Edel, kalt und präzise

Eine an der Universität Heidelberg entwickelte Messmethode zur präzisen Datierung von Gletschereis aus der kleinen Eiszeit hat ein Team von Wissenschaftlern unter Beteiligung von Forschern der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in den Ostalpen erfolgreich getestet. Die auf quantenphysikalischen Techniken basierende Methode soll dazu beitragen, regionale Klimaänderungen besser zu verstehen. Nach den Worten der Wissenschaftler stellen die Ergebnisse einen Durchbruch bei der Eisdatierung im Altersbereich der letzten 1000 Jahre dar.

Eine an der Universität Heidelberg entwickelte Messmethode zur präzisen Datierung von Gletschereis aus der kleinen Eiszeit hat ein Team von Wissenschaftlern unter Beteiligung von Forschern der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in den Ostalpen erfolgreich getestet. Die auf quantenphysikalischen Techniken basierende Methode soll dazu beitragen, regionale Klimaänderungen besser zu verstehen. Nach den Worten der Wissenschaftler stellen die Ergebnisse einen Durchbruch bei der Eisdatierung im Altersbereich der letzten 1000 Jahre dar.

Für die Datierung von Wasser und Eis haben Markus Oberthaler vom Kirchhoff-Institut für Physik und Werner Aeschbach vom Institut für Umweltphysik an der Universität Heidelberg die Atomfallenmethode (Atom Trap Trace Analysis – ATTA) zur Messung von Argon-39 entwickelt. Argon ist ein radioaktives Edelgas und Spurenelement in unserer Umgebungsluft, dessen Isotop Argon-39 mit einer Halbwertszeit von 269 Jahren zerfällt. Zur Anwendung kam diese Methode bislang zur Datierung von älterem Eis der Antarktis sowie zur Datierung von Ozean- und Grundwasser. Gemeinsam mit Andrea Fischer und Pascal Bohleber vom Institut für interdisziplinäre Gebirgsforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften wurde die Methode nun erstmals im Gletschereis eingesetzt, das als Klimaarchiv genutzt werden kann. Aufgrund seiner Beschaffenheit und seines Alters können Forscher Rückschlüsse über Klimaveränderungen und Umweltbedingungen in den vergangenen Jahrhunderten erzielen, aber auch Prognosen zu zukünftigen Entwicklungen vornehmen.

Untersucht hat das deutsch-österreichische Team Gletschereis am Schaufelferner in den Stubaier Alpen sowie am Titlisgletscher in der Schweiz. Die wenigen noch im Eis eingeschlossenen Argon-39-Isotope wurden dabei mittels einer Atomfalle gezählt. Die eingesetzte quantenoptische Technik basiert wiederum auf der Absorption von Millionen Lichtteilchen, um die gesuchten Argon-39-Isotope zu selektieren. „Die 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“, erklärt Zhongyi Feng, Physiker am Kirchhoff-Institut und Erstautor der Studie.

Auf diese Weise benötigen die Wissenschaftler nur wenige Kilogramm Eis zur Altersbestimmung, gleichzeitig sind die Ergebnisse exakter: Gletschereis kann nun auf wenige Jahrzehnte genau datiert werden. Verschiedene Messungen am Eis und anderen Klimaarchiven zeigen, dass die kleine Eiszeit (zirka 1250 bis 1850 n. Chr.) keineswegs gleichmäßig, sondern mit erheblichen klimatologischen Schwankungen verlief. Mit der Atomfallenmethode lassen sich diese jetzt genauer zeitlich einordnen und damit auch im globalen Kontext vergleichen. „Ein besseres Verständnis des Zusammenspiels von Klima, Geologie und Ökosystemen kann uns helfen, auch künftige Witterungs- und Klimaschwankungen besser einzuordnen“, sagt Gletscherforscherin Fischer. Nach der erfolgreichen Pilotstudie kommt es nun zur Feinabstimmung der Argon-39-Methode, bevor die ersten Gletschereis-Datierungsprojekte im Regelbetrieb starten.

U. Heidelberg / DE

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  Z. Feng et al.: Dating glacier ice of the last millennium by quantum technology, PNAS, online 17. April 2019; DOI: 10.1073/pnas.1816468116
• Synthetic Quantum Systems (M. Obertaler), Universität Heidelberg