Hogyan működnek a jégmagok – és mit árulnak el?

Fagyott időkapszulák a jég alatt

Grönland és az Antarktisz jégtakarói alatt a Föld múltjának figyelemre méltó archívuma rejtőzik. A tudósok hosszú jéghengereket – úgynevezett jégmagokat – nyernek ki, amelyek a tömörített hóesés rétegeit tartalmazzák, több százezer évre visszamenőleg. Minden réteg időkapszulaként működik, megőrizve a légkör, a hőmérséklet, a vulkánkitörések és még a kozmikus események nyomait is attól a pillanattól kezdve, hogy a hó először esett.

A jégmag-tudomány, a paleoklimatológia sarokköve, átalakította a Föld éghajlatának mély időben bekövetkezett változásairól alkotott elképzeléseinket – és azt, hogy a mai változások hogyan viszonyulnak a természetes ciklusokhoz.

Hogyan fúrnak a tudósok a múltba

A jégtakarók azzal alakulnak ki, hogy az évszakos hóesés évről évre felhalmozódik. Az újabb hó súlya összenyomja az alatta lévő régebbi rétegeket, fokozatosan sűrű jéggé alakítva azokat. Mivel minden évszak hóesésének kissé eltérő fizikai és kémiai tulajdonságai vannak, az éves rétegek megkülönböztethetőek maradnak – akárcsak a fa évgyűrűi.

A rekord eléréséhez a kutatók speciális fúrókat használnak. A sekély magokat kézi meghajtású fúrókkal lehet kinyerni, de a mélyfúráshoz motoros rendszerekre van szükség, amelyeket a felszínről kábelekkel függesztenek fel. Ezek a fúróberendezések jellemzően 10–13 centiméter átmérőjű és 2–6 méter hosszú hengeres szakaszokat vágnak ki futásonként. A legmélyebb magok több mint 3,2 kilométerre érnek a felszín alá, és akár 800 000 éves jeget tartalmaznak a NASA szerint.

Az éghajlati rekord olvasása

A jégmagok két fő típusú éghajlati bizonyítékot tartalmaznak: magát a jeget és a benne rekedt apró légbuborékokat.

Hőmérséklet izotópokból

A vízmolekulák „könnyű” és „nehéz” változatban léteznek, attól függően, hogy oxigén-16 vagy oxigén-18 izotópot tartalmaznak-e. Hidegebb időszakokban a nehezebb vízmolekulák kevésbé valószínű, hogy elpárolognak és eljutnak a sarkokra, ezért a hideg éghajlaton képződött jég magasabb oxigén-16 arányt tartalmaz. A tudósok ezeket a stabil izotóparányokat tömegspektrometriával mérik, hogy évezredekre visszamenőleg rekonstruálják a hőmérsékleti rekordokat, ahogyan azt a NOAA leírja.

Légkör egy buborékban

Ahogy a hó körülbelül 50–100 méteres mélységben jéggé tömörödik, a levegő apró buborékokba záródik. Ezek a buborékok az ősi légkör miniatűr mintái. A jégminták vákuumban történő összetörésével vagy olvasztásával a kutatók kinyerik a csapdába esett gázokat, és mérik a szén-dioxid, a metán és a dinitrogén-oxid koncentrációját. Ez a technika folyamatos rekordokat eredményezett a üvegházhatású gázok szintjéről, több mint 800 000 évre visszamenőleg – a légköri összetételről rendelkezésre álló leghosszabb közvetlen mérések.

Mit őriznek még a jégmagok

A hőmérsékleti és gázadatokon túl a jégmagok meglepően sokféle jelet rögzítenek:

• A vulkánkitörések kénsav- és finom hamupartikulumok rétegeit hagyják hátra, lehetővé téve a tudósok számára a múltbeli kitörések pontos dátumának meghatározását.
• A por és a pollen a széljárás, a növényzet és a szárazság változásait tárja fel.
• A kémiai anomáliák – például egy Grönlandon talált platina tüskék, amelyek 12 800 évvel ezelőttre datálódnak – vulkáni epizódokra vagy akár lehetséges kozmikus becsapódásokra is utalhatnak, ahogyan azt a legújabb kutatások feltárták.
• A tengeri só és a biológiai markerek az óceáni viszonyok és a tengeri jég kiterjedésének változásait jelzik.

Miért fontosak ma a jégmagok

A jégmagok szolgáltatták a legmeggyőzőbb bizonyítékokat arra, hogy az üvegházhatású gázok összefüggésben állnak a globális hőmérséklettel. A feljegyzések azt mutatják, hogy az elmúlt 800 000 évben a CO₂-szint és a hőmérséklet párhuzamosan emelkedett és csökkent a természetes jégkorszaki ciklusok során. A jelenlegi légköri CO₂ – a 420 ppm felett – messze meghaladja a jégmagrekordban találtakat a National Snow and Ice Data Center által összeállított adatok szerint.

A nagy fúrási projektek továbbra is mélyebbre tolják a rekordot. Az európai Beyond EPICA projekt célja, hogy akár 1,5 millió éves antarktiszi jeget nyerjen ki, amely egy kritikus időszakot ölelne fel, amikor a Föld jégkorszaki ciklusai 40 000 évesről 100 000 éves intervallumokra váltottak. Ennek az átmenetnek a megértése rávilágíthat arra, hogy az éghajlati rendszer mennyire érzékeny a pályaváltozásokra és a CO₂ kényszerítő hatására.

A Grönland jegébe temetett ősi rejtélyek megoldásától a modern éghajlatváltozás összehasonlításáig a jégmagok továbbra is a földtudomány egyik leghatékonyabb eszközei – egy fagyott könyvtár, amely izotópokba, gázbuborékokba és porba van írva.