Cold figures of an ice story that is one million years old

A new study has made it possible to put figures on a number of theories for the way the ice sheet in West Greenland has developed over the last million years. This provides renewed insight and understanding of the ice movements and mountain erosion, giving specific substance to several key theories. Behind the new discovery is a young PhD student, who has had her first scientific article published in Nature Communications.

2017.01.30 | Rasmus Rørbæk Christensen

Part of Astrid Strunk’s work takes quite a hands-on approach. Here she is collecting samples in North-East Greenland, using a paving saw carried in a child seat on her back. The rock samples are measured for the concentration of cosmogenic nuclides to find out about the distribution of the ice sheet. (Photo: Nicolaj K. Larsen)

Little is known about the movements of the Greenland ice sheets during the last million years, and thereby the impact of the ice and dramatic climate change on the erosion of the landscape during this period. A large part of the landscape in the northern hemisphere is created by ice movements, but there is virtually no specific knowledge regarding what happened before the last Ice Age set in. There is no form of quantification that can tell us why West Greenland looks the way it does.

Read more (in Danish only) below. For contact details in English, go to the bottom of the page.

Ikke hidtil, i hvert fald. For et nyt studie, med en ung ph.d.-studerende i spidsen, har netop offentliggjort et helt nyt redskab, der kan give syn for sagn og understøtte nogle af de mest centrale teorier om, hvordan isen kan påvirke landskabet. Gruppen har haft succes med at sætte tal på, hvorfor fjeldene og de dybe fjorde ser ud, som de gør, ved at udvikle en statistisk model, der gør det muligt at rejse tilbage i tiden gennem utallige istider og mellemistider.

”Kort fortalt handler det om indlandsisens historie igennem den sidste én million år. Det er lykkedes os at sætte tal på, i hvilke perioder, der har været isdække eller isfrit i det vestlige Grønland. Samtidig har vi regnet ud, hvor meget isen “skraber af”, når den eroderer landskabet igennem en hel million år.

Det er første gang nogensinde, at det er lykkedes at skabe en model, der med udgangspunkt i indsamlede grundfjeldsprøver, giver os et reelt billede af isdækkets fluktuationer og den der af følgende erosion af fjeldene,” siger Astrid Strunk, ph.d.-studerende ved Institut for Geoscience, og førsteforfatter til artiklen, der netop er publiceret af Nature Communications.

Supernovaer giver ledetråde
Indlandsisen er aftaget og vokset mange gange igennem den sidste million år, og har på den måde formet det landskab, vi ser i dag.

Udfordringen er, at den sidste istid har udvisket næsten alle spor af, hvad der kom før dén, så man ikke kan tage prøver og få konkret viden om isens bevægelser. I runde tal kender man til de sidste ca. 100.000 år gennem bl.a. iskerneboringer og andre geologiske observationer, men ældre istiders fortællinger er eroderet væk fra jordens overflade for længe siden. Men Astrid Strunk og gruppen kiggede mod stjernerne, og fandt en anden måde at skaffe informationer:

”Vi er under kontant beskydning af såkaldte kosmogene partikler. Det er atomkerner med høj energi, der dannes i supernovaer, og som gennem æonerne har ”bombarderet” jordens overflade. Dette bombardement skaber helt særlige nuklider, som ophobes gennem tiden og henfalder igen. Ved at måle på koncentrationen af dem og regne på hvor hurtigt, de ophobes, kan vi lave en model for isens og landskabets udvikling igennem lang tid” forklarer Astrid Strunk.

Tanken er, at grundfjeldet bombarderes af disse rum-partikler, så længe det ligger frit blottet, men at iskappen afskærmer grundfjeldet for bombardementet. Gruppen bruger koncentrationer af forskellige typer kosmogene nuklider, og kombinerer de data med viden om klimaet tilbage i tiden, og voila: så kan det regnes ud, hvornår isen har dækket bestemte områder, eller er smeltet væk.

En anden ting studiet har muliggjort, er at bestemme de forskellige hastigheder, hvormed grundfjeldet er eroderet gennem tiden; hvor meget isen ’skraber af’,  når den eroderer landskabet. For at kunne udregne isens bevægelser og samtidig dens erosion af grundfjeldet, har det været nødvendigt at bringe to forskellige typer kosmogene nuklider i spil; Berylium-10 og Aluminium-26. De to isotoper har den glimrende egenskab overfor hinanden, at deres livcyklus er ganske forskellig, så forholdet mellem dem røber landskabets historie.

Denne historie har forskerne regnet sig frem til ved at opbygge en ny matematisk model, som de anvendte på i alt 49 prøver fra Vestgrønland. For hver prøve har modellen afprøvet 200.000 mulige scenarier og fundet frem til den mest sandsynlige landskabsudvikling.

”Populært sagt, så danner det for første gang talmæssigt grundlag under teorierne for dannelsen af den Vestgrønlandske topografi. Det har ikke før været muligt at skabe det overblik, da erosionen af åbenlyse grunde har taget ’beviserne’ med sig, når isen har trukket sig tilbage. Men nu kan vi sætte tal på erosionen gennem den sidste million år, og også påvise forskellighederne på erosionens styrke afhængigt af, hvor højt man er oppe. Det er ganske interessant at se, hvordan erosionen højt oppe går væsentligt langsommere end nede i dalene, hvilket kan give et nyt indblik i landskabets dannelse,” siger Astrid Strunk.

Et andet vigtigt indblik er, at forskerne nu har sat tal på, hvor meget af tiden, Vestgrønland har været dækket af is, forklarer den ph.d.-studerende:

”De områder, der i dag er isfri, er ikke et geologisk særsyn. Vi kan påvise, at de nuværende isfri områder har været isfri i ca. 55% af den sidste million år – og at man ser endnu mindre isdække jo højere, man kommer op. Det indikerer, at indlandsisen i Vestgrønland meget af tiden har været på størrelse med det, vi ser nu – eller endda mindre.”

1:1
Det er den første gang, at Astrid Strunk får optaget en videnskabelig artikel i et tidsskrift – men ikke nok med det: det er også hendes debut i som førsteforfatter på en videnskabelig artikel overhovedet i løbet af sin ph.d.

Det er lidt af et særsyn, at en ph.d.-studerende optræder som førsteforfatter på en videnskabelig artikel i et så velanset tidsskrift, men at det endda sker med den første er ganske ud over det sædvanlige:

”Jeg synes, det er helt vildt spændende at arbejde et krydsfelt, hvor vi kombinerer geologisk, målbart information, med de her fantastisk kraftfulde computermodeller, der kan inkorporere de mange faktorer, der spiller ind, når vi snakker indlandsis og landskabsudvikling gennem lang tid. Men det er nok ikke helt sunket ind for mig endnu, at Nature Communications har optaget min artikel.

Jeg har undervejs haft det sådan, at jeg lige skulle knibe mig i armen, og ikke turde tro på det, inden jeg så artiklen på deres hjemmeside. Jeg håber at kunne fortsætte med at kombinere de her ellers lidt opdelte discipliner – altså information baseret på prøver fra feltarbejde puttet ind i store computermodeller. Det er i hvert fald min ambition at knokle på og anvende forskellige værktøjer til at skabe ny viden om indlandsisens historie,” siger en stolt Astrid Strunk.

Read the scientific text here (download PDF file).

For more information, please contact
PhD student Astrid Strunk
Department of Geoscience
Aarhus University
+45 2162 5245
astrid@geo.au.dk

Science and Technology, Public / media, PhD Students, Students