Att borra upp jordens äldsta is
Djupt under ytan av Antarktis och Grönland ligger arkiv inlåsta i is — luftbubblor med kvävd atmosfär från hundratusentals år tillbaka, damm och vulkanavlagringar från historiska utbrott, isotopsignaler som avslöjar temperaturen när snön föll. Iskärnorna som borras upp från dessa isfält är bland de viktigaste klimatarkiven vi har tillgång till, och de möjliggör rekonstruktioner av jordens klimathistoria med en detaljer ingen annan metod kan matcha.
Under de senaste decennierna har internationella samarbeten borrat djupare och djupare — och hittat äldre och äldre is. Nu pågår en internationell kapplöpning om att hitta is som är mer än en miljon år gammal, ett steg som kan ge avgörande svar om klimatcyklernas historia. Utforska var dessa historiska borr-platser befinner sig på kartan.
Principen bakom iskärnsborrning
En iskärna utvinns med ett cylindriskt borrlod som skärs ned i isen och tar upp en kärna av kontinuerligt och ostört islagring. Borrsläden sänks ned längs ett borrhål och kärnorna tas upp i sektioner, typiskt 3–5 meter per körning. I djupa borrhål kan en enda borrning ta timmar för sänkning och upptagning.
Borrkärnorna är skört vetenskapligt material. Temperatur, tryck och mekanisk stress kan orsaka mikrosprickor och förändra strukturen. Kärnorna lagras vid ungefär minus 30 grader Celsius och fraktas i kyltransport till laboratorier, ofta i USA, Europa eller Japan, för analys.
Borrhålen hålls öppna med en speciell borrvätska — en blandning av flyttpetroleum och densitetsreglerande vätska — som balanserar istrycket och förhindrar hålväggarnas kollaps. Vätskans sammansättning är noga anpassad till den lokal istempraturen.
EPICA-kärnorna och 800 000 år av klimathistoria
Det mest citerade resultatet från iskärnsforskning är den kontinuerliga klimatrekordet som EPICA Dome C-borrhålet i Antarktis gav. EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) slutförde sin djupaste borrkärna 2004 vid Dome C, 3 270 meter djupt, och uppnådde en ålder på ungefär 800 000 år. Bottenlaget av kärnans is avsattes alltså under slutet av de nedre pleistocena istiderna.
Vad EPICA-kärnorna visar är åtta fulla glaciala-interglaciala cykler med hög temporal resolution. CO2-halten i luftbubblorna svänger i takt med temperaturrekonstruktionen — lägre under istiderna, högre under varmare mellanperioder — ett mönster som bekräftar den koppling mellan växthusgaser och global temperatur som klimatmodellerna förutsäger. CO2-halten under förhistoriska varma perioder låg aldrig ovanför ungefär 300 ppm — nutidens värden, nu klart över 420 ppm, är utan motstycke i detta arkiv.
Grönlands djupa kärnor
Grönland har borrats vid flera platser av internationella samarbeten. GRIP (Greenland Ice Core Project) vid Summit på 3 029 meters höjd och GISP2 (Greenland Ice Sheet Project 2) ett par kilometer därifrån genomfördes på tidigt 1990-tal. Dessa kärnor sträcker sig till ungefär 110 000 år, begränsat av att den grönländska isen är tunnare och yngre vid sin bas än den antarktiska.
Grönlands kärnor är rika på information om de snabba klimatoscillationerna under den senaste istiden, känd som Dansgaard-Oeschger-händelserna. Dessa temperaturhopp på 10–15 grader Celsius som sker på en tidsskala av decennier är dokumenterade i isens isotopfördelning och representerar ett av de mest komplexa och ännu ej helt förklarade fenomenen i paleoklimatforskningen. De snabba förändringarna indikerar att klimatsystemet kan växla tillstånd mer abrupt än vad klimatmodeller historiskt förutspått.
Teknik för åldersbestämning
Åldersbestämning av iskärnslager kombinerar flera metoder. De övre delarna av en kärna, typiskt de senaste 100 000 åren beroende på ackumulationshastighet, kan åldersbestämmas genom att räkna synliga årsvarv — precis som man räknar årsringar i ett träd. Sommarsmältlager, vulkanavsättningar med kända historiska datum och atmosfäriska isotopsignaler fungerar som kronologiska markörer.
I djupare, äldre is är lagren tunnare på grund av is-komprimering under trycket av isen ovanpå, och individuella årsvarv är inte längre möjliga att skilja ut. Här används glaciologiska flödesmodeller — matematiska modeller av hur isen deformeras och tunnas ut med djupet — för att extrapolera åldrar. Dessa modeller introducerar osäkerheter som ökar med djup.
Jakten på is äldre än en miljon år
Före ungefär 1,2–1,5 miljoner år sedan hade jordens klimatcykler ett annat mönster: istiderna kom med ungefär 40 000 års periodicitet i stället för de 100 000-åriga cykler som präglar de senaste 800 000 åren. Övergången kallas Mid-Pleistocene Transition och är inte fullt förstådda. En iskärna äldre än en miljon år kan ge direkt mätning av atmosfärens CO2-halt och temperatur under och strax före denna övergång, vilket potentiellt kan lösa gåtan.
Projektet Beyond EPICA (Beyond EPICA Oldest Ice) har sedan 2019 borrat vid platsen Little Dome C, ett par hundra kilometer från det ursprungliga EPICA-borrhålet, med målet att nå is äldre än 1,5 miljoner år. Platsen valdes utifrån modelleringar av isens ålder som funktion av djup och ackumulationshastighet — lägre ackumulation per år ger tunnare, äldre lager vid basen.
Australiensiska, kinesiska och amerikanska projekt planerar parallella borrningar vid andra antarktiska platser med liknande potential. Kapplöpningen är vetenskaplig men innehåller också element av nationell prestige — att vara det team som hämtar upp världens äldsta is ger vetenskapliga genombrott och finansiering.
Vad vi fortfarande inte vet
Trots de imponerande resultaten är iskärnstolkningarna inte fria från osäkerheter. Omlagringsprocesser — diffusion av gaser i isen, lokala störningar av lagringen vid tektoniska rörelser i underlaget — kan komplicera tolkningen av de äldsta och djupaste lagren. Basal smältning, där isen närmast det geotermiskt uppvärmda underlaget smälts och blandas, kan störa de äldsta lagrens integritet.
Framsteg inom analytisk teknik, inklusive mer precisa massespektrometrimätningar och förbättrad stabil isotopanalys, förbättrar ständigt upplösningen och pålitligheten av de klimatsignaler som utvinns ur kärnorna. Varje borrkampanj förfinar metoderna och höjer den vetenskapliga standarden för nästa.