İng. Ice Core Analysis
Buz karotları (bkz. buz karotları), gezegenimizin geçirmiş olduğu iklim döngülerini anlamamıza benzersiz bir katkı sağlar. Bilim insanları buz karotlarını sondajladıktan sonra onları derinliğine göre arşivler ve soğuk, temiz odalarda ölçülerine göre özel tasarlanmış kutular içerisinde korumaya alır.
Yapılan analizler esnasında karotları belirli boyut ve şekillerde bölen araştırmacılar, bu işlemleri kirlenmeyi engellemek için özel temiz kıyafetler giyerek gerçekleştirir. Numuneler hazırlandıktan sonra bilim insanları karotlar üzerinde çeşitli fiziksel ve kimyasal analizler yaparlar. Günümüzde gerçekleştirilen analizler şu şekilde sıralanabilir:
Fiziki/Görsel inceleme: Kış ve yaz aylarında karot içerisindeki kar katmanı birbirinden farklılık gösterir. Güneş ışığının 24 saat Kutup Bölgesi’ne ulaştığı yaz aylarında, karın üst tabakasının dokusu değişir. Kış gelip karanlık günler başladığında ve hava tekrar soğuduğunda, yağan yeni kar, yaz kar katmanı üstüne düşer ve farklı bir katman oluşturur. Bu katmanların her biri, bilim insanlarına yıllara ait pek çok iklim verisi sağlar.
Gaz kabarcıkları bileşimi: Buz karotlarının en önemli özelliği, geçmiş atmosferik gazların doğrudan arşivi olmalarıdır. Hava, buz kar tabakasının tabanında tutulur ve sıkışan kar, buza dönüştüğünde hava kabarcıklar içinde tutulur. Bu geçiş normalde yüzeyin 50-100 m altında gerçekleşir. Karot örnekleri vakumda eritilerek, ezilerek veya rendelenerek hava kabarcıkların gaz bileşimi incelenir. Bu yöntem, 650.000 yıl öncesine dayanan karbondioksit, metan ve azot oksidin ayrıntılı kayıtlarını sağlar.1
Karotların toz içeriğini inceleme: Kıtalardaki geniş çöller ve kurak alanlar, atmosfer için doğal toz kaynakları görevi görür. Bu alanlardan mikrometre boyutundaki toz parçacıkları yüksek irtifalara kaldırılır ve rüzgârla binlerce kilometre öteye taşınabilir. Kutuplara da ulaşan bu toz parçacıkları kar ile çökelir ve buz içerisinde hapsolur. Karot katmanlarının incelenmesi geçmiş toz hareketi, bileşimi ve miktarı hakkında bilgi vermektedir. Buz içerisinde bulunan tozun potansiyel kaynakları, tozun stronsiyum (Sr) ve neodimyum (Nd) izotoplarının ölçümlerinden belirlenir. Farklı jeolojik geçmişleri nedeniyle, toz kaynağı alanları Sr ve Nd elementlerinde farklı izotopik parmak izlerine sahiptir. Örneğin 45.000 yıl öncesine kadar Grönland buz karotlarından alınan toz örneklerinin, Asya kaynaklı toz karışımına en çok benzeyen izotopik bileşime sahip olduğu görülmektedir.2,3
İzotopik Analiz: Karot içerisindeki belirli kararlı izotopların ve kimyasal elementlerin miktarının tanımlanması için izotop analizi kullanılmaktadır. Bu analiz sayesinde geçmiş çevresel ve iklim koşullarının yeniden yapılandırılması, geçmişteki insan ve hayvan beslenme şekillerinin araştırılması ve çeşitli diğer fiziksel, jeolojik, paleontolojik ve kimyasal içeriklerinin araştırılması mümkün olmaktadır. Kararlı izotop oranları ölçülürken bir elementin farklı izotoplarını kütle-yük oranına göre ayıran kütle spektrometrisi yöntemi kullanılır.
Buz karot çalışmalarında en yaygın olarak oksijen izotopu (18O ve 16O oranı) analizi kullanılmaktadır (bkz. Oksijen izotop analizi).4,5 Buz karot araştırmalarında günümüzde kullanılan diğer bazı izotop ölçümleri ise 10Be, 26Al, 15N, 81Kr, 40Ar,36Cl, 34S 206Pb/207Pb ve radyojenik izotop (U, Th, Pa, Ra, Sr, Nd, Hf) analizleridir.6,7,8,9,10,11,12,13,14
Buz Kimyasal Analizi: Kimyasal maddeler, salınımı sonrasında hava olayları ile taşınır ve ulaştıkları buzulların yüzeyinde safsızlık olarak birikir. Yağan kar, bu safsızlıkları zaman içerisinde buz kütlesi içine gömer. Yıllar boyu dibe doğru inen buzdan alınan karotlarda yüzeyden aşağı doğru kronolojik bir bilgi saklıdır. Buz içerisindeki safsızlık derişiklikleri son derece düşüktür ve bu nedenle analizden önce ön derişikleştirme işlemi gerekebilir. Farklı katmanlardan alınan buz örneklerinin merkezinden eritilerek alınan numuneler son yıllarda şu yöntemler ile analiz edilmektedir:
CFA (Sürekli Akış Analizi) yöntemi: Bu tekniğin en büyük avantajlarından biri, kontrollü koşullar altında sürekli olarak eriyen ve asla atmosfere maruz kalmayan bir eriyik su akışı sağlama yeteneğidir. Organiklerin tespitinin zor ve zaman alan bir işlem olması nedeniyle CFA, diğer ölçüm yöntemlerine kıyasla genel olarak çok yüksek hassasiyete sahip olduğundan oldukça verimli ve hızlıdır.15
IC (İyon Kromatografisi) yöntemi: Oldukça değerli buz örneklerinde inorganik ve organik anyonların tespitini sağlamak için kullanılan standart analitik tekniklerden biridir. Buz karotu numunelerinin eritilip analiz edildiği bu yöntem, inorganik ve küçük organik iyonların eşzamanlı olarak belirlenmesi için tek gerçek güvenilir metot olarak bilinmektedir.16 Nitrat, sülfat, sodyum, amonyum, potasyum, hidrojen, magnezyum, demir, kalsiyum, alüminyum, bromür ve klorür iyonları ve asetat, format ve glikolatlar IC kullanılarak buzullar içinde tespit edilen kimyasal safsızlıklardır.17,18,19,20,21,22,23
GC (Gaz kromatografisi) yöntemi: Metan analizi ve metil klorür gazları tespiti için kullanılmaktadır.24,25
ICP-MS (İndüktif Eşleşmiş Plazma Kütle Spektroskopisi) cihazı ile buzul karotları içerisinde sodyum, magnezyum, alüminyum, kalsiyum, mangan, baryum, titanyum, vanadyum, arsenik, rubidyum, stronsiyum, itriyum, zirkonyum, sezyum, lantan, seryum, praseodim, talyum, kurşun, bizmut, toryum ve uranyum konsantrasyonları tespit edilmiştir.26,27
Sıvı kromatografisini takip eden kütle spektrometrisi analizleri sonucunda ise D-malik asit (0,2-2,5 ppb), pimelik asit (0,1-0,4 ppb), mezo-eritritol (0,1-0,7 ppb) ve ß-nokaryofilonik asit (0,2-1,7 ppb) gibi İOA’lar- (İkincil Oksidasyon Aerosolleri) ve de levoglukozan tespit edilmiştir.28,29,30
IDMS-İzotop Seyreltme Kütle Spektroskopisi zenginleştirilmiş bir izotopun veya kimyasalın izotopik olarak etiketlenmiş bir formunun numuneye eklenmesinden sonra elementlerin veya bileşiklerin doğal izotop bileşiminin modifikasyonuna dayanan analitik bir tekniktir. IDMS analizleri sonucu 27 bin ila 4 bin yıl öncesi aralığında buz karotunda kurşun seviyesi belirlenmiştir.31
SF-ICP-MS (İndüktif Eşleşmiş Plazma Sektör Alan Kütle Spektroskopisi) cihazı ile yapılan buz karotu analizi sonucunda arsenik, molibden, antimon, talyum ve baryum metallerinin çeşitli konsantrasyonları32; seryum, lantan, praseodim, titanyum, sodyum, stronsiyum ve uranyum elementlerinin farklı konsantrasyonları33 ve alüminyum, baryum, kalsiyum, demir, potasyum, magnezyum, mangan, sodyum, kükürt, stronsiyum ve titanyum saptanmıştır.34
LA-ICP-MS (Lazer Ablasyon Endüktif Eşleşmiş Plazma Kütle Spektrometresi) yardımıyla buz karotlarında sodyum, magnezyum, stronsiyum, mangan, kobalt ve bakır gibi kimyasalların konsantrasyonları tespit edilmiştir.35
ICP-OES yöntemiyle yapılan analizler sonucunda kalsiyum, demir, potasyum, magnezyum, mangan, sodyum, fosfor, arsenik, baryum, kadmiyum, kobalt, krom, bakır, molibden, nikel, kurşun, stronsiyum, vanadyum ve çinko kimyasallarına farklı tarihlerde farklı konsantrasyonlarda rastlanmıştır.36
MRS (Mikro Raman Spektroskopisi) kullanılarak sodyum sülfat dekahidrat, magnezyum sülfat dodekahidrat, kalsiyum sülfat dihidrat, alüminyum sülfat n-hidrat gibi sülfat tuzlarına rastlanılmıştır ve silisyum dioksit gibi safsızlıklar ölçülmüştür.37,38 Genceli Güner, Antarktika Dome Fuji İstasyonundan sondajlanan buz karotlarında micro Raman Spektroskopi yöntemi yardımıyla keşfettiği magnesium sülfat dodekahidrat (MgSO4·11H2O) mineraline Meridianiite, Magnezyum Metanosülfat Dodekahidrat (Mg(CH3SO3)2·12H2O) mineraline ise Ernstburkeite isimlerini vermiştir.39,40
Kaynakça
1 Brook, E.J., ICE CORE METHODS | Overview, in Encyclopedia of Quaternary Science, A.E. Scott (Editör), 2007, Elsevier: Oxford, 1145-1156.
2 https://www.iceandclimate.nbi.ku.dk/research/past_atmos/ice_core_impurities/dust_in_ice_cores/. 1 Eylül 2021 tarihinde erişildi.
3 Amino, T., Iizuka, Y., Matoba, S., Shimada, R., Oshima, N., Suzuki, T., Ando, T., Aoki, T., Fujita, K., “Increasing dust emission from ice free terrain in southeastern Greenland since 2000”, Cilt 27, Mart 2021, 100599, https://doi.org/10.1016/j.polar.2020.100599.
4 Yu, W., Yao, T., Thompson, L.G., Jouzel, J., Zhao, H., Xu, B., Jing, Z., Wang, N., Wu, G., Ma, Y., Gao, J., Yang, X., Zhang, J., Qu, D., “Temperature signals of ice core and speleothem isotopic records from Asian monsoon region as indicated by precipitation 18O”, Earth and Planetary Science Letters Cilt 554, 15 Ocak 2021, 116665, https://doi.org/10.1016/j.epsl.2020.116665.
5 Thompson, L. G., Davis, M.E., Mosley-Thompson, E., Porter, S. E., Corrales, G., V., Shuman, C. A., Tucker, C., J., “The impacts of warming on rapidly retreating high-altitude, low-latitude glaciers and ice core-derived climate records”, Global and Planetary Change, Cilt 203, Ağustos 2021, 103538, https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2021.103538.
6 HeeRheead, H., KyungLeeb, M., BaeSeonga, Y., IlLeeb, J., Yoob, K.-C., Stutzc, J., YongYud, B., “Quaternary ice thinning of David Glacier in the Terra Nova Bay region, Antarctica”, Quaternary Geochronology, Cilt 67, Şubat 2022, 101233, https://doi.org/10.1016/j.quageo.2021.101233.
7 Crotti, I., Landais, A., Stenni, B., Bazin, L., Parrenin, F., Frezzotti, M., Ritterbusch, F., Lu, Z.-T., Jiang, W., Yang, G.-M., Fourré, E., Orsi, A., Jacob, R., Minster, B., Prié, F., Dreossi, G., Barbante, C., “An extension of the TALDICE ice core age scale reaching back to MIS 10.1”, Quaternary Science Reviews, Cilt 266, 2021, 107078, ISSN 0277-3791, https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2021.107078.
8 Camille Bréant, Amaëlle Landais, Anaïs Orsi, Patricia Martinerie, Thomas Extier, Frédéric Prié, Barbara Stenni, Jean Jouzel, Valérie Masson-Delmotte, Markus Leuenberger, “Unveiling the anatomy of Termination 3 using water and air isotopes in the Dome C ice core, East Antarctica”, Quaternary Science Reviews, Cilt 211, 2019, 156-165, ISSN 0277-3791, https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2019.03.025.
9 Takuro Kobashi, Jeffrey P. Severinghaus, Kenji Kawamura, “Argon and nitrogen isotopes of trapped air in the GISP2 ice core during the Holocene epoch (0-11,500 B.P.): Methodology and implications for gas loss processes”, Geochimica et Cosmochimica Acta, Cilt 72, Sayı 19, 2008, s. 4675-4686, ISSN 0016-7037, https://doi.org/10.1016/j.gca.2008.07.006.
10 Zheng, M, Sturevik-Storm, A., Nilsson, A., Adolphi, F., Aldahan, A., Possnert, G., Muscheler, R., “Geomagnetic dipole moment variations for the last glacial period inferred from cosmogenic radionuclides in Greenland ice cores via disentangling the climate and production signals”, Quaternary Science Reviews, Cilt 258, 2021, 106881, ISSN 0277-3791, https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2021.106881.
11 Pruett, L., Kreutz, K., Wadleigh, M., Mayewski, P., ve Kurbatov, A. (2004). Sulfur isotopic measurements from a West Antarctic ice core: Implications for sulfate source and transport. Annals of Glaciology, 39, 161-168. https://doi.org/10.3189/172756404781814339.
12 Andrea Burke, Kathryn A. Moore, Michael Sigl, Dan C. Nita, Joseph R. McConnell, Jess F. Adkins, “Stratospheric eruptions from tropical and extra-tropical volcanoes constrained using high-resolution sulfur isotopes in ice cores,” Earth and Planetary Science Letters, Cilt 521, 2019, 113-119. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2019.06.006.
13 Changhee Han, Laurie J. Burn-Nunes, Khanghyun Lee, Chaewon Chang, Jung-Ho Kang, Yeongcheol Han, Soon Do Hur, Sungmin Hong, “Determination of lead isotopes in a new Greenland deep ice core at the sub-picogram per gram level by thermal ionization mass spectrometry using an improved decontamination method,” Talanta, Cilt 140, 2015, s. 20-28. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2015.03.007.
14 Sarah M. Aciego, Bernard Bourdon, Maarten Lupker, Joerg Rickli, “A new procedure for separating and measuring radiogenic isotopes (U, Th, Pa, Ra, Sr, Nd, Hf) in ice cores,” Chemical Geology, Cilt 266, Sayı 3-4, 2009, s. 194-204. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2009.06.003.
15 Buck, C. F. vd. (1992). Determination of major ions in snow and ice cores by ion chromatography. Journal of Chromatography A, Cilt 594, Sayı 1-2, s. 225-228.
16 Pope, K. (2020). “Scientists seek to collect ice core samples before glaciers and ice sheets melt.” https://yaleclimateconnections.org/2020/08/scientists-seekto-collect-ice-core-samples-before-glaciers-and-ice-sheets-melt.
17 Legrand, M. ve Mayewski, P. (1997). “Glaciochemistry of polar ice cores: A review.” Reviews of geophysics, Cilt 35, Sayı 3, s. 219-243.
18 Laluraj vd. (2011). “Nitrate records of a shallow ice core from East Antarctica: Atmospheric processes, preservation and climatic implications.” The Holocene, Cilt 21, Sayı 2, s. 351-356.
19 Kirchner, S., & Delmas, R. J. (1988). “A 1000 Year Glaciochemical Study at the South Pole.” Annals of Glaciology, Cilt 10, s. 80-84. https://doi.org/10.3189/s0260305500004213.
20 De Angelis vd. (1983). “Soluble and insoluble impurities along the 950 m deep Vostok ice core (Antarctica) - Climatic implications.” Journal of Atmospheric Chemistry, Cilt 1, Sayı 3, s. 215-239. https://doi.org/10.1007/bf00058730.
21 Legrand, M. R., Lorius, C., Barkov, N. I., ve Petrov, V. N. (1988). “Vostok (Antarctica) ice core: Atmospheric chemistry changes over the last climatic cycle (160,000 years).” Atmospheric Environment (1967), Cilt 22, Sayı 2, s. 317-331. https://doi.org/10.1016/0004-6981(88)90037-6.
22 Baker, I., & Cullen, D. (2003). “SEM/EDS observations of impurities in polar ice: artifacts or not?” Journal of Glaciology, Cilt 49, Sayı 165, s. 184-190. https://doi.org/10.3189/172756503781830773.
23 King, A. C. F. (2019). “‘Organics in ice’: Novel organic compounds in ice cores for use in paleoclimate reconstruction (Doctoral thesis).” https://doi.org/10.17863/CAM.44710.
24 Etheridge, D. M., Pearman, G. I., ve De Silva, F. (1988). “Atmospheric trace gas variations as revealed by air trapped in an ice core from Law Dome, Antarctica.” Annals of Glaciology, Cilt 10, s. 28-33.
25 Saltzman, E. S. vd. (2009). “Methyl chloride in a deep ice core from Siple Dome, Antarctica.” Geophysical research letters, Cilt 36, Sayı 3.
26 Rhodes vd. (2012). “Little Ice Age climate and oceanic conditions of the Ross Sea, Antarctica from a coastal ice core record.” Climate of the Past, Cilt 8, Sayı 4, s. 1223-1238. https://doi.org/10.5194/cp-8-1223-2012.
27 Xiao vd. (2001). “Spread of Lead Pollution over Remote Regions and Upper Troposphere: Glaciochemical Evidence from Polar Regions and Tibetan Plateau.” Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, Cilt 66, Sayı 6, s. 691-698. https://doi.org/10.1007/s001280064.
28 King, A. C. F. (2019). “‘Organics in ice’: Novel organic compounds in ice cores for use in paleoclimate reconstruction (Doctoral dissertation, University of Cambridge).”
29 Kang, J. H. vd. (2021). “Record of North American boreal forest fires in northwest Greenland snow.” Chemosphere, Cilt 276, Sayı 130187.
30 King, A. C. F. vd. (2019). “Organic compounds in a sub-Antarctic ice core: A potential suite of sea ice markers.” Geophysical research letters, Cilt 46, Sayı 16, s. 9930-9939.
31 Boutron, C. F., ve Patterson, C. C. (1986). “Lead concentration changes in Antarctic ice during the Wisconsin/Holocene transition.” Nature, Cilt 323, Sayı 6085, s. 222-225. https://doi.org/10.1038/323222a0.
32 National Science Foundation Ice Core Facility. (n.d.). “Storage of ice core samples.” https://icecores.org/services#storage.
33 Potocki vd. (2016). “Recent increase in Antarctic Peninsula ice core uranium concentrations.” Atmospheric Environment, Cilt 140, s. 381-385. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2016.06.010.
34 Schwanck vd. (2017). “A 125-year record of climate and chemistry variability at the Pine Island Glacier ice divide, Antarctica.” The Cryosphere, Cilt 11, Sayı 4, s. 1537-1552. https://doi.org/10.5194/tc-11-1537-2017.
35 Bohleber, P., Roman, M., Sala, M., ve Barbante, C. (2020). “Imaging the impurity distribution in glacier ice cores with LA-ICP-MS.” Journal of Analytical Atomic Spectrometry, Cilt 35, Sayı 10, s. 2204-2212.
36 Zelano, Isabella, vd. (2017). “Element variability in lacustrine systems of Terra Nova Bay (Antarctica) and concentration evolution in surface waters.” Chemosphere, Cilt 180, s. 343-355.
37 Ohno, H., Igarashi, M., ve Hondoh, T. (2005). “Salt inclusions in polar ice core: Location and chemical form of water-soluble impurities.” Earth and Planetary Science Letters, Cilt 232, Sayı 1-2, s. 171-178. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2005.01.001.
38 Sakurai, T., Ohno, H., Motoyama, H., ve Uchida, T. (2016). “Micro-droplets containing sulfate in the Dome Fuji deep ice core, Antarctica: findings using micro-Raman spectroscopy.” Journal of Raman Spectroscopy, Cilt 48, Sayı 3, s. 448-452. https://doi.org/10.1002/jrs.5040.
39 Elif Genceli, F., Horikawa, S., Iizuka, Y., Sakurai, T., Hondoh, T., Kawamura, T., ve Witkamp, G. (2009). “Meridianiite detected in ice.” Journal of Glaciology, Cilt 55, Sayı 189, s. 117-122. https://doi.org/10.3189/002214309788608921.
40 Güner, F. E. G., Sakurai, T., ve Hondoh, T. (2013). “Ernstburkeite, Mg (CH3SO3)2·12H2O, a new mineral from Antarctica.” European Journal of Mineralogy, Cilt 25, Sayı 1, s. 78-83. [https://doi.org/10.1127/0935- 1221/2013/0025-2257] (https://doi.org/10.1127/0935- 1221/2013/0025-2257).
