Jääydin on jäätiköstä otettu pitkä jääpala. Jäätä porataan hyvin syvälle, niin että jäänydin ulottuu jäätikön pohjalla olevaan vanhaan jäähän. Yleensä jäänäytteet otetaan Etelämantereelta, Grönlannista tai hyvin korkeilta vuorilta.

Lumi putoaa maahan ja kerääntyy (syvenee). Kun lunta sataa enemmän, alimmaiset kerrokset tiivistyvät (ohenevat), koska lumen päällä oleva paino painaa sitä. Lopulta jäljelle jää vain jäätä, ja kaikki ilma katoaa. Mitä syvempi jää on, sitä vanhempi se on. Jääsydämet voidaan ajoittaa tarkastelemalla kerroksia: usein jokainen vuodenaika näkyy jääsydämessä, koska se muodostaa kerroksen. Toisinaan taas on vaikeampaa selvittää, kuinka vanhaa jää on. Voidaan käyttää muita menetelmiä, kuten sähkönjohtavuuden mittaamista tai matemaattistenmallien laatimista.

Tutkijat tutkivat jäänäytteitä selvittääkseen, millainen ilmasto oli menneisyydessä. Jää säilyttää tietoja, kuten kaasuja, hiukkasia ja tulivuorten tuhkaa. Jäätä muodostavan veden tyypin perusteella voidaan laskea maapallon lämpötila.

Jääsydämet auttavat meitä tietämään, millainen lämpötila planeetalla on ollut viimeisten 800 tuhannen vuoden aikana. Tiedämme enemmän jääkausista, joita tapahtuu säännöllisesti. Tämä on hyödyllinen lisä tietämykseemme ilmaston lämpenemisestä.

Mitä jääydin tallentaa?

Jääsydän on ikään kuin aikakapseli. Sen kerroksiin on jäänyt:

  • Ilmakuplia, jotka sisältävät pitoisuudet kasvihuonekaasuja kuten hiilidioksidia (CO2), metaania (CH4) ja dityppioksidia (N2O). Näistä nähdään suora yhteys kaasujen pitoisuuksien ja ilmaston lämpötilan välillä.
  • Vesimolekyylien isotopit (esim. deuterium ja 18O), joiden suhteista voidaan päätellä menneet lämpötilat.
  • Hiukkasia ja pölyä, jotka kertovat esimerkiksi kuivista kausista, tuulen kuljetuksesta ja maaperän eroosiosta.
  • Tuhkaa ja tefra-kerroksia, joita voidaan käyttää ajoitukseen ja tapahtumien synkronointiin eri paikallisten jääkairauspaikkojen välillä.
  • Muita kemiallisia merkkejä kuten merisuolaa, raskasmetalleja ja palamisjäämiä, jotka auttavat paikantamaan lähteitä (esim. merialueet, metsäpalot, teollisuus).

Kuinka jääydin porataan ja käsitellään?

Jääkairauksessa käytetään erikoiskoneita, jotka leikkaavat jäätä pitkiksi sylintereiksi. Kairaus voi ulottua satoihin tai yli kahteen kilometriin (Etelämanner: mm. EPICA, Vostok; Grönlanti: GISP2, GRIP). Jäätähdet pakataan kylmiöihin ja kuljetetaan sulamatta analyysilaboratorioihin. Näytteet säilytetään yleensä hyvin kylmässä (esim. -20…-30 °C) ja käsitellään viileässä ympäristössä, jotta kemialliset ja kaasupitoisuudet eivät muutu.

Ajoitusmenetelmät ja kerrosten lukeminen

Jään ikä määritetään useilla tavoilla, usein yhdistelmänä:

  • Kerroslaskenta: vuodenaikakerrokset voidaan erottaa erityisesti nuoremmissa osissa ja Grönlannin yläosissa.
  • Sähkönjohtavuus ja dielektrisyysmittaukset: esimerkiksi sähkönjohtavuuden mittaaminen paljastaa tulivuorenpurkausten aiheuttamia happamia kerroksia.
  • Isotooppianalyysit ja mallinnus: matemaattiset mallit yhdistävät jään syvyyden ja virtauksen sekä lumen kompressoitumisen ikäarvioiksi.
  • Tephrochronologia: tunnistamalla tulivuoren tuhkan kemiallisen sormenjäljen voidaan saada absoluuttisia aikapisteitä.

Ilman kuplien ja jään ikäero

On tärkeää huomata, että jääkerroksen ikä ei aina vastaa siinä olevien ilmakuplien ikää. Kun lumi tiivistyy firniksi ja lopulta jääksi, ilmakehä sulkeutuu kupliksi vasta tietyssä syvyydessä. Tästä syntyy gas-age/ice-age -ero, joka tutkijoiden täytyy ottaa huomioon, kun verrataan kaasupitoisuuksia ja lämpötilarekonstruktioita.

Mitä jääytimistä on opittu?

Jääytimet ovat paljastaneet muun muassa, että:

  • CO2- ja metaanipitoisuudet vaihtelevat voimakkaasti jääkauden ja lämpimien aikakausien välillä, ja nämä vaihtelut liittyvät muuttuviin lämpötiloihin.
  • Viimeiset ~800 000 vuotta sisältävät toistuvia jäätiköitymis- ja lämmenemissyklejä, joita ohjaavat muun muassa maapallon radan vaihtelut (Milanković-ilmiöt).
  • On ollut hyvin nopeita ilmaston muutoksia (esim. Dansgaard–Oeschgerin tapahtumat), jotka tapahtuivat vuosikymmenissä tai jopa vuosissa.

Rajoitukset ja haasteet

Jäätiköiden paksuuden ja virtausten vuoksi vanhat kerrokset usein ohenemaan syvällä, mikä vaikeuttaa vuosikerrosten erottamista. Basalinen sulaminen, liikkuva jää ja metamorfoosi voivat tuhota tai muuttaa alkuperäistä signaalia. Lisäksi paikalliset olosuhteet vaikuttavat pölyn, suolan ja muiden merkkaajien määrään, joten tulokset pitää usein yhdistää useista porauksista ja paikoista luotettavan kuvan saamiseksi.

Miksi jääytimet ovat tärkeitä nyt?

Jääytimistä saadut tiedot toimivat referenssinä nykyiselle ja tulevalle ilmastonmuutokselle. Ne auttavat ymmärtämään, miten nopeasti ilmasto voi muuttua, miten kasvihuonekaasupitoisuudet ja lämpötila liittyvät toisiinsa, ja ne toimivat arvokkaana testinä ilmastomalleille, joita käytetään ennustamaan tulevaa lämpenemistä. Tieto auttaa myös päätöksenteossa, kun arvioidaan riskitekijöitä ja sopeutumistarpeita.

Yhteenvetona: jääydin on ainutlaatuinen ja arvokas tietolähde menneistä ilmasto-olosuhteista. Huolellinen poraus, säilytys ja monimenetelmäinen analyysi antavat meille mahdollisuuden lukea tuhansien ja jopa satojentuhansien vuosien ilmaston historiaa.