Antarctische gletsjers registreren miljoenen jaren van de klimaatverandering en de samenstelling van de atmosfeer op aarde, en het analyseren ervan is cruciaal voor het begrijpen van vroegere omgevingen en het ontwikkelen van antwoorden op de huidige klimaatcrisis.
Antarctische gletsjers bewaren op levendige wijze fundamentele gegevens over vroegere veranderingen in de atmosferische samenstelling en temperatuur van de aarde. Ze bevatten miljoenen jaren geschiedenis van de aarde in lagen en fungeren als een tijdcapsule voor wetenschappers. Elke laag van de gletsjer registreert de atmosferische en klimatologische omstandigheden ten tijde van de sneeuwval, wat essentiële gegevens oplevert voor het bestuderen van de mondiale veranderingen in het milieu. Door gletsjers te analyseren verkrijgen wetenschappers belangrijke informatie over de opwarming van de aarde en andere problemen waarmee de planeet wordt geconfronteerd. Vooral het analyseren van de atmosferische samenstelling uit het verleden helpt ons de huidige klimaatverandering te begrijpen en de nauwkeurigheid van toekomstige voorspellingsmodellen te verbeteren.
De sneeuw op het oppervlak van Antarctica wordt dieper en dieper begraven naarmate deze bedekt wordt door de aanhoudende sneeuwval, en de dichtheid van de sneeuw neemt geleidelijk toe. Op een bepaalde diepte zorgt de druk van de sneeuw erboven ervoor dat de sneeuw eronder in ijs verandert. De lucht tussen de sneeuwdeeltjes raakt gevangen in het ijs, en naarmate het ijs dikker wordt en de druk uitgeoefend door het ijs erboven toeneemt, wordt clathraathydraat gevormd. Clathraathydraten zijn kristallen die gassen met een klein molecuulgewicht bevatten, zoals methaan, kooldioxide en stikstof in de holtes die ontstaan door de binding van watermoleculen onder omstandigheden van hoge druk en lage temperatuur. De belletjes in deze kristallen hebben dezelfde gassamenstelling als de atmosfeer op dat moment. Wanneer het ijs met de bellen wordt geboord en gesmolten, verandert het terug naar de oorspronkelijke staat en wordt de gassamenstelling geanalyseerd met behulp van nauwkeurige instrumenten zoals gaschromatografie. Dit proces kan de samenstelling en concentratie van de atmosfeer van de aarde in het verleden onthullen, zoals koolstofdioxide en methaan.
Lucht die vastzit in gletsjers vertelt ons niet alleen over de samenstelling van de atmosfeer, maar biedt ook belangrijke aanwijzingen over het ecosysteem van de aarde. Veranderingen in de concentratie van bepaalde gassen kunnen bijvoorbeeld de gevolgen van natuurrampen weerspiegelen, zoals veranderingen in de vegetatie, vulkaanuitbarstingen of grote bosbranden. Als zodanig bevatten gletsjers een uitgebreid overzicht van het mondiale milieu van die tijd.
De atmosferische samenstelling van luchtbellen in gletsjerijs kan ons echter slechts zoveel vertellen over de temperatuur op dat moment. Een gebruikelijke manier om temperaturen in het verleden te onderzoeken, is door te kijken naar de isotopensamenstelling van zuurstof of waterstof in de watermoleculen waaruit gletsjers bestaan. Isotopen zijn elementen met hetzelfde atoomnummer maar verschillende atoomgewichten, zoals zuurstof (16O), dat een atoomgewicht van 16 heeft, en zuurstof (18O), die een atoomgewicht van 18 heeft. Het zuurstofisotoopverbruik (18O/16O ) van watermoleculen in Antarctische gletsjers neemt toe of af als reactie op temperatuurveranderingen op het moment van sneeuwval, met een duidelijk verschil tussen zomer en winter, en een jaarlijkse cyclus. De huidige experimenten laten zien dat de toename of afname van het verbruik van zuurstofisotopen vrijwel recht evenredig is met temperatuurverandering. Deze relatie kan worden toegepast om de temperatuur te bepalen op het moment dat de gletsjers werden gevormd.
Recente onderzoeken naar gletsjers hebben aangetoond dat niet alleen het isotopische zuurstofverbruik, maar ook veranderingen in de concentratie van kooldioxide of methaan nauw verband houden met temperatuurveranderingen. Veranderingen in de concentraties van kooldioxide en methaan die door gletsjerboringen worden aangetroffen, onthullen bijvoorbeeld duidelijk de impact van schommelingen in de concentraties van broeikasgassen in de atmosfeer op de temperatuur. Het is gebleken dat toenemende concentraties van deze gassen de temperatuur verhogen, en omgekeerd blijkt dat afnemende concentraties de temperatuur verlagen. Vergeleken met de historische variaties in kooldioxide- en methaanconcentraties die we kennen van gletsjers, laten de huidige concentraties een zorgwekkende opwaartse trend zien. Dit is een belangrijk bewijsstuk dat ons meer bewust maakt van de impact van menselijke activiteiten op de klimaatverandering in de moderne wereld. Op basis van deze gegevens waarschuwen wetenschappers dat we dringend actie moeten ondernemen om de huidige klimaatcrisis aan te pakken.
