Credito:Università di Copenaghen
Magro, strati brunastri di uno spessore di circa un millimetro o due sono talvolta osservati nelle carote di ghiaccio biancastre/trasparenti. Questi strati marroni sono costituiti da materiale proveniente da eruzioni vulcaniche.
Durante un'eruzione vulcanica, gas, lava, rocce, e minuscole particelle di cenere vengono espulse nell'atmosfera. Le particelle più piccole sono trasportate dal vento e trasportate con le masse d'aria, fino a quando le particelle non cadono e coprono la superficie terrestre o ghiacciata con una sottile coltre di materiale vulcanico. La cenere che è atterrata sulla calotta glaciale della Groenlandia migliaia di anni fa è oggi sepolta sotto enormi quantità di ghiaccio e può essere recuperata solo perforando lunghe carote di ghiaccio.
Molte delle particelle di cenere nei nuclei di ghiaccio sono troppo piccole per essere visibili ad occhio nudo. Molto spesso le particelle sono solo un decimo o un centesimo di millimetro. Solo quando in uno strato è presente un'enorme quantità di particelle di cenere, lo strato sarà visibile nel nucleo di ghiaccio come una sottile banda marrone, ma la maggior parte degli strati vulcanici nelle carote di ghiaccio sono invisibili a causa della piccola quantità di frammenti di cenere. La ricerca di questi strati di cenere in un nucleo di ghiaccio lungo tre chilometri può sembrare un compito impossibile. Tuttavia, questo è ciò che fanno i ricercatori del Center for Ice and Climate.
Uno degli strati di cenere più distinti nelle carote di ghiaccio della Groenlandia è visibile a destra di questo pezzo di carota di ghiaccio lungo 55 cm. È il 55, Strato di frassino di 500 anni Z2, che si ritiene provenga da un'enorme eruzione in Islanda. Gli stessi strati di cenere si trovano anche in molti nuclei di sedimenti della regione del Nord Atlantico, quindi lo strato è un importante orizzonte di riferimento che viene utilizzato per collegare le carote di ghiaccio con altre carote di sedimenti provenienti da altri archivi del clima passato. Credito:Università di Copenaghen
Gli strati di cenere vulcanica possono essere utilizzati come importanti orizzonti di riferimento che possono collegare diverse carote di ghiaccio e altri archivi del clima passato. La cenere vulcanica contiene anche un'impronta chimica che permette di risalire da quale vulcano ha origine la cenere, e talvolta anche quale eruzione di un particolare vulcano ne fu la fonte. È questa proprietà che incoraggia i ricercatori a cercare le minuscole particelle di cenere nascoste nei lunghi nuclei di ghiaccio.
Identificazione e analisi delle ceneri vulcaniche
Può sembrare un compito impossibile trovare gli strati invisibili di cenere in un nucleo di ghiaccio lungo tre chilometri, costituito da circa 20 tonnellate di ghiaccio. Per fortuna, qualche aiuto è a portata di mano. A seguito di un'eruzione vulcanica, la precipitazione è spesso leggermente acida per la presenza di acido solforico che deriva dalla conversione dei gas solforici vulcanici nell'atmosfera. Le concentrazioni di acido relativamente elevate portano ad un'elevata conduttività elettrica del ghiaccio. È veloce e relativamente facile misurare la conducibilità elettrica del ghiaccio, e i picchi acidi nel profilo misurato possono essere usati come guide per dove si nascondono le minuscole particelle di cenere. I campioni di ghiaccio vengono solitamente tagliati intorno al punto in cui si trovano i picchi acidi, ma purtroppo non c'è alcuna garanzia che la cenere sia presente, quindi i campioni devono essere analizzati con molta attenzione.
Un'immagine al microscopio a scansione elettronica di un campione di cenere da un 55, Strato di cenere di 500 anni nel nucleo di ghiaccio NGRIP. I frammenti di cenere sono i pezzi più grandi che sembrano vetri rotti. I colori non sono veri. La barra bianca in basso a sinistra rappresenta 1/10 mm. Credito:Università di Copenaghen
I campioni di ghiaccio vengono sciolti e centrifugati per eliminare l'acqua e trattenere la piccola quantità di particelle di impurità dal ghiaccio. La maggior parte del materiale è polvere trasportata dal vento o sabbia a grana fine, spesso provenienti dai deserti dell'Asia. Se sono presenti frammenti di cenere, questi possono essere identificati visivamente in un normale microscopio ottico o in un microscopio a scansione elettronica.
Un frammento di cenere può essere spesso identificato dal suo aspetto vitreo e brillante, la sua forma particolare e la sua trasparenza. Le particelle sono normalmente incolori o leggermente rosate o brunastre, a seconda della composizione chimica.
Dopo l'identificazione di uno strato di cenere, l'analisi chimica può iniziare utilizzando una microsonda elettronica. Questo strumento funziona sparando un fascio di elettroni sulla particella di cenere indagata. La composizione chimica dei frammenti può essere dedotta dalle lunghezze d'onda dei raggi X emessi dal campione. Risultati chimici di buona qualità richiedono che i campioni siano preparati bene prima dell'analisi. Questo processo è molto laborioso. Tutti i frammenti da analizzare devono avere una superficie piana e liscia e devono essere allo stesso livello rispetto al cannone elettronico nella microsonda. Un modo per farlo è montare i frammenti in una resina (epossidica) su un vetrino e quindi lucidare il campione con polvere di diamante a grana fine. La superficie del campione viene lentamente rimossa e lucidata dalla polvere di diamante duro. Si fa attenzione a non lucidare via tutti i preziosi frammenti. Durante la lucidatura, un microscopio viene utilizzato per verificare se la superficie del frammento è piatta e liscia.
Una volta determinata la composizione chimica dei frammenti, i risultati vengono confrontati con i risultati dell'analisi di frammenti simili in altre carote di ghiaccio o sedimento o con la composizione delle ceneri trovate in situ presso il vulcano responsabile dell'eruzione.
