Krypton-81 Methode Maakt Miljoenenjaren Dating van 1-kg Antartische IJsmonsters Mogelijk

Een team geleid door Prof. Zheng Tianlu en Prof. Wei Jiang van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) heeft een nieuwe techniek ontwikkeld, bekend als All-Optical Atom Trap Trace Analysis.

In samenwerking met Amerikaanse glaciale wetenschappers hebben ze met deze methode succesvol krypton-81-datingen uitgevoerd op monsters van 1 kilogram oud Antarctisch ijs. Deze vooruitgang biedt een krachtig nieuw hulpmiddel voor het bestuderen van paleoklimatologische veranderingen over miljoenen jaren. De bevindingen zijn gepubliceerd in Nature Communications.

Diepe ijskernen die uit het Antarctische continent en de Groenlandse ijskap zijn geboord—vaak enkele kilometers diep—dienen als onschatbare archieven van het verleden van de aarde, inclusief klimaat- en ijskap-evolutie. Het basale ijs aan de onderkant van deze kernen kan records van belangrijke klimatologische transities bewaren, maar het nauwkeurig dateren van dit ijs is al lange tijd een uitdaging door stratigrafische verstoringen.

Krypton-81, een zeldzame radioactieve isotoop, is een ideaal tracermateriaal voor het dateren van ijs. Echter, in elke kilogram oud ijs zijn slechts enkele honderden krypton-81-atomen aanwezig, wat hun detectie tot een extreme technische uitdaging maakt.

Om dit probleem aan te pakken heeft het USTC-team in 2021 een all-optische detectietechniek voor enkele atomen ontwikkeld. In de afgelopen vier jaar heeft het team de methode verder geavanceerd om te kunnen omgaan met echte ijskernmonsters.

Door een hoogheldere, smalbandige vacuüm-ultraviolet lichtbron te ontwikkelen, konden ze metastabiele krypton-atomen efficiënt produceren en de monsterkruiscontaminatie met twee ordes van grootte verminderen—terwijl ze tegelijkertijd niet-destructieve metingen mogelijk maakten.

Deze doorbraak vermindert de benodigde monsteromvang tot slechts 100 nanoliter kryptongas (gelijk aan ongeveer 1 kg ijs) en verlengt de bovenste dateringlimiet tot 1,5 miljoen jaar.

Met deze technologie heeft het USTC-team samengewerkt met glaciale wetenschappers, waaronder Professor Michael Bender en Dr. Sarah Shackleton van de Princeton Universiteit, om twee 1-kg ijmonsters van de Taylor-gletsjer in Antarctica te dateren. De resultaten—ongeveer 130.000 jaar oud—komen nauw overeen met de onafhankelijk vastgestelde ijsstratigrafie, wat de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van krypton-81-dating bevestigt.

Dit werk maakt krypton-81-dating haalbaar voor kleine ijskernmonsters. Het USTC-team werkt nu samen met glaciale wetenschappers, zowel in China als in het buitenland, om de methode systematisch toe te passen op basaal ijs van Groenland, Antarctica en het Tibetaans Plateau.

De nieuwe dateringsaanpak opent spannende onderzoeksmogelijkheden voor het onderzoeken van de stabiliteit van de Groenlandse ijskap, de ontwikkelingstijdlijn van Tibetaanse gletsjers en het identificeren van oud ijs dat de Mid-Pleistocene Overgang beslaat—en bevordert zowel de glaciologie als de paleoklimatologie.

Deze prestatie markeert een succesvolle samenwerking tussen Chinese natuurkundigen en Amerikaanse aardwetenschappers, waarbij expertise in kwantumfysica en glaciologie wordt verenigd om de wereldwijde klimaatwetenschap vooruit te helpen.