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15. September 2019

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Das exakte Alter eines Gletschers

Das exakte Alter eines Gletschers© Piqs.de/ klavierspielerin

Forscher der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Uni Heidelberg entwickeln eine neue quantenphysikalische Messmethode um Gletschereis präzise datieren zu können. Nach ersten Tests soll damit auch das Verständnis von Klimaveränderungen verbessert werden.

(red/czaak) Gletschereis ist wie ein riesiges Klimaarchiv. Durch die Bestimmung von Beschaffenheit und Alter können Forscher mehr über Klimaveränderungen und Umweltbedingungen in vergangenen Jahrhunderten wie auch über zukünftige Entwicklungen herausfinden.

Andrea Fischer und Pascal Bohleber, Glaziologen vom Institut für interdisziplinäre Gebirgsforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) haben nun in Zusammenarbeit mit Markus Oberthaler und Werner Aeschbach, Physiker von der Universität Heidelberg, eine Pilotstudie mit Eis vom Schaufelferner in den Stubaier Alpen durchgeführt, die eine deutlich präzisere Datierung des Gletschereises ermöglicht als bisher. Die neue Methode ist zudem weitaus ökonomischer und praxistauglicher, da etwa für Altersbestimmung rund fünf Kilogramm Eis reichen und nicht wie bisher mehrere Tonnen.

Veröffentlichung in renommierten US-Fachjournal
 Die Studie basiert auf der sogenannten Atomfallenmethode (Anm. Messung von Argon-39), die an der Uni Heidelberg entwickelt wurde und nun erstmals auch im Gletschereis eingesetzt wurde. Die Messungen führte Zhongyi Feng, Quantenphysiker, mit dem Eis aus den Ostalpen in Heidelberg durch. Die für eine neue Eisdatierung sehr relevanten Ergebnisse sind nun im renommierten US-Fachjournal Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) erschienen.

Schon jetzt wird die Methode der Atomfalle zur Datierung von älterem Eis der Antarktis und zur Datierung von Grundwasser eingesetzt. Das dabei verwendete Argon ist ein radioaktives und äußerst selten vorkommendes Edelgas. Für bisherige Messungen war daher die Extraktion von Argon aus Tonnen von Eis notwendig – weit jenseits einer realistischen Anwendung auf einem Gebirgsgletscher.
 
Weniger Eis für präzisere Ergebnisse
 Dank der Unterstützung durch die Quantenphysik konnten die Glaziologen dieses Problem nun lösen: Die wenigen im Eis eingeschlossenen Argon-Isotope werden mittels der Atomfalle gezählt indem eine resonante Multiphotonenstreuung von Laserlicht verwendet wird, um die gesuchten Isotope zu selektieren. Die quantenphysikalische Methode nutzt aus, dass verschiedene Isotope auf leicht unterschiedliches Laserlicht reagieren. Nur das gesuchte Argon-39 wird vom Licht abgebremst und detektiert, während die restlichen Isotope ungehindert an der Atomfalle vorbeifliegen.

Damit reichen ein paar Kilogramm Eis zur Altersbestimmung aus, gleichzeitig sind die Ergebnisse exakter als früher: Gletschereis, auch wenn es nur in geringen Mengen vorliegt, kann nun auf wenige Jahrzehnte genau datiert werden. Vergleichswerte aus den ersten instrumentellen Klimamessungen sowie zu den historisch dokumentierten turbulenten Witterungsabläufen am Ende der Kleinen Eiszeit (ca. 1250 bis 1850 n. Chr.) bestätigen die mittels Quantenphysik erzielten Ergebnisse.

Aus der Erforschung der Kleinen Eiszeit, die keineswegs gleichmäßig, sondern mit erheblichen klimatologischen Schwankungen verlief, erhoffen sich die Wissenschaftler auch neue Erkenntnisse  über das Klimasystem insgesamt: „Ein besseres Verständnis des Zusammenspiels von Klima, Geologie und Ökosystemen kann uns helfen, auch künftige Witterungs- und Klimaschwankungen besser einzuordnen“, resümiert Andrea Fischer, Gletscherforscherin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW).

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red/czaak, Economy Ausgabe Webartikel, 26.04.2019