Krig og Klima – historien om iskerneforskningen i Grønland

Publiceret Juli 2007

For godt et halvt år siden, den 1. marts 2007, begyndte det Internationale Polarår, der varer frem til marts 2009. Polaråret er en omfattende, international forskningsindsats med særlig fokus på polarområdernes betydning for klima og miljø. Flere end 1000 forskningsprojekter planlægges gennemført under Polaråret, og danske forskere er involveret i adskillig af disse, og særligt i Grønland er der en stor, dansk indsats.

Et af de dansk-ledede projekter, der foregår i Grønland, er et iskerneboreprojekt, hvor forskerne håber på at udbore is, der er mere end 135.000 år gammelt. Dermed vil man få en iskerne, der dækker hele den forrige mellemistid, Eem-tiden, der fandt sted for ca. 115.000 til 130.000 år siden. Under Eem var der i Grønland ca. 5 grader varmere end i dag, og derfor repræsenterer iskernen et klima svarende til, hvad vi måske kan forvente inden for de nærmeste århundreder. Samtidig kan vi i de grønlandske iskerner følge klimaforandringerne i stor detalje, fra år til år. En kerne, der rækker tilbage i Eem-tiden, kan således fortælle os, hvordan et mildt mellemistidsklima, som det vi har nu, kan afløses af en istid, og om det foregår som en langsom, glidende overgang, eller er forbundet med pludselige og drastiske klimaændringer. Derfor indeholder iskernerne information, der er vigtig for forståelsen af de aktuelle klimaforandringer.

Danske forskere står i spidsen for den nye iskerneboring, og det er ikke noget tilfælde. Danmark har historisk set været førende inden for iskerneforskningen, og det var tilbage i 1950’erne en dansk forsker, Willi Dansgaard, der fik ideen til klimastudier af den grønlandske indlandsis.

Et nyt instrument

Willi Dansgaard blev i 1950 ansat ved Københavns Universitets Biofysiske Laboratorium, hvorfra han også var blevet kandidat i 1947. Dansgaard blev ansat til at opsætte et nyt massespektrometer, som det Biofysiske Laboratorium havde fået som en del af statens økonomiske saltvandsindsprøjtning til forskning efter krigen. Med et massespektrometer kan man skelne molekyler med forskellig vægt fra hinanden i en given prøve, f.eks. forskellige ilt­isotoper i et stykke is. Hensigten med det nye instrument havde dog i første omgang intet med is at gøre, men var at anvende den nye teknik inden for biologisk og medicinsk forskning. Det viste sig dog, at metoden ikke havde det store potentiale inden for netop disse forskningsområder, og behovet for massespektrometriske analyser var i hvert fald ikke til stede på daværende tidspunkt. Dansgaard stod derfor med et moderne og avanceret instrument, men uden et egentligt forskningsprojekt, hvor instrumentet kunne anvendes.

Dansgaard ved det avancerede massespektrometer, der var det første af sin art i Danmark
Fig. 1: Dansgaard ved det avancerede massespektrometer, der var det første af sin art i Danmark. Bag ham står lederen af Biofysisk Laboratorium og rektor for Københavns Universitet, H.M. Hansen, og kollegaen Bent Buchmann.

Inden sin ansættelse ved Biofysisk Laboratorium havde Dansgaard arbejdet en periode i vejrtjenesten på Meteorologisk Institut og han havde der udviklet en interesse for meteorologiske fænomener. Netop denne interesse gav ham idéen til at analysere prøver af regnvand i masse­spektrometret. En sommerdag i 1952, hvor en kraftig varmfront passerede Danmark, indsamlede Dansgaard derfor prøver af regnvandet i sin have, og ved den efterfølgende analyse af vandets sammensætning af forskellige isotoper påviste han, at der var en tilsyneladende sammenhæng mellem den temperatur, hvorved regnen var dannet, og regnens indhold af den tunge iltisotop, 18O. Dette betød, at 18O måske kunne anvendes som en indikator for luftens temperatur.

Isotopanalyser af iskerner

Dansgaard underbyggede i de følgende måneder sin teori ved at analysere regnvandsprøver fra hele verden, og overalt tydede hans målinger på, at der var en sammenhæng mellem lufttemperaturen og indholdet af 18O. Dansgaard samlede sine resultater i en publikation i 1954, og som noget helt nyt foreslog han i de afsluttende bemærkninger, at man kunne anvende sammenhængen mellem lufttemperaturen og 18O-indholdet i nedbør til at rekonstruere fortidens temperaturer, hvis man kunne finde et sted, hvor gammelt nedbør er bevaret. Som Dansgaard påpegede, er dette netop tilfældet i den grønlandske indlandsis, hvor hvert års snefald aflejres oven på det forrige års sne.

Resultaterne af Dansgaards første isotopanalyse af regnvand
Fig. 2: Resultaterne af Dansgaards første isotopanalyse af regnvand. Det ses, at indholdet af den tunge iltisotop, 18O, stiger i løbet af passagen af varmfronten. Da regnen i en varmfront stammer fra lavere og lavere og dermed varmere og varmere luftlag i løbet af passagen af fronten, konkluderede Dansgaard, at der er en tilsyneladende sammenhæng mellem kondensationstemperaturen og nedbørens isotopsammensætning. Dansgaard viste senere, at denne sammenhæng skyldes, at der foregår en slags destillationsproces, hvor de vandmolekyler, hvori der indgår 18O, skilles ud gennem kondensation, når en luftmasse afkøles.

Allerede nogle få år efter fik Dansgaard lejlighed til at afprøve sin ide ved analyse af nogle korte iskerner, der var boret op af den grønlandske indlandsis under en fransk ekspedition. Her spillede Danmarks særlige status i forhold til Grønland en rolle eftersom alle forskere, der gennemførte videnskabelige undersøgelser i Grønland, var forpligtet til at samarbejde med danske forskere, hvis de danske myndigheder ønskede det. Således fik Dansgaard adgang til de franske iskerner, og det viste sig, at de indeholdt snelag helt tilbage fra starten af 1900-tallet. Ved at analysere kernernes indhold af 18O efterviste Dansgaard den stigning i temperaturen, som man allerede vidste, havde fundet sted siden århundredets begyndelse, og påviste dermed sin ides bæredygtighed. Som noget nyt viste Dansgaards målinger tillige, at temperaturen – i hvert fald i Grønland – var faldet siden starten af 1940’erne.

De franske iskerner var som sagt forholdsvis korte kerner, der kun indeholdt nogle få årtier gammelt sne og is. Dansgaard resonerede, at hvis man kunne bore længere ned i isen, ville man kunne få is, der var flere hundrede år eller måske endda flere tusinde år gammelt. At bore en sådan kerne var dog noget, der lå langt uden for Dansgaards og hans medarbejderes tekniske og økonomiske muligheder. I stedet var det amerikanske forskere, der på en helt anden baggrund skulle udbore de første dybe iskerner i Grønland.

Atommissiler under isen

USA havde været militært til stede i Grønland siden 2. verdenskrig, hvor amerikanerne havde etableret en række militærbaser. Da Den Kolde Krig tog over ønskede amerikanerne at forblive i Grønland, da øens militærstrategiske betydning kun blev øget pga. dens geografiske placering midt mellem de to stormagter, USA og Sovjet. Der var derfor i slutningen af 1940’erne en del forhandlinger mellem Danmark og USA om amerikanernes fortsatte tilstedeværelse i Grønland, men med Danmarks indtræden i NATO i 1951 indvilgede Danmark i, at USA kunne bibeholde baserne i Grønland.

Fordi den korteste afstand mellem de to stormagter var over det Arktiske Ocean, mente mange, at en evt. krig ville blive en polarkrig. Amerikanerne oprustede derfor aktiviteterne i Grønland og byggede en række radarstationer, herunder Thuleradaren, og igangsatte også flere forskningsprojekter for at kortlægge det arktiske miljø. Et af de militære projekter, der var på tegnebrættet i slutningen af 1950’erne, var et projekt med kodenavnet ”Iceworm”, der gik ud på at skjule atombevæbnede missiler under den grønlandske indlandsis. Missilerne skulle placeres i et netværk af tunneller under den grønlandske indlandsis. Netværket skulle strække sig fra Narsarsuaq i Sydgrønland til Thule i nord, og i de 4000 km tunneller, der var planer om, skulle der skjules op til 600 atombevæbnede missiler. Missilernes placering under isen ville skjule deres placering, og samtidig ville tunnellernes udtrækning umuliggøre et bombardement af alle missilerne i tilfælde af en atomkrig. For at kunne opbygge et sådant netværk af tunneller under isen var det nødvendigt at kende isens egenskaber, og med det amerikanske militærs koldkrigsbevillinger i ryggen påbegyndte amerikanske videnskabs- og militærfolk i starten af 1960’erne verdens første dybdeboring af en iskerne.

Camp Century i det nordlige Grønland under opbygning
Fig. 3: Camp Century i det nordlige Grønland under opbygning. Lejren var en militær forskningsstation, hvor både forskellige teknologier blev testet under arktiske forhold og en række grundvidenskabelige forskningsprogrammer - herunder iskerneboringen - blev gennemført.

Dybdeboringen blev foretaget ved Camp Century-lejren, der som navnet antyder, var placeret 100 miles fra indlandsisens rand ved Thule. Hele lejren lå under isens overflade og kunne huse op til 250 mand. Lejren havde alle de nødvendige faciliteter såsom bibliotek, gymnastiksal, værksteder, hospitalsklinik og butik, og til at forsyne den med energi var der installeret en mobil atomreaktor. Camp Century var et led i det amerikanske militærs aktiviteter i Grønland, men megen af den forskning, der blev foretaget – også undersøgelserne af de udborede iskerner – havde grundvidenskabelig karakter. Selvom en stor del af den glaciologiske forskning således ikke havde nogen direkte militær anvendelse, udelod amerikanerne dog ikke at fremhæve den national-patriotiske betydning af forskningen i det ubarmhjertige Nordgrønland, der blev betegnet som ”one of the last frontiers left on the earth”. Udboringen af dybdekernen ved Camp Century blev afsluttet i 1966, da man nåede fjeldet i 1390 meters dybde.

Bevillingerne til den omkostningstunge udboring af dybdekernen havde været begrundet i den militære interesse i Grønland, men ved afslutningen af Camp Century-boringen stod det klart, at et projekt som ”Iceworm” ikke kunne realiseres, da isen er alt for dynamisk til, at et større tunnelkompleks under isen kan vedligeholdes. De efterfølgende undersøgelser af kernen var derfor nærmere glaciologisk grundforskning, men der var ikke fra amerikansk side planer om at inkludere systematiske isotopanalyser for at studere klimaet tilbage i tiden. Grunden hertil var ikke, at amerikanerne ikke kendte til Dansgaards ideer eller ikke havde metoderne til at foretage analyserne. Det skyldtes derimod, at de amerikanske forskere, der var kvalificerede til at foretage isotopanalysen ganske enkelt ikke var interesserede i de mulige perspektiver i klimatologiske isstudier. Derudover havde de amerikanske isotopforskere en tradition for at foretage meget – nogle gange unødvendigt – nøjagtige analyser, hvilket gjorde analysen af den knap 1400 meter lang iskerne til et uoverkommeligt projekt.

Den første klimakurve

Iskernen fra Camp Century indebar ifølge Willi Dansgaard muligheden for ved isotopanalyse at studere klimaet flere hundrede eller flere tusinde år tilbage i tiden. Derfor tog Dansgaard gennem flere kanaler initiativ til, at hans gruppe i København skulle gennemføre en sådan analyse, så denne unikke mulighed ikke gik tabt. Dels tog Dansgaard kontakt til de danske myndigheder, der havde det overordnede ansvar for alle forskningsaktiviteter i Grønland, og dels tog han kontakt til de amerikanske forskere, og foreslog dem, at hans gruppe skulle gennemføre en isotopanalyse af iskernen. Dansgaard var på dette tidspunkt blevet en respekteret forsker, og de amerikanske forskere var imødekommende over for hans forslag. Men det har samtidig uden tvivl haft betydning, at de danske myndigheder støttede Dansgaard. De amerikanske forskere havde en meget direkte interesse i at efterkomme de danske myndigheders ønske om at give Dansgaard adgang til iskernen, da de ved at opretholde et godt forhold til myndighederne kunne håbe på en velvillig behandling under fremtidige amerikanske projekter i Grønland. Det var således Dansgaards anerkendelse som forsker, der i samspil med det politiske spil omkring amerikanernes aktiviteter i Grønland, gav Dansgaards gruppe adgang til den første dybdekerne.

Isotopkurven fra Camp Century kernen
Fig. 4: Isotopkurven fra Camp Century kernen. Variationerne i isotopsammensætningen, der også afspejler temperaturvariationerne i det nordlige Grønland, viser tydeligt det relativt milde og stabile klima, der har været under den nuværende mellemistid, som har varet de sidste ca. 11.000 år. Kurven viser også overgangen fra istiden og de voldsomme klimavariationer, der fandt sted med jævne mellemrum under istiden. I den nederste del af iskernen var der forstyrrelse af lagrækkefølgen og dateringen af kernen var noget usikker, og derfor stemmer kurven ikke overens med, at vi i dag ved, at den forrige mellemistid sluttede for ca. 115.000 år siden.

Tre år efter udboringen af Camp Century-kernen blev afsluttet, forelå resultaterne fra isotopanalyserne af kernen. Analysen havde ikke været ligetil, da det var afgørende, at de stykker af kernen, der blev undersøgt, var ækvidistante i tid. Det betød, at jo længere ned i kernen man kom, jo kortere skulle der være mellem prøverne, da de årlige snelag er mere og mere sammenpressede, efterhånden som man kommer dybere ned. At beregne hvor sammenpressede årlagene er, var afgørende for at kunne lave en klimakurve, der gav brugbar information om fortidens klima. Det lykkedes Willi Dansgaard i samarbejde med hans medarbejder Sigfus Johnsen at beskrive isens bevægelse, efterhånden som den synker ned, og de kunne heraf udlede, at den ældste is i Camp Century-kernen var ca. 120.000 år gammel! Isotopkurven, som ses på figur 4, viser derfor temperaturvariationerne i det nordlige Grønland gennem de sidste 120.000 år. I kurven kunne man genfinde mange af de kendte klimabegivenheder, bl.a. overgangen fra den seneste istid for ca. 10.000 år siden og den relativt varme middelalder. Udover at bekræfte den viden, vi i forvejen havde om klimaet gennem de sidste godt 100.000 år, så gav Camp Century-kernen hidtil uset detaljeret information om klimaets forandringer; inden for de seneste århundreder kunne man se temperaturændringer fra år til år, og man kunne oven i købet skelne mellem vinter- og sommersne.

Pludselige klimaforandringer

Det mest revolutionerende resultat fra iskernen var dog, at den viste nogle tilsyneladende meget pludselige klimaændringer, der fandt sted under sidste istid. Disse indikationer blev bekræftet af en ny iskerne, der blev udboret ti år senere, og kernerne har lært os, at voldsomme klimaforandringer kan finde sted – også uden menneskers indflydelse. Iskernerne viser, at temperaturen i Nordatlanten kan variere med ca. 10 ?C inden for et århundrede og måske inden for et årti. Denne viden og de fortsatte studier af iskerner som den, der vil blive udboret i det nordlige Grønland i de kommende år, spiller stadig en central rolle i udforskningen af klimaet og debatten om fremtidens klima.

Artiklen er baseret på kapitel 11 i ”Dansk Naturvidenskabs Historie”, bind 4: ”Viden uden grænser”. Derudover er historien om iskerneforskningens udvikling fra Willi Dansgaards opdagelse af isotoptermometret i 1952 til afslutningen af det første internationale iskerneprojekt i Grønland i 1982 beskrevet i bogen ”Klima, kold krig og iskerner” af Maiken Lolck. Begge bøger er udkommet på Aarhus Universitetsforlag.