Forscher datieren Gletschereis präzise mit Quantenphysik

    23. April 2019, 13:34
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    Eine neuer Messansatz erlaubt es, das Alter von Gletschern aus der Kleinen Eiszeit zu bestimmen. Erste Praxistests verliefen vielversprechend

    Innsbruck/Wien – Mit einer neuen Messmethode lässt sich das Alter von Gletschereis präzise ermitteln. Der von Forschern aus Deutschland und Österreich im Fachmagazin "PNAS" demonstrierte Ansatz setzt auf eine aus der Quantenphysik stammende Herangehensweise. Die Wissenschafter wollen damit neue Informationen über die Klimageschichte Europas sammeln.

    foto: öaw/igf/martin stocker-waldhuber
    Getestet wurde die neue Methode in einer Eishöhle am Schaufelferner in den Stubaier Alpen (die Höhle befindet sich unter der weißen Abdeckung in der roten Markierung).

    Eisige Archive

    Gletscher fungieren als Speicher für Informationen über das Klima früherer Zeiten. Um dieses Archiv zu lesen, müssen die Daten allerdings zeitlich genau zugeordnet werden. In einem Pilotprojekt untersuchten Andrea Fischer und Pascal Bohleber vom Institut für interdisziplinäre Gebirgsforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Innsbruck in Kooperation mit den Physikern Markus Oberthaler, Zhongyi Feng und Werner Aeschbach von der Uni Heidelberg Eis vom Schaufelferner in den Stubaier Alpen. Dabei ging es darum, prinzipiell herauszufinden, ob sich die in Heidelberg entwickelte sogenannte Atomfallenmethode zur Messung von Argon-39 auch zur Feststellung des Alters von Gletschereis eignet.

    foto: öaw/igf/andrea fischer
    In der Höhle wurden Blöcke aus dem Eis geschnitten, verpackt und ins Labor nach Heidelberg geschickt.

    Verräterische Isotope

    Das Isotop Argon-39 zerfällt mit einer Halbwertszeit von 269 Jahren und findet sich nur sehr spärlich im Eis. Pro Kilogramm Eis seien typischerweise nur einige tausend bis zehntausend solcher Atome enthalten. Für eine Altersbestimmung mit bisherigen Methoden über dieses Isotop wären daher mehrere Tonnen Eis notwendig – was bei einem Gebirgsgletscher kein gangbarer Weg ist.

    Um also die wenigen Argon-39-Spuren zu detektieren, werden diese mit einem Trick aus der Quantenphysik in eine sogenannte Atomfalle gelockt. Die Forscher nutzen dafür das Phänomen, dass verschiedene Isotope auf leicht unterschiedliches Laserlicht ansprechen. Im Fall der Pilotstudie wurde das Licht so eingestellt, dass nur das Argon-39 abgebremst und registriert wird und alle anderen Isotope die Atomfalle ungehindert passieren.

    foto: öaw/igf/andrea fischer
    Eisentnahme in den Stubaier Alpen.

    Tausend Jahre zurückblicken

    Für die Fischer ist nun klar: "Das Ding funktioniert, es ist technisch machbar." In Folgeprojekten gehe es darum, den Fehlerbereich auszutesten. Funktionieren sollte die Methode ungefähr 1.000 Jahre in Retrospektive. "Wir kommen hier in ein sehr interessantes Klimazeitfenster hinein, das sehr turbulent abgelaufen ist und das wir jetzt aus der Sicht der glazialen Archive überhaupt nicht erschließen können", so die Glaziologin.

    foto: universität heidelberg/christoph kaup
    Die Argon-39 Isotope aus dem Eis werden in einer Atomfalle gefangen.

    Vor allem über den Ablauf der Kleinen Eiszeit (15. bis 19. Jahrhundert) lasse sich mit dem neuen Ansatz, der eine Datierung kleinerer Eismengen auf wenige Jahrzehnte genau erlaubt, womöglich mehr herausfinden. "Im Prinzip wissen wir über diese kleinskaligen Phänomene in den Alpen kaum etwas", sagte Fischer. Aus dem einstigen Zusammenspiel von Klima, Geologie und Ökosystemen ließen sich vielleicht auch Erkenntnisse über die bevorstehenden Änderungen durch die Klimaerwärmung ableiten, so die Forscherin. (red, APA, 23.4.2019)

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