjában található laboratóriumától az ipari parkban található, szerény, sárga csempézett raktárig, ahol 2019 óta a jégarchívum is található. Mind a labor, mind a fagyasztótér ideiglenes, egy hatalmas építési projekt befejezésére várnak. egy új egyetemi létesítményhez. Az archívum emellett további öt kilométernyi jeget őriz Grönlandon, Antarktiszon, Izlandon, Patagóniában fúrt rövidebb magokból, és egy gleccser egy szlovák barlangban. A jégminták egy része olyan kezdeményezésekből származott, amelyekben erős dán részvétel volt, míg mások külföldi kutatóktól származtak, akik hűtött otthont kerestek.

A jégmagok fontos történelmi feljegyzésekként szolgálnak azoknak a tudósoknak, akik érdeklődnek bolygónk éghajlati változásai iránt, akár a távoli múltban, akár a közelmúltban. A fagyűrűkhöz hasonlóan a lehullott hórétegek, amelyek ezeket a magokat képezték, megszámolhatók és korrelálhatók a múlt éveivel. Egy olyan helyről fúrt magban, ahol minimális az olvadás, „a hóesés éves rétegei egyetlen háborítatlan sorozatban vannak visszamenőleg” – mondja Steffensen. "Minél mélyebbre mész, annál messzebbre mész vissza az időben."

Az East Grönland Ice-Core Project részeként fúrt 2215 méteres mélységű jégmag egy vulkáni hamuréteget mutat, amely körülbelül 55 400 évvel ezelőtt, egy izlandi vulkánkitörés során rakódott le. Fotó: Lukasz Larsson Warzecha/Getty Images

De egyetlen mag valószínűleg nem rendelkezik folyamatosan érintetlen rekorddal; a hóesés rétegek által nyomon követett idővonalat évezredekkel ezelőtti lokalizált időjárási események zavarhatták meg. Ezért fontos, hogy ugyanazon időszakból több mintát vegyenek ki különböző helyekről – az eredmények összehasonlítása és a tudományos következtetések alátámasztása érdekében. Grönland és az Antarktisz is számos nemzetközi jégfúró helyszínnek ad otthont. „Valójában egynél több jégmag rekordra van szükség ahhoz, hogy éghajlati jelet kapjunk” – mondja Maria Hörhold, a németországi Bremerhavenben található Helmholtz Sark- és Tengerkutató Központ Alfred Wegener Intézet glaciológusa, aki egy közelmúltbeli tanulmányt vezetett . Grönland rekordhőmérsékletéről.

Ahogy Koppenhága jégmag kurátora, Steffensen, aki a JP mellett dolgozik, úgy írja le a munkáját, mint egy könyvtárost, aki a Föld éghajlattörténetének titkait rejtő jég „köteteit” irányítja. De amikor a kutatók mintát akarnak kölcsönözni, Steffensen nem tud egyszerűen beolvasni egy vonalkódot. A szóban forgó magot fúró nemzetközi együttműködések tagjai irányító bizottságokkal rendelkeznek, amelyek hozzáférést biztosítanak és meghatározzák a csökkenthető összeget. Steffensen véleményt is ír arról, hogy a magból mennyit lehet megkímélni, szem előtt tartva a történelmi jégrekord folytonosságának megőrzését.

Ellentétben egy könyvvel, a jég, amit tanulmányozás céljából kimentek, soha nem jön vissza. A légköri kémia történetének, a hőmérsékleti rekordoknak és az ősi DNS-nek a vizsgálata folyamatban van, de olvasztásra vagy elpárologtatásra van szükség ahhoz, hogy az áruhoz hozzájussanak.

Ennek az ablaktalan könyvtárnak a padlótól a mennyezetig érő polcai körülbelül 1900 kartondobozt és jégládát őriznek. A hőszivattyús rendszer elszállítja a hőt a fagyasztóból, és hangos ventilátorokkal osztja el a hideg levegőt, így -30 °C-ra süllyeszti a helyiséget. A levegő csíp a csupasz arcomon, és jégkristályok képződnek puffadt kabátom gallérján. Olyan hideg van, mint Grönland egyes részein, ahol Steffensen több mint 40 éve expedíciókon vesz részt az ősi jég fúrására és visszanyerésére.

Jørgen Peder Steffensen (jobbra) egy jégmag mintát vizsgál, a dán Niels Bohr Intézetben tartott csaknem 20 kilométeres jégmag egy kis részét.
Fotó: Ola J. Joensen/Niels Bohr Institute

Áramkimaradás esetén a jégtároló konténerek, amelyek a sarki régiókról is szállítják a jeget, olyan jól szigeteltek, hogy a jég 20 °C-on körülbelül 20 órán át fagyva maradna. A betonpadló is véd. A fagyasztó pedig két külön hűtőrendszerrel rendelkezik arra az esetre, ha az egyik mechanikai meghibásodást szenvedne. „Az igazi munkagyilkos lenne, ha elolvad” – mondja Steffensen.

De a jég olvadása a világban arra készteti az olyan kutatókat, mint Steffensen, hogy folytassák a jégfúrás fáradságos munkáját és a benne rejlő titkok felderítését. Mivel a következő évtizedben a globális átlaghőmérséklet az iparosodás előtti szinthez képest 1,5 °C-kal emelkedik , a sarki jégsapkák olvadása és az ebből eredő tengerszint-emelkedés katasztrofális hatások sorozatát fogja szabadítani, amelyek az ökoszisztémák, a gazdaságok és a megélhetés felborulásával fenyegetnek.

Az Északi-sarkvidékről és az Antarktiszról származó mély jégmagok tanulmányozása, mint például a Koppenhágában tárolt jégmagok, segített bebizonyítani, hogy manapság a természetes ciklusok helyett az emberi tevékenység okozza a klímaváltozást. A légbuborékokba zárt atmoszférikus kémiával a mélyjégminták megőrzik bolygónk emberi tevékenység előtti természetes ciklusainak történetét, és megmutatják, hogyan idézett elő elmozdulást az ipari korszak. A jég alól fagyott iszap arra is tanítja a tudósokat, hogy mikor olvadt utoljára Grönland, és milyen növény- és állatvilág virágzott ott. A tengerszint emelkedéséről és a jégtakaró tömegének csökkenésére vonatkozó műholdas és légi adatokkal kombinálva a jégmagok erőteljes mutatóit tárhatják fel mind az éghajlat történetéről, mind az éghajlat által vezérelt jövőbeli hatásokról. Minél több területen tudnak fúrni a tudósok, „annál jobb képet kaphatunk arról, hogy a grönlandi jégtakaró mennyire stabil az éghajlatváltozással szemben,

A 60-as éveiben járó Steffensen a Koppenhágai Egyetem egyetemi hallgatójaként indult útjára, hogy jégvédővé váljon. Fizikát és matematikát tanult, és azt tervezte, hogy 1980 nyarán egy művészmoziban projektorral dolgozik, de ekkor megcsörrent a telefon. Willi Dansgaard gleccserkutatónak sürgősen többletkezekre volt szüksége egy jégfúrási projekthez. Dansgaard azért hallott Steffensenről, mert a fiatalabb férfi az egyetem fizika tantervét felügyelő egyetemi szervezet elnöke volt – ez ritka beosztás egy diák számára. Megkérdezte, hogy Steffensen szeretne-e hat vagy hét hetet Grönlandon tölteni.

Évekkel korábban, 1952-ben Dansgaard, a glaciológia úttörője, alapvető felfedezést tett a Steffensen és kollégái által ma végzett tudományos munkához. Összefüggést mutatott ki a vízmintában lévő két természetesen előforduló oxigénizotóp aránya és annak a felhőnek a légköri hőmérséklete között, ahol a víz származik. A tudósok később ezt a felismerést használták fel a víz, jég formájában történő tanulmányozására, hogy feltérképezzék a légköri hőmérsékletek több ezer éves történetét.

Dansgaard később óriási próbára tette ezt a technikát a Project Iceworm nevű amerikai katonai törekvésnek köszönhetően. Ez a titkos hidegháborús küldetés Grönlandon alagutakat ásott nukleáris rakéták tárolására és bevetésére, de létrehozta a Camp Centuryt is, egy úgynevezett jég alatti várost a katonaság számára, amely magában foglalt egy kávézót, rekreációs csarnokot, fodrászatot és hálóhelyiségeket. alagutakon keresztül kapcsolódik. A Project Iceworm hátsó szándékát rejtve az Egyesült Államok nagy tudományos erőfeszítést jelentett be a jégbe fúrásra. Ez nem csak egy fedőtörténet – 1966-ban a fúrási erőfeszítések eredményeként a kutatók először jutottak el egy 1,39 kilométeres mélységű aktív jégtakaró aljára.

Az Egyesült Államok hadserege létrehozta a Camp Century-t, a „jég alatti várost” Grönlandon a hidegháború idején. Része volt a titkos Project Iceworm küldetésnek, de volt egy tudományos eleme is, amelyben a kutatók egy 1,39 kilométer hosszú jégmagot fúrtak.
Fotó: US Army Corps of Engineers

Chester Langway amerikai geológus, aki a Camp Century nemzetközi tanulmányi programját dolgozta ki, együttműködött Dansgaarddal, hogy megvizsgálja a jégmagba ágyazott történelmet. Az 1969. októberi Science -ben megjelent tanulmányuk , amely a magot a Föld 100 000 éves éghajlati történetének feltérképezéséhez használta, „a jégmagkutatás születési anyakönyvi kivonata” volt Steffensen. A tudósoknak bevált módszerük volt visszamenni az időben, hogy meglássák, milyen volt a Föld légköre a múltban. Mi több, az eredmények korábban ismeretlen, hirtelen hőmérséklet-ingadozásokra utaltak az utolsó jégkorszak vége felé. De a gyors hőmérsékletváltozások megerősítéséhez több mintára volt szükségük. A Camp Century katonai projekt befejeztével a tudósok több országból származó finanszírozást vontak össze, hogy új helyszíneken fúrjanak.

Az 1980. július 4-i Dansgaard-tól kapott végzetes telefonhívás Steffensent a jégmag tudomány élcsapatába helyezte. Annak ellenére, hogy a 20 éves fiatalembernek nem volt jégfúrási tapasztalata, Dansgaard meghívta, hogy vegyen részt a Dye 3 nevű nemzetközi grönlandi fúrási projektben. Négy nappal később Steffensen kirepült.

A Dye 3 csapata a dán tervezésű ISTUK fúrót használta, amelyet a grönlandi „jégcsákány” vagy „fúró” szóról neveztek el, valamint a dán „jég” szót. A 11,5 méter hosszú fúró hetente mintegy 120 méter 10 centiméter átmérőjű magot gyártott.

Steffensent hamar lenyűgözte az ötlet, hogy ahogy a csapat mélyebbre ásott, a történelem egy új részének rekordjához fértek hozzá. Marcus Aurelius uralkodása. A Vezúv kitörése. Augustus kora. A pun háborúk. „A jéggel a kezünkben álltunk” – mondja. "Nagyon klassz volt." A három műszakban, 24 órás munkaidőben dolgozó csapat 901 méter magasra jutott, mire az elektronika egy hibás nyomáskamra miatt kialudt.

A Camp Century kutatói a grönlandi jégtakaróból fúrt 1,39 kilométer hosszú jégmag egy szakaszát vizsgálják.
Fotó: US Army Corps of Engineers

Ez az út elindította Steffensen életművét a jéggel – „Azonnal eladtak” – mondja. Következő grönlandi kirándulásán, 1981-ben, Steffensen éjszakai fúróműszakban dolgozott Dorthe Dahl-Jensennel, a Koppenhágai Egyetem diáktársával. Dansgaard később ezt írta róluk: „Találtunk két fiatalt (és ők egymást), akik később a gleccserkutatásunk kiemelkedő résztvevőivé válnak.” 1985-ben Dahl-Jensen és Steffensen összeházasodtak, és négy gyermekük született. Dahl-Jensen vezető erővé vált ezen a területen, és végül átvette Dansgaard munkáját a Koppenhágai Egyetemen. „Ő a főnököm otthon és a munkahelyen egyaránt” – viccelődik Steffensen.

A Dye 3 projekt 1981 augusztusában az alapkőzetbe került, és a projekt több mint két kilométer hosszú magot eredményezett, amelyet 61 000 mintára osztottak és elküldtek Koppenhágába. Míg a kutatók nem jutottak olyan messzire vissza az időben, mint a Camp Century magja, a Dye 3 minták igazolták Dansgaard ellentmondásos következtetését az elmúlt jégkorszak hőmérséklet-ingadozásairól. Steffensen fokozatosan felelőssé vált az alapvető szegmensek tárolásáért és a nemzetközi partnerekkel való koordinációért azok gondozásában, ezzel megalapozva jégkönyvtári karrierjét.

A koppenhágai fagyasztóarchívum egy egyetemi laborépület alagsorában kezdődött, ahol az 1970-es és 1980-as években futott, a Dye 3-at is magában foglaló Grönland Ice Sheet Project jégmagmintáit tárolták. Steffensen kurátori hivatali ideje 1991-ben kezdődött, amikor kibővített rendszert tervezett az európai grönlandi jégmag projekt jég tárolására. Ez a nagyobb létesítmény, amely egy elhagyatott ipari komplexumban található, közel a Koppenhágai Egyetem kampuszához, akkor jött segítségül, amikor amerikai kutatóknak nagy mennyiségű jeget kellett tárolniuk, amelyet eredetileg évtizedekkel korábban fúrtak a grönlandi Camp Century és az Antarktiszon lévő Byrd állomásról.

2001-re Steffensen csapata egy egyetemi épületben lévő egykori atombomba-óvóhelyet raktárrá alakított át, így a gyűjteményük összesen mintegy 750 doboz jégre nőtt. Az archívum tovább bővült, amikor a Dahl-Jensen által vezetett észak-grönlandi Eemian Ice Drilling projekt 2,5 kilométernyi magmintát hozott vissza a 2010-es évek elején, valamint a folyamatban lévő kelet-grönlandi jégmag-projektből visszahozott mintákat.

Amikor 2019-ben a jégarchívum jelenlegi helyére költözött, Steffensen megragadta az alkalmat, hogy alaposabban leltározza a tartalmát. Így fedeztek fel Dahl-Jensennel 1966-ban 30 sárral és kővel ellátott üvegedényt a Camp Century magjának aljáról, amelyeket 1966-ban gyűjtöttek össze, valamint egy papírnaplót, amely meghatározta, hogy az egyes minták milyen mélységből származnak.

Ezeket a jégmagokat, amelyeket 2300 és 2400 méter mélységben fúrtak meg az East Grönland Ice-Core Project 2022-es helyszíni szezonjában, körülbelül 65 000 éves jégről vették.
Fotó: Lukasz Larsson Warzecha/Getty Images

A hidegháborús tudósok által elképzeltnél jobb eszközökkel és technológiával a kutatóknak most lehetőségük nyílt arra, hogy új részleteket tárjanak fel Grönland távoli múltjáról. A jégmagkutatás szülőhelyéről származó fagyasztott anyagnak több történetet is el kell mesélnie.

A dán gleccserkutató pár értesítette az Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Alapítványát, és vezető szakértőket hívott meg Koppenhágába, hogy személyesen is megtekinthessék ezt az újrafelfedezett kincset. Paul Bierman, a Vermonti Egyetem professzora, aki az ősi szennyeződéseket tanulmányozza bolygónk történelmének nyomai után, padlóra került – úgy gondolta, hogy a Camp Century üledék az évek során a minták keveredése következtében elveszett.

A Camp Century üvegedényekben tárolt szennyeződésmintái egyike volt azoknak a „gerincbizsergő pillanatoknak”, mondja Bierman. – Azt mondod, hú, ez létezik.

A dánok kezdetben két mintát küldtek Bierman csoportjának, hogy vizsgálják meg őket vermonti laboratóriumukban. Az eredeti fúrólyuk nyitva tartására használt folyadék – dízel és vegytisztító vegyszerek keveréke – szaga erős volt a mintazsákokban. A csapat azonban még jobban meglepődött, amikor mikroszkóp alatt egy üledékmintából ősi növényi kövületeket fedeztek fel olvadt vízben.

Az ősi ökoszisztéma teljesebb feltárásához és pontosabb dátum meghatározásához, amikor ezek a növények éltek, a vermonti csoportnak több anyagra volt szüksége, hogy elemezze és megossza más tudósokkal. Drew Christ, Bierman munkatársa és a Vermonti Egyetem akkori posztdoktori kutatója 2021 októberében három hetet töltött azzal, hogy gondosan mintákat vágjon a Steffensen által a koppenhágai jégtároló „olvasótermében” – a fagyasztóhoz csatlakoztatott előszobában. „balzsamosabb” -18 °C-on tartják.

Mivel a környezeti mennyezeti lámpák „visszaállíthatják” a mélymagos minták utolsó fénysugárzásának korát, Krisztusnak a sötétben precíz vágást kellett végeznie, kis piros kerékpárlámpákkal megvilágítva a berendezést. „Érzékszervi megfosztó élmény volt” – mondja, csak a hűtőventilátorok zümmögésével a hangsávként.

Az elmúlt évben Bierman, Christ és munkatársaik az üledék rétegződését jellemezték, és makrofosszilis gallyakat találtak fűznövényekből, szárakat és leveleket a mohákból, sőt néhány nem harapós szúnyog rovarmaradványt is találtak. A Camp Century alatti 1,39 kilométeres üledékből származó új felismerések segítenek a tudósok nagy nemzetközi együttműködésében részletesebb képet alkotni az ősi múlt időszakáról, amikor Grönlandnak ezt a részét zöld terület borította, és hogy mi történt ezután.

„Valamikor 1,4 és 3,2 millió évvel ezelőtt a jégtakaró visszahúzódott, és a táj jégmentes volt” – mondja Christ. A terület azóta a jégtakarón haladva halad előre, visszahúzódott, hogy lehetővé tegye a tundra ökoszisztéma kialakulását, majd ismét előrehaladva, hogy ellepje a tájat.

Működés közben a jégfúró az East Grönland Ice-Core projektben 2022 júliusában.
Fotó: Lukasz Larsson Warzecha/Getty Images

A kutatócsoport azt szeretné megállapítani, hogy pontosan mikor hagyta el a jég Grönland északnyugati részét, mekkora tengerszint-emelkedést okozott ez, és mennyi ideig tartottak a jégmentes ökoszisztémák, mielőtt a jégtakaró ismét előrehaladt volna. A jégtakaró dinamikája és az éghajlatváltozás közötti kapcsolat megértése a tudósok előrejelzéseit is szolgálja a grönlandi olvadás jövőbeni sebességével és a közelgő tengerszint-emelkedéssel kapcsolatban. Ez világszerte több milliárd ember számára fontos, különösen a tengerparti közösségekben.
„Már hatással van rájuk a hurrikánok és nagy téli viharok idején a magasabb tengerszint” – mondja Christ.

Az éghajlatváltozás még nem érintette drámai mértékben azt a helyet, ahol Steffensen és csapata azt reméli, hogy ezen a nyáron befejezik egy mély mag fúrását az East Grönland Ice-Core projektben.
De a Camp Century, Grönland „jég alatti városa” körülbelül 2090-re feltárulhat az olvadás miatt.
Ennek eredményeként egy atomerőműből származó radioaktív hulladék és más mérgező anyagok az óceánba kerülhetnek.

Az éghajlatváltozás hatásainak sivársága közepette Steffensen még mindig gyönyörködik a koppenhágai fagyasztó archívumában található történelmi furcsaságokban.
A „karácsonyi hó” körülbelül 430 méterrel Grönland felszíne alól származik. Steffensen elmondja nekem, hogy negyvennégy éven át havazik alatta, van jég, amely megfelel annak, amikor Julius Caesart meggyilkolták, és állítólag a nap eltűnt, ami mezőgazdasági és gazdasági pusztítást okozott. Steffensen és munkatársai 2020-ban arról számoltak be , hogy a jégmagminták segítenek nyomon követni ezeket a nagy léptékű klímaváltozásokat az alaszkai Okmok vulkán ie 43-ban történt kitöréséig.

A fagyasztóban is vannak pozitív fejlemények – meséli Steffensen a túra után, miközben a Flintholm metróállomásra hajtunk.

A radioaktív anyagok mennyisége 1945-től 1963-ig emelkedett, majd az atomfegyver-moratórium miatt kiesett.
A freon nyomai az 1987-es Montreali Jegyzőkönyv után hullottak le az ózonréteg helyreállításáról a klór-fluor-szénhidrogének csökkentésével.
„A jégmagok valóban elmesélhetik a kibocsátás szabályozásának sikertörténetét” – mondja.
"Tehát abban reménykedünk, hogy valamikor a jövőben az üvegházhatású gázok csökkenését is nyomon tudjuk követni."

A remény jelei tehát egy napon megfagyhatnak.