Istraživači predvođeni Jukom Motizukijem iz Laboratorije za astro-glaciologiju u centru RIKEN Nišina u Japanu razvili su novi sistem uzorkovanja zasnovan na laseru za proučavanje sastava ledenih jezgara uzetih iz glečera. Novi sistem ima dubinu rezolucije od 3 mm — oko tri puta manju od one koja je trenutno dostupna — što znači da može da otkrije temperaturne varijacije koje su se dešavale u mnogo kraćim vremenskim periodima u prošlosti.
Očekuje se da će novi uzorkivač laserskog topljenja, ili LMS, pomoći u rekonstrukciji kontinuiranih godišnjih temperaturnih promena koje su se desile pre hiljada do stotina hiljada godina, što će pomoći naučnicima da razumeju klimatske promene u prošlosti i sadašnjosti. Studija je objavljena u Journal of Glaciologi 19. septembra.
Prstenovi nam mogu reći koliko je drvo staro, a boja i širina prstenova mogu nam reći malo o lokalnoj klimi tokom tih godina. Godišnji rast glečera može nam ispričati sličnu priču, ali u mnogo dužem vremenskom periodu. Naučnici proučavaju prošle promene klime analizirajući cilindrična ledena jezgra uklonjena sa glečera.
Uzimajući uzorke u redovnim intervalima duž jezgara, istraživači mogu rekonstruisati kontinuirane temperaturne profile. Međutim, to je nemoguće sa uzorcima uzetim sa dubokih lokacija, gde je godišnja akumulacija često kompresovana na sub-centimetar.
Trenutno postoje dve standardne metode za uzorkovanje ledenih jezgara. Jedan ima dubinu preciznosti od oko 1 cm, što znači da se gube podaci iz godina sa manje od 1 cm akumulacije, a bilo koji jednokratni događaj koji je akutno izmenjen klimu bi bio propušten. Druga metoda ima dobru dubinu preciznosti, ali uništava deo uzorka koji je potreban za analizu sadržaja vode — primarni način na koji naučnici izračunavaju prethodne temperature.
Novi laserski uzorak za topljenje prevazilazi oba ova problema; ima visoku dubinu preciznosti i ne uništava kritične izotope kiseonika i vodonika koji se nalaze u vodi, a koji su potrebni da se zaključi prošla temperatura. Video snimak sistema u akciji. Kredit: RIKEN
LMS sistem isporučuje laserski snop kroz optičko vlakno sa specijalnom srebrnom mlaznicom i brzo ispumpava tečni uzorak, na kraju ga odlaže u bočice od nerđajućeg čelika. Kada je specijalni hardver sastavljen, istraživači su eksperimentisali da optimizuju tri kritična dela procesa: količinu snage za laser, brzinu kojom se mlaznica ubacuje u jezgro dok laser topi led i brzinu kojom tečni uzorak se usisava.
Sa optimizacijom, istraživači bi mogli da istope led što je brže moguće, da spreče pregrevanje lasera i da spreče da se otopljena voda previše zagreje, što bi destabilizovalo kritične izotope i sprečilo ispravna merenja temperature.
Kao eksperiment za dokaz koncepta, tim je uzorkovao segment od 15 cm od 50 cm plitkog ledenog jezgra Dome-Fuji, koji je snimljen oko fudbalskog terena (~92 m) ispod površine leda na istočnom Antarktiku. U jednom testu, uspeli su da uzmu 51 diskretni uzorak u pravilnim intervalima od 3 mm duž segmenta ledenog jezgra. Izmerili su stabilne izotope kiseonika i vodonika koji su činili otopljenu vodu ekstrahovanu iz uzoraka i otkrili da se dobro poklapaju sa onima uzetim ručnom segmentacijom, što je proces praktičan samo u ovom istraživačkom okruženju. Dobro podudaranje znači da proces laserskog topljenja nije uništio uzorak, a pretpostavljene temperature bi bile tačne.
Motizuki kaže: „Sa našom metodom topljenja laserom, sada je moguće analizirati stabilne izotope vode na dubini od nekoliko milimetara. Ovo će omogućiti istraživačima da dobiju kontinuirane, dugoročne, godišnje rešene temperaturne profile, čak i u dubokim ledenim jezgrima prikupljeni na mestima niske akumulacije na Antarktiku, kao i prolazni događaji kao što su iznenadne promene temperature koje su zabeležene u njima.“
Istraživači sledeći planiraju da koriste LMS sistem, ili nadograđenu sledeću verziju, za proučavanje klimatskih promena povezanih sa prirodnim varijacijama u solarnoj aktivnosti
