Microstructure and impurities in polar ice

Abstract

Das globale Klima erwärmt sich. Die Wahrscheinlichkeit der Auslösung von Kippeffekten nimmt zu, während sich der globale Meeresspiegelanstieg beschleunigt. Ein wichtiger Faktor für den Anstieg des Meeresspiegels ist der Massenabfluss von Eis aus dem grönländischen und antarktischen Eisschild. Um die Vorhersage ihres künftigen Beitrags zu verbessern, ist es von entscheidender Bedeutung, zu untersuchen, wie Eis auf großen und kleinen Skalen fließt und sich verformt. In dieser Arbeit konzentriere ich mich auf die Mikrostruktur des Eises, d. h. die Größe und Ausrichtung der Eiskristalle (CPO), und ihre Wechselwirkung mit chemischen Spurenstoffen. Verunreinigungen sind ein Indikator für das Klima, aber es wird auch angenommen, dass sie mikrostrukturelle Prozesse wie Deformation und Kornwachstum beeinflussen. Ich konzentriere mich auf die Lokalisierung von Spurenstoffen in der Mikrostruktur und wie die Chemie diese Lokalisierung beeinflusst. Ich untersuche hauptsächlich Eis aus dem Eiskern des East Greenland Ice-core Project (EGRIP) aus dem Nordostgrönländischen Eisstrom (NEGIS). Durch die Kombination von mikrostrukturellen (Gewebeanalysator, Mikrostrukturkartierung, visueller Stratigraphie Line-Scan), Spurenstoff-Analyse (Raman-Spektroskopie, induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie 2D-Bildgewinnung) und geophysikalischen Methoden (boden- und luftgestütztes Radar) in Verbindung mit numerischer Modellierung werden verschiedene räumliche Skalen überbrückt, um ein ganzheitlicheres Bild des Eises im NEGIS zu erhalten. Ich führe die erste systematische Analyse von Spurenstoffen in der Mikrostruktur entlang eines Eiskerns durch. Im EGRIP-Eiskern befinden sich feste Spurenstoffe vorzugsweise im Korninneren, während sich lösliche Spurenstoffe hauptsächlich an den Korngrenzen befinden. Meine Forschung zeigt außerdem, dass die Mikrostruktur bei der Verwendung von Spurenstoffen als Klimaproxy berücksichtigt werden sollte, da die räumliche Variabilität auf der (Sub-)Millimeterskala sehr groß ist. Die analysierte Mikrostruktur im EGRIP-Eiskern hilft außerdem bei der Rekonstruktion der ursprünglichen Ausrichtung des Eiskerns, liefert die Grundlagen für eine verbesserte Methode zur Bestimmung des horizontalen Gefüges mit einem co-polarisierten phasenempfindlichen Radar und liefert neue Erkenntnisse über NEGIS, wie z. B. die Bestimmung des Alters von Falten innerhalb des Eisstroms und seiner räumlichen Variabilität in Anisotropie und Härte.