Forskning på Niels Bohr Institutet

SRP/SOP "Isotopmålinger og klima"

Center for Is og Klima tilbyder et dagsbesøg i forbindelse med SRP- og SOP-projekter hvor centerets forskere giver foredrag om iskerne- og klimaforskning og de studerende laver et forsøg om fraktionering af ilt-isotoper i vand. Forsøget går ud på at måle hvordan isotopforholdene (δ18O-værdierne) i vand ændrer sig efterhånden som mere og mere vand fordamper fra en prøve. Det er et ret simpelt forsøg, der ikke desto mindre illustrerer fysikken bag en af de vigtigste metoder til at bestemme temperaturvariationer i fortidens klima. Den danske forsker Willi Dansgaard, der opfattes som iskerne-klimaforskningens forfader, opdagede sammenhængen mellem isotopeforhold og temperaturer i 1950erne og var den første til at indse at cylindere af is udboret fra Jordens store iskapper kunne bruges som et arkiv over fortidens klima. Selvom målemetoderne har ændret sig, er isotopmålinger fortsat i dag vigtige værktøjer for klimaforskere, og øvelsen kan derfor indgå i mange sammenhænge med andre fag.

Tilmelding og hvad vi tilbyder

I 2023 afholdes øvelsen tirsdag d. 28/2 fra kl. 900 og til et godt stykke ud på eftermiddagen. Intromøde (anbefalet men ikke obligatorisk) er planlagt til 20/2 kl. 16-17 på zoom. Tilmelding er nødvendig via NBIs kommunikationskontor. Vi starter forsøget og går til og fra forsøget i løbet af dagen. Ind imellem holder centeres forskere et antal foredrag om teorien bag øvelsen og vores forskning. Vi tilbyder sidst på besøgsdagen vejledning i begrænset omfang (enten individuelt eller i små grupper) omkring øvelsens indhold og vores iskerneforskning, og efter aftale typisk et eller to vejledningsmøder (ofte online).

Isotopmålingerne foretages i vores laboratorium i dagene efter besøget, og data tilsendes pr. e-mail. I tilfælde af nedbrud af udstyr, sygdom i laboratoriet eller lignende, der forhindrer at målingerne kan gennemføres, får elever mulighed for at bruge en datafil fra et tidligere tilsvarende eksperiment.

Øvelsen er ikke omfangsrig nok til i sig selv at udgøre et helt SRP-projekt, men vi har set mange gode opgaver, hvor øvelsen udgør det eksperimentelle element.

Bemærk: Vi beder indtrængende om at den lærer/vejleder, der formulerer problemformuleringen, kontakter os med et udkast til problemformuleringen i god tid inden den er endeligt fastlagt, så vi kan rådgive vedr. hvilken rollen øvelsen med fordel kan spille i projektet (vi afslører naturligvis ikke indholdet til eleven). Elever bedes gøre deres vejleder opmærksomme på dette.

Mere om øvelsen

Forsøget viser at isotopforholdene ændrer sig når en vandmængde gradvist fordamper. Det kan lyde meget teknisk og specifikt, men der er et direkte link til iskerne- og klimaforskning, som forklares her.
I klimaet bevæger vanddamp sig med vejrsystemerne fra lave breddegrader (f.eks. midt i Atlanterhavet) nordpå med vinden til og op over iskapperne. Undervejs afkøles luft og damp, og da køligere luft kan rumme mindre vanddamp, dannes der nedbør. I denne proces opfører de forskellige isotoper sig lidt forskelligt (de fraktioneres). Groft sagt bestemmer graden af nedkøling mængden af nedbør, som igen bestemmer hvor meget isotoperne fraktioneres. Man kan derfor estimere nedkølingen ud fra isotopforholdet i vand- og isprøver, og det er derfor vi overhovedet måler isotopforhold i iskerneprøver.

Det er vanskeligt at eftergøre dette i laboratoriet. Det mest illustrative i forhold til den virkelige verden ville være at starte forsøget med en dampmængde og så langsomt afkøle denne og danne nedbør herfra, som kunne opsamles til isotopmålinger. Men det er meget vanskeligt i praksis at gøre dette på en kontrolleret måde, så derfor "vender vi forsøget om" og lader i stedet for vand fordampe. Det er nemlig rimeligt ligetil ved hjælp af vejning at måle hvor meget af hver prøve, der er tilbage på et givent tidspunkt, og så måle isotopforholdet i dette vand.

Forsøget viser at der er en simpel sammenhæng mellem isotopforholdet i en vandprøve og hvor stor en andel af vandet, der er tilbage i prøven (altså hvor stor en andel, der ikke er fordampet). Det er derimod ikke lige til at fastlægge sammenhængen mellem isotopforholdet i en iskerneprøve og hvad temperaturen var dengang, sneen faldt. En mulighed er at bruge observerede isotopværdier og målte temperaturer fra mange forskellige målestationer og så lave en kurve, der viser sammenhængen. Det var det, Willi Dansgaard gjorde da han opfandt metoden. Denne empiriske sammenhæng kan så bruges til at "oversætte" mellem isotopforhold og temperatur. Der er en del usikkerheder i dette, som vi taler om i løbet af forsøgsdagen. Man kan dog godt lave en beregning, der illustrerer sammenhængen mellem isotopforholdet og temperaturen under nogle særlige forudsætninger, nemlig det tilfælde hvor en luftmængde der indeholder vanddamp er mættet (altså indeholder den maksimale mængde vanddamp ved den pågældende temperatur) og derefter nedkøles (dette illustreres i opgave 2 i undervisningsmaterialet).

Relevant materiale

Klik her eller brug menupunktet til venstre om undervisningsmateriale.

Baggrundsmateriale om vores forskning

Klik her eller brug menupunktet til venstre for at læse mere om iskerner og klimaforskning generelt.

Spørgsmål og svar

Vi planlægger på undersiden "Spørgsmål og Svar" løbende at samle spørgsmål og svar fra tidligere elever (i let redigeret form) som en ressource til kommende årgange.