KIP-Veröffentlichungen

Gletschereis speichert eine einzigartige Bandbreite an historischen Umweltsignalen und dient daher als wertvolles Archiv für die Klimageschichte der Erde. Um diesem Datenschatz jedoch vollständig nutzen zu können, ist die Kenntnis der Altersverteilung des Eises von großer Bedeutung. Radiometrische Datierungsmethoden sind eine wichtige Ergänzung zu traditionellen Altersbestimmungstechniken wie der Zählung von Jahresschichten, insbesondere wenn diese aufgrund von diskontinuierlicher Schichtung versagen. Das Ziel dieser Dissertation ist es, den 39Ar-Tracer als ausgereifte Methode zur Datierung von Gletschereis zu etablieren. Der Fortschritt der atom-optischen Atom Trap Trace Analysis (ATTA)-Technologie für 39Ar-Messungen hat zu einer erheblichen Reduktion der benötigten Probenmengen geführt, sodass Gletschereis nun routinemäßig auf diesen Spurenstoff hin untersucht werden kann. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit war die Optimierung des ATTA-Labors in Heidelberg, mit dem Ziel höhere Atomzählraten zu erreichen und damit qualitativ hochwertige Messungen mit nachhaltig hohem Probendurchsatz zu ermöglichen. Darüber hinaus werden in dieser Dissertation zwei Studien über alpine Gletscher vorgestellt: ein 6000 Jahre zurückreichender, kontinuierlicher Datensatz vom Gipfelgletscher der Weißseespitze, sowie ein Datensatz vom deutlich jüngeren, niedrig gelegenen und stark variierenden Jamtalferner. In beiden Untersuchungen werden 39Ar-Altersdaten um die Altersbestimmung mittels Radiokohlenstoff oder Tritium ergänzt, wodurch die Bedeutung von 39Ar für die Abdeckung des gesamten Altersspektrums alpiner Gletscher hervorgehoben wird. Die spezifischen Anforderungen der 39Ar-Altersdatierungsmethode werden herausgearbeitet, indem verschiedene Techniken bei der Probennahme und -aufbereitung miteinander vergleichen werden. Durch Bestimmung der 39Ar-Gehalte in einem lang gelagerten Eisbohrkern, konnte die Diffusion von Argon in Eis quantifiziert und so gezeigt werden, dass die Kontamination durch diesen Prozess für Lagerzeiten von einigen Jahrzehnten vernachlässigbar ist. Zu guter Letzt wurde ein neues Gasextraktionssystem entwickelt, getestet und auf einen antarktischen Eisbohrkern angewendet, um 39Ar sowie die ebenfalls gasförmigen Datierungstracer 81Kr und 85Kr besser für die Altersdatierung von Eis nutzbar zu machen. Dieses System ermöglicht die Gasextraktion aus der bisher ungenutzten Überlaufleitung eines Continuous Flow Analysis Systems.

Glacier ice stores a unique range of past environmental signals and therefore serves as an invaluable archive of Earth’s climatic history. However, to fully exploit this archive, the knowledge of the age distribution of the ice is key. Radiometric dating methods are an important addition to traditional age dating techniques like annual layer counting, especially when these fail due to discontinuities in the record. This thesis aims to establish the 39Ar dating tracer as a well-understood tool for dating glacier ice. The advent of the atom-optical Atom Trap Trace Analysis (ATTA) technology for 39Ar measurements has been associated with a significant reduction of required sample sizes and the tracer can therefore now routinely be applied to glacier ice. As a major part of this thesis, the ATTA laboratory in Heidelberg was improved to deliver higher atom count rates for high-quality measurements with large long-term sample throughput. Furthermore, two studies on Alpine glaciers are presented in this thesis, the summit glacier of Weissseespitze, where part of a 6000 a continuous record was dated, and the Jamtalferner, which is a much younger, highly variable low-altitude glacier. In both campaigns, 39Ar ages are complemented by other tracer ages from radiocarbon or tritium, emphasizing the importance of this tracer in covering the full age range found in Alpine glaciers. The specific requirements for the application of 39Ar dating to glacier ice are investigated by comparing different ice sampling and sample preparation techniques. Additionally, the diffusion of argon in ice is quantified by 39Ar measurements on a long-stored ice core, showing the negligibility of contamination via this pathway for storage times below several decades. Finally, to make 39Ar, and also the gaseous dating tracers 81Kr and 85Kr, more conveniently applicable to ice dating, a new gas extraction system was designed, tested and applied to an Antarctic ice core. It enables the gas extraction from the otherwise unused waste line of a continuous flow analysis.