Ледяные керны
Ледяные керны — керны, взятые из ледяного щита, чаще всего изо льда полярных ледяных шапок в Антарктике, Гренландии или высокогорных ледников. Так как лед образуется из нарастающих спрессованных слоев снега, нижележащие слои старше по отношению к вышележащим, ледяные керны содержат лед, сформировавшийся за многие годы. Свойства льда и кристаллических включений во льду могут быть использованы для воссоздания изменения климата в интервале формирования керна, обычно при помощи изотопного анализа. Они позволяют воссоздать изменение температуры и историю изменения атмосферных условий.
Ледяные керны содержат достаточную информацию о климате. Включения, попавшие в снег, остаются во льду, среди них может быть занесенная ветром пыль, пепел, пузырьки воздуха и радиоактивные вещества. Разнообразие климатических измерений шире, чем у всех остальных природных инструментов датирования, таких как древесные кольца или донные отложения. Включения позволяют узнать температуру, объем океана, осадки, химические и физические условия в нижних слоях атмосферы, вулканическую активность, солнечную активность, продуктивность поверхности моря, опустынивание и лесные пожары.
Длина записи зависит от глубины ледяного керна и составляет от нескольких лет до 800 тыс. лет для кернов en:EPICA. Временно́е разрешение (самый короткий период времени, который может быть точно выделен) зависит от годового количества выпавшего снега и уменьшается с глубиной, так как лед спрессовывается под собственным весом. Верхние слои льда в керне соответствуют одному году или даже одному сезону. Чем глубже, тем слои тоньше, и отдельные годовые слои перестают различаться.
Ледяные керны из различных мест могут быть использованы для воссоздания непрерывной и детальной картины климатических изменений на протяжении сотен тысяч лет, предоставляя информацию по широкому набору аспектов климата в каждый момент времени. Возможность сопоставить информацию из разных кернов по времени делает ледяные керны могучим инструментом для палеоклиматических исследований.
Структуры ледяного покрова и кернов
Ледовый покров сформирован из снега. То, что такой лед не тает летом, объясняется температурой, которая в данной местности редко превышает точку плавления. Во многих местах Антарктики температура воздуха всегда значительно ниже температуры замерзания воды. Если летняя температура начинает превышать температуру плавления, записи ледовых кернов серьёзно разрушаются, вплоть до полной бесполезности, так как талая вода просачивается в снег.
Поверхностный слой состоит из снега в нескольких формах, с воздушными полостями. Продолжая накапливаться, снег в погребенных слоях прессуется и переходит в фирн, зернистый материал со структурой, напоминающей сахар-песок. Воздушные полости остаются, позволяя воздуху из окружающей среды циркулировать внутри. При постепенном накоплении снега зернистый лед уплотняется, и воздушные поры закрываются, оставляя часть воздуха внутри. Из-за того, что воздух некоторое время может циркулировать внутри снегового пласта, возраст льда и возраст газовых включений может отличаться, в зависимости от условий, даже на сотни лет. На станции Восток зафиксирована разница в 7 тыс. лет в возрасте газа и включающего его льда[1].
С увеличением давления на некоторой глубине фирн, «зернистый лед», переходит в лед. Эта глубина может составлять от нескольких метров до десятков, обычно до 100 метров (для Антарктических кернов). Ниже этого уровня материал заморожен и представляет собой кристаллический лед. Последний может быть прозрачным или голубого цвета.
Слои могут визуально различаться в зернистом и обычном льду на значительных глубинах. На вершине ледника, где основный лед имеет небольшую тенденцию к сползанию, создаются аккуратные слои с минимальными повреждениями. В местах, где нижние слои льда подвижны, глубокие слои могут иметь значительно различающиеся свойства и искажения. Керны, взятые возле основания ледника, часто сложны для анализа из-за изменений структуры и обычно включают составы из подстилающей поверхности.
Характеристики фирна
Слой пористого фирна в Антарктическом ледяном покрове находится на глубине от 50 до 150 м.[1]. Что намного меньше общей глубины ледника.
Атмосферный воздух и газ из фирнов медленно перемешиваются благодаря молекулярной диффузии, проходя сквозь поры; происходит постепенное выравнивание газовых концентраций. Тепловая диффузия является причиной изотопного разделения в фирнах, которое возникает из-за быстрого изменении температуры, когда возникают различия изотопного состава воздуха, захваченного пузырьками внутри льда, от состава воздуха, захваченного в основании фирна. Этот газ может диффундировать по фирну, но, как правило, не выходит наружу, за исключением областей, совсем близких к поверхности.
Ниже фирна находится зона, в которой располагаются сезонные слои с попеременно открытыми и закрытыми порами. Эти слои уплотняются благодаря давлению лежащих выше слоев. Возраст газов быстро растет с глубиной слоев. Различные газы разделяются по пузырькам в процессе перехода фирнов (зернистого льда) в обычный лед.[2]
Добыча керна
Керн добывается путём отделения его от окружающей массы. В случае мягких материалов может быть достаточно полой трубки. При глубоком бурении твердого льда и, возможно, подстилающей породы, используются трубчатые буры, которые вырезают цилиндрическую полость вокруг керна. Режущий механизм при этом находится в нижней части бура. Максимальная длина получаемого образца равна длине бура (в случае GISP2 и станции Восток это 6 м). При добыче таких длинных кернов требуется много циклов пересборки бура и извлечения его на поверхность для очистки.
Поскольку глубокий лед находится под давлением и имеет свойство деформироваться, полости, оставшиеся от кернов с глубины больше 300 м, с течением времени закрываются. Для предотвращения этого процесса их заполняют жидкостью. Такая жидкость (или смесь жидкостей) должна удовлетворять одновременно многим критериям, таким как нужная плотность, низкая вязкость, морозостойкость, безопасность с точки зрения охраны труда и природы. Также нужно учитывать специфические для определенного способа добычи требования.
В прошлом было испытано множество разных жидкостей и их смесей. Со времени GISP2 (1990—1993) Антарктическая программа США использовала n-бутилацетат, но его токсичность, воспламеняемость, свойства как агрессивного растворителя заставили сомневаться в целесообразности его дальнейшего применения. Европейское сообщество, включая Россию, сосредоточилось на создании двукомпонентной жидкости, состоящей из легких углеводородов (на станции Восток использовали керосин) и «уплотнителя» (фреона), за счет которого достигается нужная плотность смеси. Тем не менее, многие уплотнители также считаются слишком токсичными, и их использование больше не разрешено в силу действия Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой.[3]. В апреле 1998 на ледяной шапке en:Devon Ice Cap использовали очищенное ламповое масло. Было отмечено, что в девонских кернах глубже 150 м стратиграфия была скрыта микротрещинами[4]
Литература
- ↑ Bender M., Sowers T., Brook E. Gases in ice cores (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 1997. — August (vol. 94, no. 16). — P. 8343—8349. — doi:10.1073/pnas.94.16.8343. — PMID 11607743. — PMC 33751.
Примечания
- en:British Antarctic Survey, The ice man cometh — ice cores reveal past climates Архивная копия от 8 июля 2015 на Wayback Machine
Ссылки
В другом языковом разделе есть более полная статья Ice core (англ.). |
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Ледяные керны, Что такое Ледяные керны? Что означает Ледяные керны?
Ledyanye kerny kerny vzyatye iz ledyanogo shita chashe vsego izo lda polyarnyh ledyanyh shapok v Antarktike Grenlandii ili vysokogornyh lednikov Tak kak led obrazuetsya iz narastayushih spressovannyh sloev snega nizhelezhashie sloi starshe po otnosheniyu k vyshelezhashim ledyanye kerny soderzhat led sformirovavshijsya za mnogie gody Svojstva lda i kristallicheskih vklyuchenij vo ldu mogut byt ispolzovany dlya vossozdaniya izmeneniya klimata v intervale formirovaniya kerna obychno pri pomoshi izotopnogo analiza Oni pozvolyayut vossozdat izmenenie temperatury i istoriyu izmeneniya atmosfernyh uslovij Obrazec ledyanogo kerna Photo by Lonnie Thompson en Byrd Polar Research Center Ledyanye kerny soderzhat dostatochnuyu informaciyu o klimate Vklyucheniya popavshie v sneg ostayutsya vo ldu sredi nih mozhet byt zanesennaya vetrom pyl pepel puzyrki vozduha i radioaktivnye veshestva Raznoobrazie klimaticheskih izmerenij shire chem u vseh ostalnyh prirodnyh instrumentov datirovaniya takih kak drevesnye kolca ili donnye otlozheniya Vklyucheniya pozvolyayut uznat temperaturu obem okeana osadki himicheskie i fizicheskie usloviya v nizhnih sloyah atmosfery vulkanicheskuyu aktivnost solnechnuyu aktivnost produktivnost poverhnosti morya opustynivanie i lesnye pozhary Dlina zapisi zavisit ot glubiny ledyanogo kerna i sostavlyaet ot neskolkih let do 800 tys let dlya kernov en EPICA Vremenno e razreshenie samyj korotkij period vremeni kotoryj mozhet byt tochno vydelen zavisit ot godovogo kolichestva vypavshego snega i umenshaetsya s glubinoj tak kak led spressovyvaetsya pod sobstvennym vesom Verhnie sloi lda v kerne sootvetstvuyut odnomu godu ili dazhe odnomu sezonu Chem glubzhe tem sloi tonshe i otdelnye godovye sloi perestayut razlichatsya Ledyanye kerny iz razlichnyh mest mogut byt ispolzovany dlya vossozdaniya nepreryvnoj i detalnoj kartiny klimaticheskih izmenenij na protyazhenii soten tysyach let predostavlyaya informaciyu po shirokomu naboru aspektov klimata v kazhdyj moment vremeni Vozmozhnost sopostavit informaciyu iz raznyh kernov po vremeni delaet ledyanye kerny moguchim instrumentom dlya paleoklimaticheskih issledovanij Struktury ledyanogo pokrova i kernovVzyatie obrazcov iz en Taku Glacier na Alyaske Bolee plotnyj zernistyj led mezhdu poverhnostnym snegom i golubym lednikovym ldom Ledovyj pokrov sformirovan iz snega To chto takoj led ne taet letom obyasnyaetsya temperaturoj kotoraya v dannoj mestnosti redko prevyshaet tochku plavleniya Vo mnogih mestah Antarktiki temperatura vozduha vsegda znachitelno nizhe temperatury zamerzaniya vody Esli letnyaya temperatura nachinaet prevyshat temperaturu plavleniya zapisi ledovyh kernov seryozno razrushayutsya vplot do polnoj bespoleznosti tak kak talaya voda prosachivaetsya v sneg Poverhnostnyj sloj sostoit iz snega v neskolkih formah s vozdushnymi polostyami Prodolzhaya nakaplivatsya sneg v pogrebennyh sloyah pressuetsya i perehodit v firn zernistyj material so strukturoj napominayushej sahar pesok Vozdushnye polosti ostayutsya pozvolyaya vozduhu iz okruzhayushej sredy cirkulirovat vnutri Pri postepennom nakoplenii snega zernistyj led uplotnyaetsya i vozdushnye pory zakryvayutsya ostavlyaya chast vozduha vnutri Iz za togo chto vozduh nekotoroe vremya mozhet cirkulirovat vnutri snegovogo plasta vozrast lda i vozrast gazovyh vklyuchenij mozhet otlichatsya v zavisimosti ot uslovij dazhe na sotni let Na stancii Vostok zafiksirovana raznica v 7 tys let v vozraste gaza i vklyuchayushego ego lda 1 S uvelicheniem davleniya na nekotoroj glubine firn zernistyj led perehodit v led Eta glubina mozhet sostavlyat ot neskolkih metrov do desyatkov obychno do 100 metrov dlya Antarkticheskih kernov Nizhe etogo urovnya material zamorozhen i predstavlyaet soboj kristallicheskij led Poslednij mozhet byt prozrachnym ili golubogo cveta Sloi mogut vizualno razlichatsya v zernistom i obychnom ldu na znachitelnyh glubinah Na vershine lednika gde osnovnyj led imeet nebolshuyu tendenciyu k spolzaniyu sozdayutsya akkuratnye sloi s minimalnymi povrezhdeniyami V mestah gde nizhnie sloi lda podvizhny glubokie sloi mogut imet znachitelno razlichayushiesya svojstva i iskazheniya Kerny vzyatye vozle osnovaniya lednika chasto slozhny dlya analiza iz za izmenenij struktury i obychno vklyuchayut sostavy iz podstilayushej poverhnosti GISP2 ledyanoj kern s glubiny 1837 m s chetko vidimymi godovymi sloyami Harakteristiki firna Sloj poristogo firna v Antarkticheskom ledyanom pokrove nahoditsya na glubine ot 50 do 150 m 1 Chto namnogo menshe obshej glubiny lednika Atmosfernyj vozduh i gaz iz firnov medlenno peremeshivayutsya blagodarya molekulyarnoj diffuzii prohodya skvoz pory proishodit postepennoe vyravnivanie gazovyh koncentracij Teplovaya diffuziya yavlyaetsya prichinoj izotopnogo razdeleniya v firnah kotoroe voznikaet iz za bystrogo izmenenii temperatury kogda voznikayut razlichiya izotopnogo sostava vozduha zahvachennogo puzyrkami vnutri lda ot sostava vozduha zahvachennogo v osnovanii firna Etot gaz mozhet diffundirovat po firnu no kak pravilo ne vyhodit naruzhu za isklyucheniem oblastej sovsem blizkih k poverhnosti Nizhe firna nahoditsya zona v kotoroj raspolagayutsya sezonnye sloi s poperemenno otkrytymi i zakrytymi porami Eti sloi uplotnyayutsya blagodarya davleniyu lezhashih vyshe sloev Vozrast gazov bystro rastet s glubinoj sloev Razlichnye gazy razdelyayutsya po puzyrkam v processe perehoda firnov zernistogo lda v obychnyj led 2 Dobycha kernaKern dobyvaetsya putyom otdeleniya ego ot okruzhayushej massy V sluchae myagkih materialov mozhet byt dostatochno poloj trubki Pri glubokom burenii tverdogo lda i vozmozhno podstilayushej porody ispolzuyutsya trubchatye bury kotorye vyrezayut cilindricheskuyu polost vokrug kerna Rezhushij mehanizm pri etom nahoditsya v nizhnej chasti bura Maksimalnaya dlina poluchaemogo obrazca ravna dline bura v sluchae GISP2 i stancii Vostok eto 6 m Pri dobyche takih dlinnyh kernov trebuetsya mnogo ciklov peresborki bura i izvlecheniya ego na poverhnost dlya ochistki Poskolku glubokij led nahoditsya pod davleniem i imeet svojstvo deformirovatsya polosti ostavshiesya ot kernov s glubiny bolshe 300 m s techeniem vremeni zakryvayutsya Dlya predotvrasheniya etogo processa ih zapolnyayut zhidkostyu Takaya zhidkost ili smes zhidkostej dolzhna udovletvoryat odnovremenno mnogim kriteriyam takim kak nuzhnaya plotnost nizkaya vyazkost morozostojkost bezopasnost s tochki zreniya ohrany truda i prirody Takzhe nuzhno uchityvat specificheskie dlya opredelennogo sposoba dobychi trebovaniya V proshlom bylo ispytano mnozhestvo raznyh zhidkostej i ih smesej So vremeni GISP2 1990 1993 Antarkticheskaya programma SShA ispolzovala n butilacetat no ego toksichnost vosplamenyaemost svojstva kak agressivnogo rastvoritelya zastavili somnevatsya v celesoobraznosti ego dalnejshego primeneniya Evropejskoe soobshestvo vklyuchaya Rossiyu sosredotochilos na sozdanii dvukomponentnoj zhidkosti sostoyashej iz legkih uglevodorodov na stancii Vostok ispolzovali kerosin i uplotnitelya freona za schet kotorogo dostigaetsya nuzhnaya plotnost smesi Tem ne menee mnogie uplotniteli takzhe schitayutsya slishkom toksichnymi i ih ispolzovanie bolshe ne razresheno v silu dejstviya Monrealskogo protokola po veshestvam razrushayushim ozonovyj sloj 3 V aprele 1998 na ledyanoj shapke en Devon Ice Cap ispolzovali ochishennoe lampovoe maslo Bylo otmecheno chto v devonskih kernah glubzhe 150 m stratigrafiya byla skryta mikrotreshinami 4 Literatura Bender M Sowers T Brook E Gases in ice cores angl Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America journal 1997 August vol 94 no 16 P 8343 8349 doi 10 1073 pnas 94 16 8343 PMID 11607743 PMC 33751 Primechaniya en British Antarctic Survey The ice man cometh ice cores reveal past climates Arhivnaya kopiya ot 8 iyulya 2015 na Wayback Machine Ssylki V drugom yazykovom razdele est bolee polnaya statya Ice core angl Vy mozhete pomoch proektu rasshiriv tekushuyu statyu s pomoshyu perevoda
