Renato Spahni 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

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

Methanquellen Houweling et al. (1999)

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)

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

Treibhausgase im Holozän Flückiger et al. (2002)

Kaltereigniss vor 8200 Jahren

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

Kaltereigniss vor 8200 Jahren Leuenberger et al. (1999)

Kaltereigniss vor 8200 Jahren

Stenni et al. (2001)

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

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

Profil der geschlossenen Porosität

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)

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

Dichteprofil für GRIP und Dome C

Tortuosität von verschiedenen Bohrorten

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

Modellparameter für die Zeitperiode von 9000 bis 7000 Jahren vor Heute

Diffusion und Blasenabschluss

CH 4 Altersverteilung in den Blasen von Eisbohrkernen

Modellierte CH 4 Schwankung 8200 Jahre vor Heute

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

Vergleich zwischen Modell und Messung

Signalverzögerung und Dämpfung in Eisbohrkernen

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

Tortuosity of various sites

Kaplan, GRL 2001