Eisbohrkerne - Altersbestimmung - Beispiel Antarktis

Hallo zusammen,

mithilfe von Eisbohrkernen wird ja versucht Rückschlüsse auf das Klima bzw. die Zusammensetzung der Atmospähre der vergangenen Jahrtausende zu schließen.

Ich habe mich auf verschiedenen Seiten eingelesen und finde aber keine Infos über die Altersbestimmung. Man muss ja ungefähr abschätzen können wie alt die Messung z.B in 1000 M Tiefe ist, also aus welchem Jahrhundert oder Jahrtausend man da Informationen vorliegen hat.

Auf wikipedia steht z.B (Stichwort "Eisbohrkern"):

"Der älteste Bohrkern überhaupt stammt aus der Antarktis vom europäischen Project EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) 2004. Das Eis in 3270,2 Metern Tiefe ist ca. 900.000 Jahre alt und enthält damit Informationen von mehr als acht Eiszeit-Zyklen. "

Also nehmen wir 900.000 Jahre.

Gleichzeitig steht bei Wikipedia und auch auf anderen Seiten, dass 1 Meter akkumuliertes Wasser (Wassersäule) etwa 1,1 Meter neues Eis für die vertikale Eismächtigkeit hervorbringt (nach einigen Jahren des Zusammendrückens). Viel weniger geht nicht, Wasser kann man eben fast nicht komprimieren.

Bleiben wir beim Beispiel der Antarktis. Hier fallen im Inneren etwa 200 mm Niederschlag pro Jahr, zur Küste hin 600 mm (laut Google, als Meteorologe kann ich sagen: plausibel). An der Küste taut es aber auch je nach Jahreszeit, deshalb bleiben wir mal im Inneren. Sagen wir zur Vereinfachung 333 mm Niederschlag im Jahr. Also alle 3 Jahre 1 Meter (exakt wären 1,1 Meter, aber erlauben wir uns auch hier eine Näherung) neues Eis.

Somit käme ich bei 3270 Metern Tiefe auf 9810 Jahre und nicht auf 900.000 Jahre. Wieso also kann bei 3270 Metern Tiefe auf 900.000 Jahre geschlossen werden?

Als einzigen Punkt könnte ich jetzt nenen, das auf jeden Fall etwas von dem Eis wegsublimiert. Aber das erklärt wohl nicht den Faktor 100.

Hat jemand eine Idee bzw. genaueres Wissen bei dem Thema?

VG

Google mal unter Atom Trap Trace Analysis oder ATTA.
Das ist eine Methode der Altersbestimmung bei Eisbohrkernen und Grundwasser.
Mehr kann ich dir dazu aus dem Stegreif leider nicht sagen.

@F5Tornado

Je tiefer eine Jahresschicht im Eis liegt, desto älter und dünner ist sie, da das Gewicht der darüber liegenden Schichten sie zusammendrückt und zur Seite fließen lässt. Untersucht man diese einzelnen Schichten, kann man sehr genaue Informationen zu ganz bestimmten Jahren herausfinden, indem man die Schichten von oben abzählt. Die Dicke der einzelnen Jahresschichten gibt dabei Hinweise auf die jeweilige Niederschlagsmenge.

Hinweise auf Ereignisse werden sowohl im Hinblick auf den Zeitpunkt ihres Auftretens, wie auch auf eine gegebenenfalls vorhandene, zeitliche Periodizität hin untersucht. Eisbohrkerne werden immer verglichen, d. h., es wird geprüft, ob sich ein Ereignis in einem anderen, ggf. an ganz anderer Stelle gewonnenen Eisbohrkern, der Spuren aus derselben Zeit zeigt, wiederfinden lässt.

Wikipedia

CptTrips schrieb:@F5Tornado

Je tiefer eine Jahresschicht im Eis liegt, desto älter und dünner ist sie, da das Gewicht der darüber liegenden Schichten sie zusammendrückt und zur Seite fließen lässt. Untersucht man diese einzelnen Schichten, kann man sehr genaue Informationen zu ganz bestimmten Jahren herausfinden, indem man die Schichten von oben abzählt. Die Dicke der einzelnen Jahresschichten gibt dabei Hinweise auf die jeweilige Niederschlagsmenge.

Hinweise auf Ereignisse werden sowohl im Hinblick auf den Zeitpunkt ihres Auftretens, wie auch auf eine gegebenenfalls vorhandene, zeitliche Periodizität hin untersucht. Eisbohrkerne werden immer verglichen, d. h., es wird geprüft, ob sich ein Ereignis in einem anderen, ggf. an ganz anderer Stelle gewonnenen Eisbohrkern, der Spuren aus derselben Zeit zeigt, wiederfinden lässt.

Wikipedia

Das stimmt. Allerding steht dort auch:

Von Jahr zu Jahr setzt sich eine neue Schicht Eis ab, eine so genannte Jahresschicht. Somit besteht ein solcher Landeisschild aus vielen übereinander liegenden Schichten Eis. Bohrungen werden dabei typischerweise am Scheitel eines Eisschilds durchgeführt, der sogenannten Eisscheide, wo überwiegend nur eine vertikale Bewegungen des Eises stattfindet, so dass Störungen durch seitliche Fließbewegungen vermieden werden.

Es ist zwar richtig das die älteren Schichten natürlich stärker zusammengedrückt werden, allerdings geht nur die eingeschlossene Luft mehr und mehr verloren und es bleibt die exakte Wasserinput-Menge zurück. So verstehe ich das jedenfalls.

F5Tornado schrieb:so dass Störungen durch seitliche Fließbewegungen vermieden werden.

... was dann wohl das differenzieren der Schichten erleichtert. Sehe da keinen Widerspruch zu meinem Zitat.

CptTrips schrieb:F5Tornado schrieb:
so dass Störungen durch seitliche Fließbewegungen vermieden werden.

... was dann wohl das differenzieren der Schichten erleichtert. Sehe da keinen Widerspruch zu meinem Zitat.

Ok, dachte du wolltest damit zeigen, dass die älteren Schichten einfach nur stärker gepresst sind. Das sind sie auch, aber sagen wir 333 mm Niederschlag im Jahr (der als Schnee fällt und somit in der Schneedecke anfangs noch viel Luft eingeschlossen ist), wird bei maximalen Druck dann irgendwann auch eine näherungsweise 333 mm dicke Eisschicht ergeben. Das werden dann nicht auf einmal 22 mm Eis oder Ähnliches.

@F5Tornado
1m³ Schnee enthält meines Wissens, je nach Dichte, zwischen 50 und 500l Wasser. Da geht selbst ohne grösseren äusseren Druck bei der Umwandlung in Eis einiges an Rauminhalt/Schichtdicke verloren.

@Heide_witzka

F5Tornado schrieb:Hier fallen im Inneren etwa 200 mm Niederschlag pro Jahr, zur Küste hin 600 mm (laut Google, als Meteorologe kann ich sagen: plausibel). An der Küste taut es aber auch je nach Jahreszeit, deshalb bleiben wir mal im Inneren. Sagen wir zur Vereinfachung 333 mm Niederschlag im Jahr.

Ich denke hier wurde die tatsächliche Wassermenge angenommen.

Die Niederschlagsmenge wird meist in Millimeter angegeben. Anschaulicher als diese Form ist allerdings die Angabe in Liter pro Quadratmeter. Die Umrechnung der beiden Einheiten ist einfach: 1 mm Niederschlag bedeutet 1 Liter Niederschlag pro Quadratmeter. Also: 1 Millimeter = 1 Liter. Bei der Neuschneemenge kann man davon ausgehen, dass 1 Liter bzw. 1 Millimeter Niederschlag 1 Zentimeter Neuschnee bedeutet – vorausgesetzt, der Schnee fällt „normal“, dh. weder extrem feucht oder trocken und der Untergrund lässt von Beschaffenheit und Temperatur her die Bildung einer Schneedecke zu.

https://wetter-wien.wien/wetter-lexikon/niederschlag/

Das bedeutet, dass pro Quadratmeter 2 - 6 Meter Neuschnee im Jahr fallen.

20 - 60cm Schnee im ganzen Jahr wäre wohl arg wenig für die Antarktis.

Oder irre ich?

F5Tornado schrieb:Also alle 3 Jahre 1 Meter (exakt wären 1,1 Meter, aber erlauben wir uns auch hier eine Näherung) neues Eis.

F5Tornado schrieb:Als einzigen Punkt könnte ich jetzt nenen, das auf jeden Fall etwas von dem Eis wegsublimiert. Aber das erklärt wohl nicht den Faktor 100.

Wahrscheinlich ist das der Fehler. Es sublimiert mehr Eis, als Du annimmst und das Eis wird aufgrund des Druckes seitlich bewegt. Also von den 33 cm Eis, das sich erst mal gebildet hat (unterstellen wir mal. dass dem so ist), sublimiert ein Teil und ein Teil bewegt sich seitlich und bricht irgendwann ins Meer.

Meiner Meinung nach ist die Schichtdicke doch eigentlich gar nicht relevant für die Altersbestimmung oder bin ich auf dem Holzweg? Denn (fast) genau wie bei Holz unterscheiden sich die Schichten doch und man kann sie zählen oder bestimmte Schichten mit Markern finden (Vulkanausbrüche, die auch anders dokumentiert und datiert sind zum Beispiel).
In diesem Seminar-Script (Archiv-Version vom 22.09.2020) hab ich auch was gefunden:

4.4.3 Datierungsmethoden bei Eisbohrkernen
Es bedarf immer einer Symbiose vieler verschiedener Methoden, um ein sinnvolles Ergebnis zu
erzielen.
ˆ Jahreszeitliche Trends
ECM (Electrical Conductivity Measurement): Hierbei wird die Leitfähigkeit gemessen und
daraus auf den Säuregehalt des Eises geschlossen, der einer jahreszeitlichen Schwankung unterliegt.
Staubhorizonte: Diese treten vermehrt während der trockenen Jahreszeit auf und nehmen in
feuchteren Abschnitten entsprechend wieder ab. Es sind oft stratigraphische Bänder ausgebildet und können ebenso durch ECM untersucht werden.
Geochemische Signaturen: In der Antarktis haben sowohl die Sulfatkonzentrationen als auch
die Meeressalzkonzentration im Frühjahr und Sommer ein Maximum. Die Anwendung von
Isotopen ist nur in Gebieten mit hoher Massenakkumulation möglich und es muss der Einuss
von Verlagerungen durch Winde miteinkalkuliert werden ⇒ So konnte bei Vostokbohrung keine jahrezeitliche Veränderung des Isotopenverhältnisses nachgewiesen werden.
Generell sind die aufgeführten Methoden also in Gebieten mit viel Schneeanhäufung und hier
nur für die letzten Jahrhunderte/-tausende anzuwenden. Darüber hinaus sind die Ergebnisse
mehrerer Eisbohrkerne notwendig, um eine eindeutige Kalibrierung zu erhalten.
ˆ Marker-Horizonte
Die Verwendung von Marker-Horizonten ist eine Datierungsmethode, die häug in Verbindung mit anderen stratigraphischen Methoden gebraucht wird. Vor allem Marker-Horizonte
aus vulkanischer Asche werden zu Datierungszwecken herangezogen, da der Zeitpunkt von
Eruptionen vor allem in historischer Zeit auch durch andere Datenquellen relativ genau bestimmt werden kann. In Eisbohrkernen können vulkanische Aschen auÿer durch die für jede
Eruption charakteristischn Partikel auch durch Spitzen in den H2SO4/Aziditäts-Datenreihen
durch ECM-Analysen identiziert werden. Ein Beispiel hierfür ist die Tambora-Eruption (Indonesien) im Jahre 1815 (Jahr ohne Sommer in Europa). Bei einer Bohrung an der SipleStation (Antarktis) fand man in einer Tiefe von 113m (entsprechend den Jahren 1817-19)
eine Sulfatspitze. Aschenlagen von Eruptionen aus prähistorischer Zeit können vor allem
zur Altersbestimmung verwendet werden, wenn sie auch in limnischen Bändertonen dokumntiert sind, wo sie mit Radiokarbonanalysen und stratigraphischen Methoden datiert werden
können. So wurde z.B. die so genannte Vedde-Asche vom Katla-Vulkan (Island) sowohl in
Eisbohrkernen als auch in limnischen Sedimenten gefunden und konnte per Radiokarbonmethode auf ca. 10.5 ka BP datiert werden.
Durch einen Vergleich des durch diese Methode festgestellten Tiefen-Alter-Verhältnisses mit
den Datierungsergebnissen anderer Methoden (14C, layer counting, Spurengase) ist eine Überprüfung und Kalibrierung möglich.

Es ist also letztendlich eine Kombination verschiedener Methoden, die die Bestimmung des Alters von Bohrkernen ermöglicht.

Nobby_Nobbs schrieb:Es ist also letztendlich eine Kombination verschiedener Methoden, die die Bestimmung des Alters von Bohrkernen ermöglicht.

Jepp, eine hatte ich ja schon weiter oben erwähnt.
Suffiziente Auskünfte geben kann mit Sicherheit das AWI, das selbst eine Station auf der Antarktis unterhält
https://www.awi.de/expedition/labore/eislabor.html

@Nobby_Nobbs
@Heide_witzka
Also kann man daraus schließen dass man mit ziemlich guter Annäherung datieren kann, oder?

Die Wissenschaft scheint davon auszugehen.
Natürlich wird auch diese Messmethode eine gewisse "Fehlermarge" beinhalten. Aber ich glaube nicht, dass es sich dabei um hundertausende Jahre handelt.
Für genauere Auskünfte verweise ich noch mal aufs AWI, das sich wissenschatlich mit dem Thema auseinandersetzt.

Freki2.0 schrieb:Oder irre ich?

Ich sehe da kein Problem. Meine Annahme waren 333 mm Niederschlag im Jahr, das wären unter optimalen Bedingungen 333 cm Schnee = 3,33 Meter. Aber natürlich wird es etwas mehr sein weil Luft eingeschlossen wird. Also sind 2-6 Meter pro Jahr plausibel.

kleinundgrün schrieb:Wahrscheinlich ist das der Fehler. Es sublimiert mehr Eis, als Du annimmst und das Eis wird aufgrund des Druckes seitlich bewegt. Also von den 33 cm Eis, das sich erst mal gebildet hat (unterstellen wir mal. dass dem so ist), sublimiert ein Teil und ein Teil bewegt sich seitlich und bricht irgendwann ins Meer.

Hm aber ich habe es so verstanden das ein Eisbohrkern nur dort angesetzt wird wo eine seitliche Bewegung nicht möglich ist und man es nur mit Vertikalbewegungen zu tun hat.

Sublimation sollte eigentlich nicht so viel sein weil nur die ganz oberste Schicht davon betroffen ist, schätze Mal der oberste Meter, wenn überhaupt.

Heide_witzka schrieb:1m3 Schnee enthält meines Wissens, je nach Dichte, zwischen 50 und 500l Wasser. Da geht selbst ohne grösseren äusseren Druck bei der Umwandlung in Eis einiges an Rauminhalt/Schichtdicke verloren.

Deswegen gehe ich auch nicht von der Schneemenge aus, sondern von der reinen Wassermenge, die pro Jahr fällt. So wird es ja auch meteorologisch angegeben. Und das sind 333 mm ca. Klar können das in Schneemengen auch Mal 6 Meter sein. Aber optimal gepresst werden 3,33 Meter dazukommen. OK nach Sublimation vielleicht nur 2,5 - 3 Meter.

F5Tornado schrieb:Hm aber ich habe es so verstanden das ein Eisbohrkern nur dort angesetzt wird wo eine seitliche Bewegung nicht möglich ist und man es nur mit Vertikalbewegungen zu tun hat.

Ist es nicht so, dass man nicht dort bohrt, wo seitliche Bewegung das Ergebnis verfälscht. Also an Stellen, wo von anderen Stellen das Eis hinein kommt.

Es sind ja zwei Szenarien denkbar (aus Laiensicht):
1. Es gibt eine Senke aus wasserundurchlässigem Material. Darin bildet sich Eis, bis die Senke voll ist und die nächsten Millionen Jahre, sofern es nicht abtaut, bleibt dieses Eis dort bestehen.
2. Jedes Jahr kommt eine Menge X an Eis hinzu. Aber durch verschiedene Umstände bleibt eben nur X-Y an Dicke übrig.

Erstens gibt es auch auf Antarktika Regionen unterschiedlich starken Niederschlags. Es gibt geradezu "Wüsten" im Innenbereich der Zentralantarktis, wo es nur 50mm Niederschlag pro Jahr gibt (an den Küsten 600mm). In der Sahara gibts im Mittel pro Jahr 45mm Niederschag.

Die Luft hat eine geringe Luftfeuchtigkeit. Und das ist entscheidend. Denn auch Eis verdunstet, um so stärker, je trockener die Luft ist. Darum ist es nicht möglich, einfach mal die Niederschlagsmengen hochzurechnen, um die H2O-Säule an Eis für einen Zeitraum zu berechnen. Nach einem Schneefall fängt die oberste Schicht an zu verdunsten, und der Prozeß hört erst auf, wenn der nächste Niederschlag sich darüber legt und nun selber durch Verdunstung schrumpft. Daher können pro Jahr auch mal bloß 1mm liegen bleiben.

In der Tat werden Eisbohrkerne, wenn es um besonders alte Schichten geht, vor allem in niederschlagsarmen und trockenen Regionen genommen. Denn egal, ob pro Jahr viel Niederschlag angesammelt wird oder wenig, so ein Eispanzer kann nicht ewig anwachsen. Je höher er wird, desto größer der Druck in Bodennähe. Irgendwann ist der Druck so groß, daß die unterste Schicht schmilzt. Je dünner die jährlichen Schichten Niederschlags nun sind, desto älter ist die gerade noch erhaltene unterste Schicht.

Das älteste Eis eines antarktischen Eisbohrkerns ist übrigens 2,7 Millionen Jahre alt. Daß dieses Alter bei der Wikipedia nicht angegeben wird, mag daran liegen, daß es hier keine "vollständige Bohrkern-Chronologie" gibt. Die Alan Hills in Victorialand nahe der Küste sind überwiegend eisfrei, wo es Eis gibt, da lassen sich in einem Bohrkern nicht sämtliche zurückliegenden Jahre finden. Es gibt große Lücken, in denen über lange Zeiträume kein Niederschlag gefallen oder erhalten geblieben ist. Immerhin sind dadurch aber besonders alte Schichten erhalten geblieben, sie stammen aus den Anfängen des Eiszeitalters.

https://www.scinexx.de/news/geowissen/aeltestes-eis-der-erde-entdeckt/
https://www.sciencemag.org/news/2017/08/record-shattering-27-million-year-old-ice-core-reveals-start-ice-ages

@perttivalkonen

Danke, die Argumentation war einleuchtend. Das mit der Druckaufschmelzung hatte ich noch gar nich bedacht.