Opgave 1: Fokusspørgsmål til teksten

Fokusspørgsmålene bruges til at hjælpe læseren til en bedre forståelse af teksten. Spørgsmålene følger indholdet teksten nogenlunde parallelt. Spørgsmålsserien slutter med en række generelle spørgsmål til emnet.

Side 3 – Iskerner og klimaændringer

• Hvad forstås der ved en ”iskerne”?
• Hvilke oplysninger kan studiet af iskerner give os?
• Hvorfra kommer iskernerne?
• Hvor lang tilbage i tiden er det muligt at studere klimaet vha. iskerner?
• Hvad begrænser hvor gammel isen i en iskerne kan blive?
• Hvornår begyndte man at studere iskerner?
• Hvornår sluttede den sidste istid?
• Hvad forstås der ved en ”mellemistid”?

Side 4 – De dynamiske iskapper

• Hvad er temperaturen over iskappen?
• Hvor mister iskappen is?
• Hvordan mister iskappen sin is?
• Hvorfor er iskappens udseende nogenlunde konstant?
• Hvad forstås der ved ”Ablationszone”?
• Hvad forstås der ved ”Akkumulationszone”?
• Hvad sker der med tykkelsen af et års islag ned gennem iskappen?
• Hvad er ”isdeleren”?
• Hvorfor er det bedst at bore langs den centrale isdeler?
• Forklar hvorfor isen, som presses ud langs bunden, er ældst.
• Figuren: Forklar hvorfor isen er mere snavset under en istid.

Side 5 – Isen struktur og flydeegenskaber

• Hvad betyder polykrystallinsk?
• Forklar hvordan iskrystaller er bygget op.
• Hvad forstås der ved et basalplan?
• Hvor store er iskrystallerne?
• Hvilken betydning har iskrystallernes basalplaner for isens flydeegenskaber?
• I hvilken retning er det svært at deformere isen?
• Hvilken sammenhæng er det mellem iskrystallernes størrelse og urenheder i isen?
• I figurteksten tales der om krydsede polarisationsfiltre. Find ud af, hvad det er!

Side 6 og 7 – Iskerneforskning i Grønland

• Hvorfor skal iskerneboringerne helst ske på midten af indlandsisen?
• Hvorfor foregår iskerneboringerne kun om sommeren?
• Hvorfor går solen ikke ned om sommeren på Grønland?
• NGRIP iskerneboringen. Hvad var formålet med denne iskerneboring? Hvad betyder ”geotermisk varme”? Hvad er ”Eem–tiden”?
• 1992: GRIP og 1993: GISP2. Hvor dybt blev borehullet? Hvad forstyrrede den sidste tiendedel af iskernen?

Side 8 og 9 – Iskerneboring

• Forklar hvorfor man fylder borevæske ned i hullet?
• Hvilke fysiske egenskaber skal borevæsken have?
• Forklar boreproceduren?
• Hvorfor tager det tre somre at bore et 3 km dybt borehul?

Side 10, 11 og 12 – Fortidens variable klima

• Hvad viste iskerneboringerne om fortidens klima?
• Hvad forstås ved en ”savtak–opvarmning”?
• Hvad er et isotop? Hvad forstås der ved begrebet ”isotopsammensætning”?
• Hvilken fysisk parameter bruges til at få information om fortidens klima?
• Hvad er sammenhængen mellem δ¹⁸O og temperaturen?
• Hvad er et massespektrometer?
• Beskriv med ord grafen på side 10 og 11.
• Hvor stor en temperaturforskel har der været mellem vores nuværende varme stabile periode og istidsperioden?
• Hvad forstås der ved en ”D–O–begivenhed”?
• D–O–begivenheder er ikke fundet i antarktiske iskerneboringer. Hvad betyder dette?
• Hvad kunne være årsagen til de klimaskift, der sker under D–O–begivenheder?
• Forklar hvorledes den Nordatlantiske strøm / Golfstrømmen har indflydelse på klimaet i Grønland.

Side 12

• Hvad kan være forklaringen på skiftet mellem istiden og mellemistiderne?
• Hvad vil det sige, at Jordens bane omkring Solen er elliptisk?
• Hvor meget hælder Jordens rotationsakse?
• Hvordan har hældningen af Jordens rotationsakse indflydelse på fordelingen af solenergien der modtages på Jordens forskellige breddegrader?
• Hvad forstås der ved ”Milankovich–effekten”?
• Hvad er et ”paradoks”?
• Hvorfor er det svært at forklare, at klimaet har ændret sig meget brat?

Side 13 – δ¹⁸O: Fortidens termometer

• Forklar hvad et isotop er.
• Hvordan kan man aflæse antallet af protoner og neutroner ud fra fx ¹⁶O?
• Hvilke naturlige iltisotoper eksisterer i naturen?
• Hvad er deuterium?
• Hvad er tritium?
• Hvad er et massespektrometer?
• Hvordan er δ¹⁸O defineret?
• Hvordan er δD defineret?
• Hvad forstås der ved ”Vienna Standard Mean Ocean Water”.
• Vand kan indeholde den almindelige lette ¹⁶O iltisotop eller den mere sjældne ¹⁸ O iltisotop. Hvilken type vand har lettest ved at fordampe? Hvilken type vand har lettest ved at fortætte?
• Forklar, hvorfor δ¹⁸O indholdet i indlandsisen varierer mellem vinter og sommer.
• Beskriv, hvilke informationer det såkaldte deuterium–overskud kan give.

Side 14 – Datering af is

• Hvilken sammenhæng er der mellem δ¹⁸O–værdier og temperaturen over Indlandsisen, da sneen faldt?
• Hvad vil det sige at tælle årlag i forbindelse med datering af iskernen?
• Hvorfor kan man kun tælle δ¹⁸O–årlag 8000 år tilbage i tiden?
• Hvad er en ion?
• Hvilken metode bruger man til at tælle årlag ældre end de 8000 år?

Side 15 og 16 – Bratte klimaændringer

• Hvad er det særlige ved NordGRIP iskernen?
• Der beskrives to bratte klimaændringer – her viser studierne følgende:
• Indholdet af Ca²⁺ og støv i isen starter med at falde. Hvordan kan dette forklares?
• Hvor stammer støvet i isen primært fra?
• Hvorfor skyldes faldet i Ca²⁺ ikke en øget mængde nedbør omkring Grønland?
• Et stykke tid efter, at Ca²⁺ og støvindholdet begyndte at falde, falder deuteriumoverskuddet også. Når dette sammenholdes med at temperaturen stiger, giver det anledning til en mulig fortolkning. Hvad går den ud på?
• Hvordan ændrer årlagstykkelsen sig i løbet af klimaskiftet?
• Hvorfor bliver årlagene tykkere under en temperaturstigning?
• Hvordan finder man ud af, hvilke årsager der er til et klimaskift?
• Hvad menes der med ”kildeområder”?
• Hvad menes der med ”cirkulationsændringer” i atmosfæren?
• Beskriv de tre faser, som en klimaændring kan opdeles i.

Side 17 – Drivhuseffekten

• Hvilken type elektromagnetisk stråling udsender Solen mest af?
• Hvilken type elektromagnetisk stråling udsender Jorden mest af?
• Hvilken type elektromagnetisk stråling absorberes bedst af drivhusgasserne?
• Nævn forskellige drivhusgasser.
• Hvor meget koldere ville Jorden have været, hvis der ikke havde været drivhusgasser i atmosfæren?
• Hvad er ”infrarød stråling”?
• Hvad forstås ved ”varmestråling”?
• Hvad forstås ved ”sortlegemestråling”?
• Forklar hvad drivhuseffekten går ud på.

Side 18 og 19 – Små bobler af fortid

• Hvor stort er indholdet af CO₂ i atmosfæren lige nu?
• Hvor mange procent er CO₂–indholdet vokset med de sidste 50 år?
• Hvorfor valgte man at måle nutidens CO₂–indhold på Hawaii?
• Hvorfor svinger CO₂–kurven en gang om året?
• Hvor meget af iskernernes rumfang er luft?
• Når iskernens CO₂ undersøges, skal det gøres uden at smelte isen – hvorfor?
• Hvorfor er de Antarktisk iskerner blevet brugt til måling af fortidens CO₂–indhold?
• Hvor meget har CO₂ indholdet svinget de sidste 800.000 år?
• Hvorfor er der forskel mellem alderen af isen og alderen af luften det samme sted i iskernen?

Side 20-21 – Drivhusgasser og istider

• Hvilken konklusion kan man drage af studierne af fortidens og nutidens CO₂ niveau?
• Hvorledes følger CO₂– og temperaturkurverne hinanden?
• Hvorfor kan man konkludere, at det ikke er et stigende CO₂–indhold i atmosfæren, der har givet anledning til en temperaturændring i fortidens klima?
• Er CO₂ en uvæsentlig faktor i udviklingen af Jordens klima?
• Hvad forstås der ved ”Milankovich–effekten”?
• Hvad forstås der ved ”tilbagekoblingsmekanisme”?
• Hvad forstås der ved en ”feedback–mekanisme”?
• Hvordan indgår CO₂ og CH₄ i tilbagekoblingsmekanismer i klimasystemet?
• Hvad er ”EPICA”?

Side 22 og 23 – Når klimaet går i selvsving

• Hvad forstås der ved en ”feedback–mekanisme”?
• Hvad menes der med ”lavine–effekten” i udviklingen af klimaet?
• Hvad er albedo, og hvilken relation har albedo til refleksion af sollys fra Jordens overflade?
• Hvad er ”is–albedo–feedback–mekanismen”?
• Hvad er ”CO₂–feedback–mekanismen”?
• Hvordan indgår metan i en feedback–mekanisme?
• Hvad forstås der ved ”positive og negative feedback–mekanismer”?
• Nævn et eksempel på negative feedback–mekanismer, der kan resultere i en afkøling.
• Hvad menes der med ordet ”accelerere”?
• Hvorfor kan øget skydannelse bidrage til en afkøling af Jorden?
• Hvordan agter man videre at studere de mekanismer, der påvirker klimaet?

GENERELLE SPØRGSMÅL til ”Iskerner – Vindue til fortidens klima”

• Studiet af de grønlandske og antarktiske iskerner har givet os en forståelse af fortidens klima – specielt vedrørende temperaturen samt CO₂–og methanindholdet. Hvordan kan man studere temperaturen i fortiden (termometret var jo ikke opfundet for 3000 år siden)?
• Hvordan har temperaturen varieret?
• Hvordan kan man vide, hvad CO₂–indholdet var i fortiden?
• Hvordan har CO₂–indholdet i atmosfæren varieret gennem de sidste 800.000 år?
• Hvilken sammenhæng er der mellem CO₂–indholdet i atmosfæren og atmosfærens temperatur?
• Hvad er en mulig forklaring på de bratte klimaskift, der er sket i fortiden? Inddrag her forskellige feedback–mekanismer.
• Hvordan har man fundet ud af, at bratte temperaturstigninger i fortiden omkring Grønlands indlandsis kan være udløst af et skift i den atmosfæriske cirkulation?
• Man har fundet ud af, at bratte temperaturstigninger i fortiden ikke er sat i gang af et øget CO₂–indhold i atmosfæren.  Hvordan har man fundet ud af det? Betyder det, at den nuværende globale opvarmning ikke skyldes menneskeskabt udledning af CO₂? Hvorfor / hvorfor ikke?

Opgave 2: Naturlige kilder til CO₂ og CH₄

I denne opgave skal vi se på naturlige kilder til CO₂ og CH₄, som begge er drivhusgasser, og som man følger i iskernerne.

1. Ved planternes fotosyntese omdannes CO₂ og vand til glucose. Brug din biologiske viden til at opskrive den kemiske proces, der sker. Opskriv ligeledes respirationsprocessen, hvorved planter (og dyr) forbrænder glucose. Hvornår laver planter hhv. fotosyntese og respiration?
2. På figuren ses den globale koncentration af CO₂ i atmosfæren over en årrække. Det ses, at koncentration af CO₂ stiger i løbet af vinteren og falder i løbet af sommeren. Giv en biologisk forklaring herpå. Forklar ligeledes stigningen fra år til år.

3. Når vi har sommer på den nordlige halvkugle, er der vinter på den sydlige og omvendt. Alligevel er det årstidssvingningerne på den nordlige halvkugle, der dominerer den globale koncentration af CO₂. Giv en forklaring herpå.

Methan, CH₄kan dannes af bakterier ved anaerob forbrænding af glucose. Reaktionen kan være følgende:< br />

C₆H₁₂O₆ → 3 CH₄ + 3 CO₂

Processen kan foregå på steder, hvor der ingen ilt er, fx i sumpområder, forurenede søer, køers tarmsystem osv.

4. En kilde til methan i atmosfæren er verdens risproduktion. Giv en forklaring herpå. Det menes også, at der frigives methan til atmosfæren, når områder med permafrost tør. Hvor kan methanet i permafrosten tænkes at komme fra?
5. I atmosfæren har methan en levetid på ca. 12 år, idet det af sollyset omdannes til kuldioxid og vand. Skriv reaktionsskemaet for denne omdannelse.

For at opretholde en bestemt mængde methan i atmosfæren kræves derfor en fortsat tilførsel. Det kan tilføjes, at methan er en kraftigere drivhusgas end CO₂, idet den giver ca. 20 gange så stor drivhuseffekt pr. molekyle. Tages hensyn til mængden af gasserne i atmosfæren har methan samlet en drivhusvirkning på en tredjedel  af virkningen af CO₂. Men den omdannes altså gradvis til en svagere drivhusgas.

6. Før industrialiseringen var der ca. 700 ppb CH₄ i atmosfæren. Det nuværende niveau er ca. 1790 ppb. Diskuter nogle årsager til denne stigning. Forklar også de årlige variationer, der ses på figuren.

Opgave 3: Data fra NGRIP boringen

Vi skal rekonstruere figuren side 10 og 11 i heftet, som viser temperaturen (angivet ved δ¹⁸O) til-bage gennem den seneste istid og til den forrige mellemistid, Eem–tiden. De benyttede data findes i denne excel-fil: NGRIP_d18O_50yrs.xls.

• Lav en graf med tiden som førsteakse og δ¹⁸O som andenakse og tilpas akserne, så den ligner grafen side 10 og 11. Aflæs, hvornår istiden begyndte og hvornår den ophørte.
• Bemærk de bratte temperaturstigninger (D–O begivenheder) som skete flere gange under istiden og de efterfølgende noget langsommere temperaturfald. Giv et skøn over, hvor mange D–O begi-venheder der har været i hele istiden. Vi skal nu undersøge en D–O begivenhed i detaljer. Udvælg en af dem, fx den der skete for 73.000 år siden. Find de pågældende år i tabellen og lav en graf med δ¹⁸O lige omkring D–O begivenheden. Aflæs, hvor mange år temperaturstigningen skete over. Ville et menneske, der levede dengang bemærke en klimaændring i sin levetid?
• Hvordan var temperaturen i den forrige mellemistid, Eem–tiden, i forhold til den nuværende mellemistid ifølge δ¹⁸O –målingerne? Hele sidste istid var Europa befolket af Homo neandertalis, som var kraftige med korte lemmer og velegnede til at leve i et koldt klima. Vor egen art, Homo sapiens, kom først til Europa for 35–40.000 år siden.

Opgave 4: Iskernedata fra istidens afslutning

Side 15 i heftet ses iskernedata for årene omkring istidens afslutning samt fra den sidste D–O begivenhed i istiden. Vi skal rekonstruere graferne for δ¹⁸O og D–overskud i disse to tidsperioder.

Filen med de målte data kan hentes her: istidsafslutning.xls. Data er vist to perioder – fra år 11511 før nu (år 2000) til 13150 og fra år 14511 før nu til 14850.

1. Lav, på samme måde som i opgaven Data fra NGRIP boringen, grafer med hhv. δ¹⁸O og D–overskud for de to perioder.
2. Forsøg at finde overgangen fra istid til mellemistid. Ifølge grafen side 15 steg D–overskuddet væsentligt hurtigere end δ¹⁸O. Viser den her fremstillede graf også dette? Hvor hurtige var skiftene?
3. Ifølge teksten afspejler D–overskud primært temperaturen, der hvor vandet fordamper, mens δ¹⁸O primært afspejler temperaturen, hvor nedbøren falder (over indlandsisen). Giv en mulig forklaring på, at D–overskuddet kan stige så brat.
4. Ifølge grafen side 15 stiger isens lagtykkelse, når der kommer et varmere klima. Giv en meteorologisk forklaring herpå.

Opgave 5: Istidens afslutning

1. Som det er nævnt side 16 skete klimaomslaget, der varslede istidens ophør, på ganske få år. Dette er beskrevet mere i detaljer i nogle artikler. Læs Nutiden defineres med dansk iskerneforskning på nbi.ku.dk/nyheder/standard_for_nutid/ eller som pdf-fil: Standard for nutid.pdf og Hvad forårsagede afslutningen af istiden? på nbi.ku.dk/sciencexplorer/gyldent_soem_i_iskerne/spoergsmaal_svar1/ eller som pdf-fil: Afslutning af istid.pdf. Se endvidere filmen Gyldent søm i iskerne på nbi.ku.dk/sciencexplorer/gyldent_soem_i_iskerne/.
2. Hvornår har man defineret istiden til at ophøre? Hvordan passer det med graferne fremstillet i opgaven Iskernedata fra istidens afslutning?
3. Under istiden var de danske øer og det meste af Jylland dækket af is. Vandstanden var 120 meter lavere end nu, da så meget vand var bundet i iskapperne på Grønland og Antarktis, og Jylland strakte sig langt ud i Nordsøen. Prøv at beskrive, hvordan de mennesker, der måtte befinde sig i Danmark dengang ville opleve, hvad der skete med klimaet og landet. Hvor hurtigt mon isen forsvandt? Find fotos på nettet af nuværende gletsjere, som er blevet mindre i forhold til på tidligere fotos.

Opgave 6: Iskernedata fra Antarktis, tidligere istider

På Antarktis er den årlige nedbør lavere end i Grønland, så de enkelte årlag er tyndere, mens den samlede tykkelse er omtrent den samme, nemlig op til mellem 3 og 4 km. Derfor rækker iskernerne på Antarktis længere tilbage i tiden, op til 800.000 år. På Antarktis undersøger man desuden indholdet af CO₂, hvilket man endnu ikke kan i Grønland, da der i isen her er urenheder, som reagerer med CO₂og slører indholdet. Iskernedata fra Antarktis kan hentes her: temp_antarktis.xls. Her er der vist δD 800.000 år tilbage. De relative temperaturer i forhold til et valgt nulpunkt er også vist, idet δD er omregnet til temperaturer med en empirisk fundet formel.

1. Lav en graf over δD tilbage til 800.000 år før nu svarende til figuren side 20. Identificer de istider og mellemistider, der har været.
2. Det kunne nu være interessant at se, om temperaturforløbet er det samme i Grønland som på Antarktis. Lav en graf med δD 120.000 år tilbage. Sammenlign med den tilsvarende graf for Grønland fra opgaven Iskernedata fra istidens afslutning. Undersøg, om der har været de samme varmeperioder under istiden begge steder. Bemærk også, hvor stejlt temperaturen stiger ved varmeperioderne. Hvad sker der i Antarktis, når der er en D–O begivenhed i Grønland?

Opgave 7: Data for temperatur, CO₂ og CH₄ i Antarktis

Ud fra de små bobler i iskernerne fra Antarktis kan indholdet af CO₂ og CH₄ i fortidens atmosfære bestemmes. Vi skal undersøge, i hvor stor udstrækning temperaturen og CO₂-indholdet følges ad. Data for CO₂ kan hentes her: CO2.xls.

1. Lav en graf med CO₂–indholdet 800.000 år tilbage i tiden. Sammenhold med temperaturgrafen lavet i opgaven Iskernedata fra Antarktis, tidligere istider. Overordnet ses, at temperatur og CO₂–indholdet følges ad gennem tiden. Det interessante er nu, hvor godt de følges ad i detaljen. Vælg et af de steder, hvor CO₂–indholdet er steget kraftigt, fx omkring for 130.000 år siden og lav en graf med CO₂–indholdet under den pågældende stigning. Lav tilsvarende en graf med temperaturen i det samme tidsinterval med data fra ovennævnte opgave. Undersøg, hvor godt de to kurver følges ad. Er der belæg for, ud fra disse kurver, at konkludere, om temperaturen eller CO₂–indholdet stiger først?
   Det interessante er her, hvad der er årsag og virkning. Stiger temperaturen på grund af øget CO₂–indhold, eller stiger CO₂–indholdet på grund af stigende temperaturer. Som grafen viser sker stigningen over ca. 5.000 år, og på den tidsskala kan man godt regne med, at CO₂–indhold og temperatur følges ad. Men spørgsmålet er, om temperaturen eller CO₂–indholdet først starter med at stige.
   Man regner generelt med, at temperaturen på Antarktis begynder at stige ca. 800 år før CO₂–indholdet i ved de sidste istiders afslutning.



2. På figuren ovenfor er vist temperatur og CO₂–indhold i perioden fra 22.000 til 9.000 år før nu i Antarktis. Find steder på grafen, som bekræfter, at temperaturændringer er ca. 800 år forud for ændringer i CO₂–indhold.
   Der er ikke pålidelige data for CO₂–indholdet fra de grønlandske iskerner, da disse indeholder meget støv med carbonater i, som reagerer kemisk med CO₂.
3. I denne fil CH4.xls er der data for indholdet af CH₄ i iskerner fra Antarktis. Lav en graf på tilsvarende måde som for CO₂ og undersøg, om CH₄–indholdet også følger variationerne i temperaturen.

Opgave 8: Istidernes start og slutning, Milankovitch teorien

Man mener, at ændringer i Jordens baneforhold forårsager skiftene mellem istider og mellemistider. Teorien er kort omtalt side 12 og mere udførligt i NFA-heftet Jordens Klima på side 2–4. Figuren nedenfor viser de tre ændringer, der sker periodisk med Jordens bevægelse. Jordbanens excentricitet (langstrakthed) varierer med periode på 100.000 år, Jordens aksehældning varierer mellem 22° og 25° med periode på 41.000 år og rotationsaksens retning ændres sig med en periode på 19.000–23.000 år.

1. Forklar, hvorfor vi har årstider. Forklar desuden, hvorfor en stor aksehældning giver stor forskel på sommer og vinter.
   Det, der kan starte en istid er, hvis somrene blive kølige på den nordlige halvkugle, da sneen og isen da kan blive liggende sommeren over. Dette indtræffer, når excentriciteten er maksimal, når aksehældningen er minimal, og når aksen peger i en sådan retning, at sommeren på den nordlige halvkugle (hvor der er landmasser langt mod nord, som isen kan bygge op på) finder sted, når Jorden er i sin største afstand fra Solen, se figuren nedenfor.
2. Forklar, hvorfor disse betingelser giver kølige somre på den nordlige halvkugle.
3. De betingelser, der kan starte afslutningen på en istid er varme somre. Forklar ud fra figuren, hvilke baneforhold, der medfører dette.

Figuren nedenfor viser den samlede effekt af de tre baneparametre beregnet ved breddegraden 65oN. Der er desuden indtegnet den globale temperatur i form af δ¹⁸O i sidste søjle. Varm er mod højre og kold mod venstre.

4. Gør rede for, at istidernes skiften kan passe med baneændringerne. Med hvilket tidsinterval skulle mellemistiderne forekomme?

 De temperaturændringer, som baneændringerne forårsager, er forholdsvis små, og de kan ikke i sig selv forklare de store temperaturskift. Der kræves forskellige feedbackmekanismer til at forstærke virkningen, som omtalt side 22 og 23.

Opgave 9:Temperaturen i den nuværende mellemistid

Når man borer iskerner måler man isens temperatur med et termometer i selve borehovedet. Isen "husker" hvad temperaturen var, da sneen faldt, da sne og is har en meget stor varmekapacitet og lille varmeledning og kun meget langsomt ændrer temperatur. Jo længere man går tilbage i tiden, desto færre detaljer i temperaturudviklingen får man med. Kurven bliver mere og mere en gennemsnitskurve. Således er de voldsomme klimavariationer under sidste istids afslutning for 15.000 til 11.000 år siden fuldstændigt udvisket. Jo længere man kommer ned, jo mere påvirkes temperaturen også af den geotermiske varme fra undergrunden, og i Grønland kan man følge istemperaturen med nogenlunde nøjagtighed 30.000 år tilbage. I Antarktis kan man se temperaturerne med mindre tidslig opløsning, da lagene er tyndere.

Data for istemperaturen kan hentes her: istemperatur.xls. Her er data for Grønland (GRIP) og Antarktis (Law Dome iskernen).

1. Lav en graf med istemperaturen for Grønland tilbage til 30.000 år før nu. Hvordan var temperaturen i stenalderen for 5.000 år siden i forhold til nu?
2. Da istiden sluttede 11.704 år før år 2000, steg temperaturen brat inden for en kort årrække. Har dette afspejlet sig i isens temperatur? Giv en mulig forklaring.
3. Lav nu en graf, som går fra omkring år 0 til år 2000. Fra historien ved man, at der var koldt i romertiden omkring Kristi fødsel, der var varmt i vikingetiden, da vikingerne bosatte sig i Grønland, der var en lille istid med to kuldeperioder omkring år 1600 og år 1875 og opvarmning i det 20. århundrede. Find disse historiske perioder på grafen og kontroller, om klimaet i perioderne passer med det målte. Det skal bemærkes, at isen på Grønland efter 1950 er blevet koldere, selv om den globale temperatur er steget.
4. Lav en tilsvarende graf for Antarktis fra omkring år 0 til nu og sammenlign med grafen for Grønland. Bemærk, at Antarktis har en tendens til at varme op, når Arktis køler ned og omvendt.
5. Til sidst et hypotetisk spørgsmål: Hvis vi kunne styre klimaet, hvordan skulle det så være? Som i istiden, som i stenalderen, som i vikingetiden, som i 1800–tallet eller som nu?

Opgave 10:Spor af vulkaner i isen

Ved vulkanudbrud sendes store mængder SO₂ ud i atmosfæren. Dette omdannes i atmosfæren til H₂SO₄  under medvirken af sollys, ilt og vand. I nedbøren ioniseres det til H⁺ og SO₄^–2. Denne sulfat kan spores i iskerner og kan dermed give vidnesbyrd om fortidige vulkaner.

1. 1. Data for vulkansk sulfat fra GISP2–boringen i Grønland kan hentes her: vulkaner.xls. Lav en graf over sulfat i isen for de sidste 4.000 år.

2. Tabellen ovenfor angiver tidspunkterne for nogle kendte vulkanudbrud. Prøv at identificere disse på grafen eller ud fra tallene i excelfilen.
3. Forklar, hvorfor vulkaner fra Island giver større udslag end fx vulkaner fra Indonesien – også selv om sidstnævnte er voldsommere. Forklar også den store mængde sulfat, der ses i isen hvert år efter ca. 1925.

Identifikation af historisk kendte vulkanudbrud bruges som vigtige holdepunkter, når man daterer de øverste lag i iskerner. Længere nede i isen er det omvendt: der kan iskernerne hjælpe historikerne med at datere vulkanudbruddene, især hvis man kan identificere hvilken vulkan, der er tale om. Dette gøres ved at identificere bittesmå vulkanske partikler i isen og sammenholde disse partiklers geokemiske sammensætning med sammensætningen af askeprøver fundet tæt ved vulkanen.

Opgave 11: Feedbackmekanismer

Istiderne og bratte klimaændringer er ifølge Milankovitch teorien forårsaget af ændringer i solindstrålingen på grund af ændringer i Jordens baneforhold. Disse ændringer i solindstrålingen er dog forholdsvis små og kan ikke alene forklare de store temperaturudsving, der er sket. Men der er forskellige feedback–mekanismer, der forstærker temperaturudsvingene. Denne opgave handler om tre af dem, is–albedo–feedback, CO₂–feedback og CH₄ –feedback.

Is–albedo–feedback

1. Forklar, hvad man forstår ved albedo.
2. I tabellen er der eksempler på albedo for stråling i det synlige område

Overflader med albedo under 0,03 opfattes som sorte, mens overflader med albedo over 0,8 opfattes som hvide
Beskriv, hvad der sker med energien i solstrålingen, når sollyset rammer hhv. en sne– eller isdækket overflade og en havoverflade.

3. Forklar, hvorfor en begyndende afsmeltning af en isdækket havoverflade forstærkes af is–albedo mekanismen.

Kilde: NASA

4. På figuren er indtegnet isranden i det arktiske område i tre forskellige år, alle i september. Forklar, hvilken rolle is–albedo feedback–mekanismen kan have i disse ændringer.

Is–albedo mekanismen er forholdsvis hurtig og virker på kort sigt, da der kun skal opvarmes overfladevand og luft.

CO₂–feedback

Hvis der er CO₂ i luften over en vandoverflade, vil CO₂ opløses i vandet, idet der indstiller sig nogle ligevægte:

CO₂(g) ↔ CO₂(aq)

CO₂(aq) + H₂O(l) ↔ H₂CO₃(aq)

Den øverste ligevægt er "flaskehalsen", altså den der tager længst tid at indstille sig. Den nederste ligevægt er forskudt langt mod venstre, idet kun ca. 0,17% er blevet til H₂CO₃ (kulsyre).

1. Forklar, hvorfor det bruser, når man åbner en flaske danskvand.
2. CO₂ i atmosfæren øger drivhuseffekten, som giver højere temperatur. Forklar, hvordan drivhuseffekten virker.

Opløseligheden af CO₂ i vand (altså hvor langt den først ligevægt er forskudt mod højre) afhænger af temperaturen. Dette fremgår af tabellen.

Opløselighed af CO₂ i en atmosfære af ren CO₂

Tallene for opløseligheden gælder for en atmosfære af ren CO₂. Da CO₂ kun udgør en lille del af atmosfæren er opløselighederne naturligvis tilsvarende mindre, men der gælder stadig, at opløseligheden falder med stigende temperatur.

3. Hvis temperaturen begynder at stige, fx på grund af øget solindstråling, afgives der mere CO₂ til atmosfæren, da opløseligheden falder. Forklar, hvordan dette kan forstærke temperaturstigningen, altså hvordan CO₂–feedback mekanismen virker.
4. Feedbackmekanismen vil også forstærke et begyndende temperaturfald. Forklar, hvad der sker i dette tilfælde.

Udvekslingen af CO₂ mellem atmosfære og overfladevand er forholdsvis hurtig. Men opblandingen med vand på store havdybder tager meget lang tid, så varigheden af de globale temperaturstigninger, der sker ved fx en istids ophør er af størrelsesordenen 5.000 år, se evt. opgave 7.

Temperaturen i Grønland kan stige betydelig hurtigere, men det afspejler mest regionale forhold, fordi ændringer i Nordatlantens hav– og luftstrømninger påvirker temperaturen i Grønlands meget voldsomt, mens Antarktis er omgivet af ret konstante hav– og luftstrømninger. Temperaturen i Antarktis afspejler derfor det globale klima bedre end den grønlandske temperatur.

CH₄–feedback

Som det omtales i temaheftet side 20, ændrer CH₄–koncentrationen i atmosfæren sig på samme måde som temperaturen og CO₂–koncentrationen i løbet af istiderne. Så ved temperaturstigninger frigives der også CH₄ til atmosfæren, og da CH₄ er en drivhusgas, vil der også her være en feedbackmekanisme. Spørgsmålet er, hvor denne CH₄ kommer fra.

1. I opgaven Naturlige kilder til CO₂ og CH₄ antydes der nogle kilder til CH₄. Forklar, hvordan CH₄ produktionen fra nogle af disse kan stige, når temperaturen stiger.
2. De biologiske kilder til CH₄ burde medføre en konstant stigende mængde i atmosfæren. Begrund, ud fra oplysningerne i ovennævnte opgave, hvorfor der på kort tid indstiller sig et nogenlunde konstant niveau.
3. Det vides, at der i permafrostområder findes store mængder CH₄ oplagret. Foreslå, hvordan det kan tænkes dannet og hvilken betydning det vil have, hvis temperaturen stiger.

Når det bliver varmere i Arktis smelter permafrosten. Methan frigives herved til atmosfæren, og det accelererer den globale opvarmning.

Methanet findes i forbindelse med iskrystaller, såkaldt methanhydrat, hvor methanet indlejres i iskrystallerne. Der kan være op til ét methanmolekyle for hver 6 vandmolekyler. I iskernerne findes methanet som methanhydrat.

Opgave 12: Massespektrometri

Nedenstående er ikke så meget en opgave, som det er baggrundsstof om massespektrometri. Massespektrometri kan bl.a. anvendes til at separere isotoper af et grundstof og anvendes inden for iskerneforskningen til at bestemme mængden af ¹⁸O i forhold til ¹⁶O eller ²H (også kaldet D) i forhold til ¹H.

Metoden bygger på det fysiske forhold, at ladede partikler, der bevæger sig gennem et homogent (ensartet) magnetfelt afbøjes og bevæger sig i en cirkelbane. Fænomenet kendes fra, at protoner fra Solen, der indfanges i Jordens magnetfelt, bevæger sig i cirkler (eller snarere spiraler) omkring feltlinierne ned mod polerne og opbremses i atmosfæren, hvilket giver anledning til polarlys. Det kendes også fra et billedrørsfjernsyn, hvor elektroner afbøjes af et magnetfelt inde i billedrøret og kan styres hen over skærmen.

På figuren ses, hvordan partikler følger forskellige baner afhængig af deres masse. Magnetfeltet i det orange område har retning vinkelret på figurens plan. Baneradius er givet ved den viste formel, hvor B er feltstyrken, m er partiklens masse, E dens bevægelsesenergi og q dens ladning.

1. Argumenter for, hvilken af de tre viste partikler, der er tungest, og hvilken der er lettest.

På denne figur er vist princippet i en massespektrograf. I ionkilden ioniseres gassen (O₂ eller H₂, dannet ud fra vand i iskernen) til positive ioner. Disse accelereres af en høj spænding og rammer ind i magnetfeltet. I magnetfeltet afbøjes partiklerne, hvis antal derefter registreres med detektoren. Detektorens position er fast, og ved at variere magnetfeltet bestemmes det, hvilke isotoper, der rammer ind i detektoren. Man kan også variere accelerationsspændingen i stedet for magnetfeltet.

2. Hvis man først detekterer ¹⁶O, skal man da skrue ned eller op for magnetfeltet for at detektere ¹⁸O?
3. (kræver en del fysisk indsigt) Hydrogen, H₂ ioniseres (enkeltladet) og accelereres af en spænding på 3.000 V og sendes derefter ind i et magnetfelt på 0,1 T. Bestem baneradius inde i magnetfeltet. Find selv de nødvendige talværdier i fx Databogen. Hvis molekylet i stedet er ²H¹H, hvilken værdi skal magnetfeltet da have, for at baneradius bliver den samme?

Opgave 13: Isotoper

1. Forklar ud fra din fysiske viden, hvad isotoper er.

2. I tabellen ses de forskellige stabile isotoper af O og H med deres hyppighed. Skriv alle de forskellige varianter af H₂O, der kan forekomme. Hvilke er de fire hyppigste ?

δ¹⁸O og δD (¹H kaldes herefter for D) er defineret ved 

og

R_standard refererer til en standard havvand, som forskerne er enedes om at måle i forhold til.

3. ¹⁸O vejer 2 atommasseenheder mere end ¹⁶O, som vejer 16 atommasseenheder, altså er den relative forskel 2/16 = 8. Find tilsvarende den relative forskel mellem D og H. Begrund, at δD er 8 gange så stor som δ¹⁸O.

Altså burde δD – 8 δ¹⁸O = 0. Målinger viser dog, at δD næsten altid er lidt større end 8 gange δ¹⁸O, og tallet δD – 8 δ¹⁸O kaldes deuteriumoverskuddet. D–overskuddet afspejler temperaturen, der hvor det vand, der senere falder over isen, er fordampet.

4. Som det ses side 15 kan D–overskuddet ændre sig inden for 2–3 år. Er det udtryk for bratte temperaturændringer i et fast område, hvor vandet fordamper eller er der en anden forklaring?

Opgave 14: Isbræer i Grønland

Denne opgave kræver, at man har Google Earth installeret på computeren.

1. Forsidebilledet på temaheftet er et luftfoto af en isbræ med koordinaterne 79°6’N og 24°0' V. Som omtalt side 4 er det yderste is ældst, mens isen længere inde er fra mellemistiden. Forklar ud fra isens flydning, hvorfor der er denne fordeling.
2. Find den afbildede isbræ på Gogle Earth ud fra koordinaterne. Sammenhold de to billeder og identificer de forskellige tidsperioder på satellitbilledet. Søg videre på Google Earth langs den samme isrand og forsøg at finde andre steder, hvor man kan ane adskillelsen mellem istidsis og mellemistidsis. (Prøv fx 80°08’ N og 24°22’ V).
3. Mange steder presses isen ud mellem nogle klipper, så der dannes en udløbsgletsjer. Hvor gletsjeren møder havet brækker isen af i store blokke, gletsjeren kælver. Et eksempel ses på koordinaterne 68°16’ N og 32o34’ V. Find denne og identificer den isfront, hvor isen brækker af. Find selv andre tilsvarende.
4. Gletsjeren ved Ilulissat (Jakobshavn) med koordinaterne 69°10’ N og 50°02’ V følges nøje af videnskaben. Omkring 1997 begyndte gletsjeren at bevæge sig fra indlandsisen og ud mod kysten med accelererende fart. Derfor fødte gletsjeren også mange flere isbjerge end tidligere, og det får gletsjerens isfront til at trække sig voldsomt tilbage.

På billedet er markeret, hvor gletsjeren nåede til fra 1850 til 2007. Find den på Google Earth og vurder, hvilket år billedet herfra er taget. Giv en mulig forklaring på, hvorfor gletsjeren trækker sig tilbage.

5. Denne gletsjer er blevet fremvist for politikere fra mange lande som billede på konsekvenserne af den globale opvarmning. Men denne forklaring er blevet draget i tvivl. Søg på nettet efter en anden mulig forklaring, der er blevet fremført.