Från sitt tält på östra Grönland ser Bruce Vaughn inget annat än is och snö. En kall vind blåser konstant. Den varmaste dagen kan temperaturen nå -8 grader Celsius. Det är ungefär 17° Fahrenheit.
Vaughn har inget emot det. Kyla är vad du får när du studerar is. Vaughn är glaciolog vid Institute of Arctic and Alpine Research (INSTAAR) i Boulder, Colo. Han kommer att slå läger på den här avlägsna isen tillsammans med 10 andra forskare i veckor.
När snö faller här smälter väldigt lite av den. Istället byggs det upp. Nya lager av snö packar ner äldre lager tills de bildar is. Forskarna borrar i den tjocka isen och samlar in ett långt, rörformat prov som kallas en kärna. Från botten av inlandsisen, 580 meter (1 900 fot) ner, hämtar de is som kan vara så mycket som 125 000 år gammal.
Bruce Vaughn studerar iskärnor som borrats från denna plats på Grönland. Den här isen kan berätta för honom och andra forskare om jordens klimat för tusentals år sedan. Trevor Popp/Univ. av Köpenhamn Isen innehåller luftbubblor som fångades när snön föll. Dessa små bubblor har stora ledtrådar till jordens antika klimat. “Bubblorna som fångas i isen är en tidskapsel av atmosfären”, säger Vaughn.
Under de senaste 150 åren har människor utlöst klimatförändringar genom att tillföra växthusgaser, såsom koldioxid, till atmosfären. “Det är ingen hemlighet att vi tar våra klimatplatser som det aldrig har varit förut”, säger Vaughn. Genom att analysera och mäta kärnan kan Vaughn, tillsammans med geokemister, klimatologer och andra forskare, rekonstruera klimatförhållanden som går tillbaka tiotusentals år eller mer. “Att utforska klimatrekorden och förstå hur snabbt jorden reagerade kommer att hjälpa oss att förutsäga framtiden”, säger han.
Från det väldigt svala till det extremt kalla lär sig forskare överraskande saker från isen. Vissa, som Vaughn, hittar övertygande klimathistorier inom forntida is. Vissa studerar snöflingor för att upptäcka nya detaljer om stormar och väder. Andra forskare letar efter is mycket, mycket längre bort, på avlägsna planeter och månar där is kan dölja överraskande hemligheter. Här möter vi tre forskare med väldigt olika anledningar att älska is.
Små bubblor, stora svar Vaughns karriär blandar hans tre passioner: att vara utomhus, arbeta med verktyg och geovetenskap. Efter att ha tagit sin magisterexamen i glaciologi var Garrett med och grundade ett geokemiskt laboratorium i Colorado. Han delar sin tid mellan labbet och benhårt fältarbete.
Innan de kunde sätta upp sitt avlägsna läger var Vaughn och de andra forskarna tvungna att organisera sin utrustning vid en liten bosättning på Renlands istäcke på östra Grönland. De fick också jaga bort en isbjörn eller två. De lastade 17 000 kilo (18,5 ton) redskap och mat i ett plan monterat med skidor. Det tog flera flyg att få upp allt på inlandsisen. Äntligen flög forskarna upp dit också. Varje dag borrade laget lite djupare ner i isen och hämtade kärnan. Kärnan skickades sedan med kylflygplan till Vaughns laboratorium för analys.
Säsongsmässiga förändringar skapar årliga lager som ses i det här avsnittet av en iskärna . Forskare studerar gaser i de små, fångade luftbubblorna för att undersöka hur jordens atmosfär – och klimat – har förändrats.edenpictures/Flickr (CC-BY-2.0)
Säsongsförändringar i isen, som den annorlunda texturen som skapas av sommarsmältan, skapar distinkta lager. Varje lager, som växtringar i ett träd, markerar ett års snöfall. I laboratoriet registrerar Vaughn varje årslager. Sedan använder han en
spektrometer för att mäta isotoper av syre och väte i bubblorna. Isotoper är former av samma grundämne som har olika massor. Som det händer varierar den relativa mängden av olika isotoper med temperaturen. “Dessa isotoper avslöjar medeltemperaturen när snön kom upp från himlen och landade på inlandsisen,” förklarar Vaughn. Det berättar för honom hur temperaturerna var tusentals år tidigare.
Iskärnor innehåller andra ledtrådar till forntida klimat. Tjockleken på varje lager speglar hur mycket snö som föll jämfört med andra år. Mörka askaband från vulkaner eller avlägsna skogsbränder kan analyseras för att avslöja deras källa. När forskarna väl vet var materialet blåste in från, lär de sig mer om vindmönster från den tiden. Forskare jämför också iskärnor från Grönland med kärnor från andra platser, som Antarktis. Det hjälper dem att skapa en större bild av hur jordens klimat har förändrats över tiden.
Vaughn har varit på 13 expeditioner hittills och ser fram emot fler. “Vi har lärt oss något unikt och spännande med varje iskärna vi har borrat”, säger han. Dessutom tillägger han: “Jag älskar kylan.”
Världar borta
Vaughn kanske gillar att kyla, men fysikern Krista Soderlund studerar gärna is från sitt mysiga kontor vid University of Texas i Austin.
Söderlund utforskar isen mycket längre bort än Grönland. Hennes favoritis nuförtiden är på Europa. Det är en av Jupiters månar. Det är cirka 710 miljoner kilometer (441 miljoner miles) från jorden.
(Berättelsen fortsätter under bilden)
NASA:s Galileo-uppdrag tog bilder som denna av Europas isiga skorpa. NASA/JPL-Caltech
Europa är helt täckt av is. Det ser ut som en slät vit boll, genomkorsad av röda sprickor. National Aeronautics and Space Administration (NASA) flög sin Galileo-farkost förbi Europa 1995. Från bilder som den skickade tillbaka verkar det nu finnas ett djupt hav under den isen. Mest spännande av allt, forskare tror att det finns en chans att Europa kan vara värd för livet. – Vi vet att det är en superintressant plats, säger Söderlund.
Förklarare: Vad är lidar, radar och ekolod?
Söderlund, med en doktorsexamen i fysik, är specialiserad på vätskedynamik. Det är så vätskor rör sig och interagerar. Hon är särskilt nyfiken på vad som händer inom och under Europas isskal. Vandrar blötar av varmare vatten upp genom isen? Är delar av det isiga skalet verkligen isberg som flyter på osynliga sjöar? Svaren kan avslöja mer om hur värmen rör sig genom Europa. Och den värmen kan påverka om och var liv kan uppstå på denna måne.
För att utforska dessa frågor har Söderlund arbetat på ett nytt radar-instrument. Radar använder radiovågor för att karakterisera objekt. “En sak som radarn kan se mycket bra är vatten, till exempel sjöar som kan vara inom isen”, säger hon. Radar kan också hjälpa till att bestämma tjockleken på Europas is.
Denna konstnärs illustration visar salter som bubblar upp genom Europas isiga skorpa. Under ligger ett hav. I fjärran finns Jupiter och en annan måne, Io. SA/JPL-Caltech
Sommaren 2015 fick Söderlunds projekt ett enormt lyft. Hennes lags radar valdes ut för att besöka Europa på nära håll. Tillsammans med åtta andra instrument kommer den att flyga ombord på en NASA-rymdfarkost som kommer att skjutas upp någon gång på 2020-talet. Det uppdraget kommer att ta tre till sju år att nå Europa.
Uppdraget utanför den här världen kan vara långt borta. Ändå finns det ingen tid att slappna av. Minst 150 forskare arbetar redan med instrumenten som ska färdas på rymdfarkosten. “Många fler människor arbetar på själva rymdfarkosten”, säger Söderlund. Ett team som är stort kräver mycket kommunikation och samarbete.
Söderlund har varit fascinerad av rymden ända sedan hon såg norrskenet från sitt barndomshem i norra Minnesota. För henne är det en cool dröm att studera is på långt borta Europa.
Snöflingavetenskap
Tillbaka på jorden faller snöflingor från Utahs himmel. De samlas i ett böljande puder som gör Utah till ett skidåkarparadis. Hela vintern är stolliftarna i det berömda skidområdet Alta fulla av skidåkare.
Tim Garrett använder en sofistikerad kamera (höger) på en skidort i Utah för att avbilda snöflingor när de faller. Derek Smith Tim Garrett är också där. Men Garrett tänker inte på skidåkning. Han är en atmosfärsforskare vid University of Utah i Salt Lake City. Han är intresserad av snöstormar och hur man förutsäger dem bättre.
Snöflingor, säger Garrett, ger många tydliga ledtrådar till de stormiga, skyhöga förhållanden under vilka de bildades. Hur är snöflingorna formade och orienterade? Hur mycket väger de? Hur snabbt faller de? Garret säger att om du fångar dessa egenskaper får du en inblick i varje snöstorm.
Snöflingor bildas först som droppar inuti moln. Innan dessa droppar kan förvandlas till is behöver de något, till exempel en dammpartikel, att kristallisera, eller kärna, runt. Dropparna kan förbli flytande långt under vattens normala fryspunkt. De kan till och med bli underkylda till –40 °C (–40 °F). När en iskristall väl bildats börjar andra kristaller fastna på den och bilda en snöflinga. Få är bild perfekta. “Det visar sig att de sexsidiga formerna är sällsynta. I verkligheten är de flesta snöflingor mycket mer komplicerade”, säger Garrett.
Garrett ville ta bilder av snöflingor när de faller, innan de smälter, kläms eller klumpar sig. Problemet: Det fanns ingen kamera som var tillräckligt bra. Så han och en kollega uppfann en. “Det tog år att utveckla. Vi hade riktiga utmaningar, säger han. Rörelsesensorn måste vara tillräckligt känslig för att upptäcka även de minsta snöflingor. För att fånga en fallande flaga med skarpa detaljer behövde kameran också ta bilder otroligt snabbt — så snabbt som 1/40 000 sekund — men ändå släppa in tillräckligt med ljus.
Varje trio bilder är en singel snöflinga som faller genom luften, sett från tre vinklar av den nya Multi-Angle Snowflake Camera. Tim Garrett, Univ. of Utah Äntligen framgång. “Vår kamera är den första i sitt slag som automatiskt tar högupplösta bilder från flera vinklar samtidigt som den mäter hur snabbt snöflingorna faller”, säger Garrett. Den avslöjar snöflingor i alla sina känsliga, isiga, tredimensionella detaljer.
Garrett, en skidåkare, visste att det var vettigt att installera kamerorna på en skidort. Det fanns redan el, tillgång till hiss till olika höjder och byggnader att fästa kameran på.
Han satte den första kameran precis utanför sovsalar där skidortens arbetare sov. Men när den första snöstormen slog till sent en natt, brast kameran ut i en uppsjö av blixtar. Arbetarna trodde att något höll på att explodera. Så Garrett flyttade kameran till en obebodd byggnad. Nu är en andra kamera installerad högt uppe på berget. De två kamerorna tar bilder av cirka 10 000 snöflingor under varje storm.
Garretts specialiserade kameror sätter snöstormar i fokus. Att jämföra snöflingor med andra data som vindriktning och radar, säger han, ger en mycket mer komplett bild av en storm. Det kommer i sin tur att hjälpa atmosfärsforskare att förutsäga stormar och deras effekter mer exakt.
De mer rundade strukturerna i dessa snöflingor orsakas av rimning. Det inträffar när tusentals små droppar i moln täcker en snöflinga för att skapa en pellet som kallas graupel.
Tim Ga rrett, Univ. of UtahTill exempel säger Garret att höga, djupa stormar med mer turbulent luft inuti verkar producera snöflingor som är tunga
rimmad
. Rim is är frost som bildas av snabbt frysande vatten. “Varje snöflinga från dessa stormar håller sig flytande under lång tid och samlar hundratusentals små droppar. Det slutar med att det ser ut som ett litet hagel.” Lugnare, grundare stormar, å andra sidan, säger han, tenderar att ge fluffigare snöflingor som kallas aggregat.
Ändå, säger Garrett, “dessa enkla regler fungerar ofta inte, och vi vet inte varför ännu.”
Vid Alta tar han på sig skidorna, klättrar upp på stolliften och beger sig upp på berget för att kolla på sin kamera. För honom är de små iskristallerna som faller från himlen lika fascinerande som de är vackra.
Detta är en i serien om karriärer inom naturvetenskap, teknik, teknik och matematik som möjliggjorts med generöst stöd från Alcoa Foundation.
Power Words
(för mer om Power Words, klicka här)
Arctic
En region som faller inom polcirkeln. Kanten på den cirkeln definieras som den nordligaste punkten där solen är synlig på det norra vintersolståndet och den sydligaste punkten där midnattssolen kan ses på det norra sommarsolståndet.
atmosfär
Kuvertet av gaser som omger jorden eller en annan planet.
koldioxid
A färglös, luktfri gas som produceras av alla djur när syret de andas in reagerar med de kolrika livsmedel som de har ätit. Koldioxid frigörs också när organiskt material (inklusive fossila bränslen som olja eller gas) förbränns. Koldioxid fungerar som en växthusgas som fångar värme i jordens atmosfär. Växter omvandlar koldioxid till syre under fotosyntesen, den process de använder för att göra sin egen mat.
klimat
Vädret förhållanden som råder i ett område i allmänhet eller under en lång period.
klimatförändring
Lång -term, betydande förändring i jordens klimat. Det kan hända naturligt eller som svar på mänskliga aktiviteter, inklusive förbränning av fossila bränslen och röjning av skog.
klimatologi
Studien klimat över årstider, decennier eller årtusenden. Klimatet varierar över tiden och det här fältet tittar på att mäta alla aspekter av klimatet och använda sådana data för att bättre förstå vilka faktorer som ligger bakom dessa förändringar. Forskare som studerar klimatologi är kända som
klimatologer.
kärna
En lång , rörliknande prov borrat ner i is, jord eller sten.
kristall
En solid bestående av ett symmetriskt, ordnat, tredimensionellt arrangemang av atomer eller molekyler. Det är den organiserade strukturen som tas av de flesta mineraler.
Europa
En av Jupiters månar och den sjätte satelliten som är närmast planeten. Europa, 1 951 miles tvärs över, har ett nätverk av mörka linjer på en ljus, isig yta.
vätskedynamik
The studie av vätskor och gaser i rörelse.
geokemi
En vetenskap som handlar om den kemiska sammansättningen av och kemiska förändringar i det fasta materialet på jorden eller i en annan himlakropp (som månen eller Mars). Forskare som studerar geokemi är kända som
geokemister.
glaciär
En långsam -flyttande flod av is hundratals eller tusentals meter djup. Glaciärer finns i bergsdalar och utgör även delar av inlandsisar.
glaciologi
Studien av glaciärer. En vetenskapsman som studerar glaciärer är känd som en
glaciolog
.
växthusgas
A gas som bidrar till växthuseffekten genom att absorbera värme. Koldioxid är ett exempel på en växthusgas.
växthuseffekt
Den uppvärmning av jordens atmosfär på grund av uppbyggnaden av värmefångande gaser, såsom koldioxid och metan. Forskare kallar dessa föroreningar som växthusgaser.
Grönland
Världens största ön, Grönland ligger mellan Ishavet och Nordatlanten. Även om det tekniskt sett skiljer sig från Nordamerika, strax öster om norra Kanada, har Grönland varit politiskt mer kopplat till Europa. Visserligen anlände vikingar till Grönland runt 1000-talet, och under en tid var ön en koloni av Danmark. I juni 2009 blev Grönland en självständig nation. Is täcker ungefär 80 procent av Grönland. Grönlands inlandsis är faktiskt världens största. Om dess frusna vatten skulle smälta kan det höja havsnivån runt om i världen med 6 meter (cirka 20 fot). Även om detta är den 12:e största nationen (baserat på yta), har det i genomsnitt flest personer per kvadratkilometer av sin yta.
istäcke ( även kallad inlandsis) Det breda täcke av is, det mesta kilometer djupt, som täcker större delen av Antarktis. En inlandsis täcker också större delen av Grönland.
isotoper
Olika former av ett element som varierar något i vikt (och potentiellt under livet). Alla har samma antal protoner men olika antal neutroner i sin kärna. Som ett resultat av detta skiljer de sig också i massa.
Jupiter
(in astronomi) Solsystemets största planet, den har den kortaste dygnslängden (10 timmar). En gasjätte, dess låga densitet indikerar att denna planet består av lätta element, såsom väte och helium. Denna planet släpper också ut mer värme än den tar emot från solen när gravitationen komprimerar dess massa (och långsamt krymper planeten).
magisterexamen
A universitetsexamen för avancerade studier, som vanligtvis kräver ett eller två års arbete, för personer som redan har tagit examen från college.
måne
Det naturliga satellit på vilken planet som helst.
National Aeronautics and Space Administration (NASA)
Denna amerikanska byrå skapades 1958 och har blivit ledande inom rymdforskning och för att stimulera allmänhetens intresse för rymdutforskning. Det var genom NASA som USA skickade människor i omloppsbana och slutligen till månen. Den har också skickat forskningsfarkoster för att studera planeter och andra himmelska föremål i vårt solsystem.
kärnbildning
(in kemi) Processen med att nya strukturer bildas genom självmontering, eller starten på en ny fas i en kemisk process som sker spontant. Det kan till exempel markera det inledande skedet av kristallbildning, när en vätska eller gas börjar bilda organiserade kristaller.
fysik
Det vetenskapliga studie av materiens och energins natur och egenskaper. Klassisk fysik är en förklaring av materiens och energins natur och egenskaper som bygger på beskrivningar som Newtons rörelselagar. Kvantfysik, ett studieområde som dök upp senare, är ett mer exakt sätt att förklara materiens rörelser och beteende. En vetenskapsman som arbetar inom det området är känd som en
fysiker.
radar Ett system för beräkning av position, avstånd eller annan viktig egenskap hos ett avlägset föremål. Det fungerar genom att sända ut periodiska radiovågor som studsar av objektet och sedan mäta hur lång tid det tar för den studsade signalen att återvända. Radar kan upptäcka rörliga föremål, som flygplan. Den kan också användas för att kartlägga formen på land – även land täckt av is.
rimis
A beläggning av små, ogenomskinliga iskristaller som bildas när underkylt vatten fryser snabbt vid kontakt med ett föremål.
spektrometer Ett instrument som mäter ett spektrum, såsom ljus, energi eller atommassa. Vanligtvis använder kemister dessa instrument för att mäta och rapportera ljusets våglängder som det observerar. Insamlingen av data med detta instrument, en process som kallas spektrometri, kan hjälpa till att identifiera de grundämnen eller molekyler som finns i ett okänt prov.
supercool
För att kyla en vätska under sin fryspunkt utan att den kristalliserar eller blir fast.
Ordsökning ( klicka här för att förstora för utskrift )
Leave a Reply