Blasenverteilungen als Marker für Deformation in polarem Eis

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Johannes Freitag; Professorin Dr. Claudia Redenbach
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274978142

Polare Eiskerne weisen typischerweise ein System isolierter Luftblasen auf. Die Analyse der darin eingeschlossenen Luft liefert wertvolle Hinweise über die Zusammensetzung der Atmosphäre in der Vergangenheit. Eine vollständige Interpretation dieser Daten wird jedoch durch das Fehlen absoluter Datierungsmethoden erschwert. Weder das Alter des Eises noch das der eingeschlossenen Luft können bislang direkt bestimmt werden. Daher erfolgt die Datierung mittels modellbasierter Ansätze. Ein wesentlicher Eingangsparameter für diese Modelle ist die kumulierte Deformation des Eises, die jedoch ebenfalls nicht direkt messbar ist. Im beantragten Projekt sollen die Zentrumskoordinaten der Luftblasen als Marker für die Deformation verwendet werden.Das Hauptziel besteht in der Entwicklung einer Methode zur Schätzung von Deformationsparametern aus dem Punktmuster der Blasenzentren. Zu diesem Zweck werden in unserer interdisziplinären Arbeitsgruppe Ansätze aus der Glaziologie mit solchen aus der Punktprozessstatistik kombiniert.Die Zentrumskoordinaten der Luftblasen werden aus computertomografischen Aufnahmen der Eiskerne extrahiert. Dabei werden sowohl verschiedene Eiskerne (EDC, EDML, Renland) als auch Proben aus verschiedene Tiefen betrachtet. Unsere Analysen basieren auf der Annahme, dass die Deformation des Eises eine Anisotropie in der Anordnung der Blasenzentren induziert. Die Hauptachsen und der Grad der Anisotropie geben daher Aufschluss über Richtung und Stärke der Deformation. Obwohl die Punktprozessstatistik ein sehr aktives Forschungsgebiet ist, sind bislang keine ausreichend allgemeinen Methoden zur Anisotropieanalyse dreidimensionaler Punktmuster verfügbar. Daher erfordert die Lösung der in diesem Projekt gestellten glaziologischen Probleme eine Weiterentwicklung auf dem Gebiet der räumlichen Statistik. Insbesondere müssen Methoden zur Schätzung von Vorzugsrichtungen und Deformationsparametern in dreidimensionalen Punktprozessen entwickelt werden. Dabei ist zu beachten, dass das Eis Störblasen enthält, die durch Relaxation des Eises gebildet werden, und keine Information über die Deformation beinhalten. Mit Hilfe der geschätzten Deformationsparameter sollen glaziologische Modelle zur Vorhersage von Deformationsparametern sowie zur Datierung des Eises validiert und verbessert werden. Die Bestimmung der kumulierten Deformation im Eis ermöglicht zudem, den Einfluss der Mikrostruktureigenschaften (Korngröße, Kornorientierung, Spurenstoffkonzentration) auf die Deformation des Eises abzuschätzen. Die Messung am Blaseneis des Renlandkerns wird erstmals Aufschlüsse über die Deformation in Nähe des Untergrundes einer Eiskappe liefern können.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1158: Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten
• Internationaler Bezug: Schweden
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Aila Särkkä