Renato Spahni Klima- und Umweltphysik Physikalisches Institut Universität Bern The attenuation of fast atmospheric trace gas variations.

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1 Renato Spahni spahni@climate.unibe.ch Klima- und Umweltphysik Physikalisches Institut Universität Bern The attenuation of fast atmospheric trace gas variations as recorded in polar ice cores: A case study for the CH 4 concentration change 8200 years ago Thanks to:J. Schwander J. Flückiger B. Stauffer

2 1. Einleitung 2. CH 4 Messungen zum Kalterreigniss 8200 Jahre vor Heute 3. Gaseinschluss im Eis 4. Diffusions- und Einschlussmodel 5. Dämpfung von schnellen CH 4 Schwankungen 6. Schlussfolgerungen

3 Methanquellen Houweling et al. (1999)

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5 Fakten über Methan (CH 4 ) Hauptquellen sind Feuchtgebiete Hauptquellen befinden sich in der Nordhemisphäre Global gleichverteilte CH 4 -Senke durch Reaktionen mit OH in der Troposphäre Interhemisphärische CH 4 - Differenz Atmosphärische Lebenszeit im Holozän: 9.9 yr Interhemisphärische Austauschzeit: ~1 yr Chappellaz et al. (1997), IPCC (2001)

6 Bohrorte: Grönland und Antarktis -31°C, 20.9 cm(H 2 O)/yr -54°C, 2.7 cm(H 2 O)/yr

7 Treibhausgase im Holozän Flückiger et al. (2002)

8 Kaltereigniss vor 8200 Jahren

9 Blunier et al. (1995), Chappellaz et al. (1997)

10 Kaltereigniss vor 8200 Jahren Leuenberger et al. (1999)

11 Kaltereigniss vor 8200 Jahren

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13 Stenni et al. (2001)

14 Gaseinschluss 1. Mischungsprozess in Firnluft Konvektion nahe der Oberfläche - Wind - Druckschwankungen Molekulare Diffusion - Konzentrationsgradienten - Gravitationsfeld - Temperaturgradienten 2. Bubble close off process Firnverdichtung - Neuanordnung - plastische Deformation - Neubildung durch Wasserdampfdiffusion von Eiskristallen

15 C: Concentration t: Time D: Diffusion coefficient z: Depth below surface m: Mass of gas molecule g: Acceleration of gravity k: Boltzman constant T: Mean Temperature T : Thermal diffusion factor Mischung durch molekulare Diffusion

16 Profil der geschlossenen Porosität

17 s:Total porosity s c :Closed porosty s o :Open porosity (z):Density at depth z co :Close off density ice :Pure ice density Porositätsprofile Schwander (1989)

18 Diffusions- und Einschlussmodell Firndiffusionsmodel von J. Schwander 1-dimensionales Boxmodel Die oberen 110m des Eisschildes sind durch 2000 Boxen repräsentiert Dichteprofil nach dem empirischen Model von Herron and Langway (1980) Diffusion wird mit der Crank-Nicholson Methode berechnet Profil der Diffusionskoeffizienten ist parametrisiert Vereinfachung:- keine Konvektionszone - keine kleinräumigen Dichteschwankungen Modellanpassung Blasenabschluss nach dem Profil der geschlossenen Porosität

19 Dichteprofil für GRIP und Dome C

20 Tortuosität von verschiedenen Bohrorten

21 Modellierung der Zusammensetzung der Dome C Firnluft = 0.90, = 2.5, co = 836 kg/m 3

22 Modellparameter für die Zeitperiode von 9000 bis 7000 Jahren vor Heute

23 Diffusion und Blasenabschluss

24 CH 4 Altersverteilung in den Blasen von Eisbohrkernen

25 Modellierte CH 4 Schwankung 8200 Jahre vor Heute

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28 - 41 % - 89 % - 100 % Modellierte CH 4 Schwankung 8200 Jahre vor Heute

29 Vergleich zwischen Modell und Messung

30 Signalverzögerung und Dämpfung in Eisbohrkernen

31 Schlussfolgerungen Schnelle atmosphärische CH 4 -Schwankungen sind gedämpft festgehalten in polaren Bohrkernen, mit einem Dämpfungsfaktor von 41% für Dome C für das Kaltereignis vor 8200 Jahren Die Dämpfung wird mit einem Diffusions- und Einschlussmodel berechnet und stimmt gut mit den CH 4 Messungen überein Die CH 4 -Altersverteilung in den Blasen des Dome C Eisbohrkerns ist 7 mal breiter als im GRIP Eisbohrkern Für kalte Bohrorte mit kleiner Akkumulationsrate (Dome C) ist die Breite der Altersverteilung bestimmt durch den Blasenabschlussprozess, hingegen für warme Gebiete mit hoher Akumulationsrate (GRIP) ist der Diffusionsprozess für die Breite der Altersverteilung ebenso wichtig

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33 Tortuosity of various sites

34 Kaplan, GRL 2001

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