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iCEP - Climate and Environmental Physics: Innovation in ice core science

English title iCEP - Climate and Environmental Physics: Innovation in ice core science
Applicant Fischer Hubertus
Number 172506
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Klima- und Umweltphysik Physikalisches Institut Universität Bern
Institution of higher education University of Berne - BE
Main discipline Other disciplines of Physics
Start/End 01.04.2017 - 31.03.2021
Approved amount 1'700'000.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Other disciplines of Physics
Other disciplines of Environmental Sciences

Keywords (11)

atmospheric composition; paleoclimate; atmospheric circulation; ice cores; biogeochemical cycles; Quaternary; greenhouse gases; aerosol; ocean temperature; Greenland; Antarctica

Lay Summary (German)

Lead
Paläoklimatische Studien an Eisbohrkernen liefern einzigartige Informationen zu Änderungen des Klimas und der Atmosphäre der Vergangenheit. Um ein Verständnis der verantwortlichen Prozesse zu erlangen, reicht die Dokumentation z.B. der Treibhausgaskonzentrationen jedoch nicht aus. Mithilfe neuer analytischer Methoden können Parameter gemessen werden, die es gestatten, die Ursachen der Änderungen im Detail zu untersuchen und ein globales Verständnis des Erdsystem zu erlangen.
Lay summary

Ziele

Übergeordnetes Ziel des Projekts ist ein vertieftes Prozessverständnis des Erdsystems und der Kopplung zwischen biogeochemischen Kreisläufen und Klima in der Vergangenheit. In iCEP werden drei Fragen untersucht:

1. Was sind die Quellen, die für Änderungen der atmosphärischen Treibhausgaskonzentrationen verantwortlich sind. Diese Frage kann mithilfe isotopischer Untersuchen an CO2, CH4 und N2O an Eisbohrkernen beantwortet werden.

2. Was sind die regionalen oder hemisphärischen Auswirkungen auf Umweltbedingungen, die durch Klimaänderungen verursacht werden? Einzigartige aerosolchemische Analysen an Eisbohrkernen gestatten dies zu quantifizieren.

3. Wie gross ist die globale Erwärmung, die mit Änderungen der Treibhausgaskonzentration verknüpft ist? Mithilfe hochpräziser Messungen der Edelgasverhältnisse im Eis kann die globale Ozeantemperatur rekonstruiert werden.

Kontext

Durch die detaillierte Untersuchung früherer Klimabedingungen (insbesondere des Holozäns und früherer Warmzeiten) können wichtige Informationen zur Treibhausgas-Klimakopplung und der Änderungen der Umwelt gewonnen werden. Damit trägt das Projekt zum verbesserten Verständnis des gekoppelten Erdsystems und damit zu verbesserten Prognosen zukünftiger Änderungen bei.

Direct link to Lay Summary Last update: 11.04.2017

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
164190 EGRIP: The Swiss Contribution 01.04.2016 Research Infrastructure
159563 Climate and Environmental Physics 01.04.2015 Project funding (Div. I-III)
157671 AeroTope: A novel method for mass spectrometric measurements of nitrogen isotopes in NH4+, an aerosol derived proxy to quantify nutrient cycling efficiency in the Southern Ocean 01.01.2015 R'EQUIP
155906 NOTICE: Noble gas global mean ocean thermometry on ice cores 01.01.2015 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Paleoclimate studies on polar ice cores provide a wealth of climate and atmospheric information, with the documentation of greenhouse gas concentrations and hence radiative forcing changes being amongst the most prominent examples. The latest analytical developments in ice core research in my group allow for a more detailed and quantitative process understanding of past changes in climate and biogeochemical cycles and the feedbacks between them. The objective of iCEP is to extend these new techniques and apply them to new and existing ice cores. This comprises A) the quantification of source emissions and processes responsible for the change in greenhouse gas concentrations, B) the reconstruction of environmental changes outside the ice sheets using ice core aerosol records and C) the quantification of changes in the ocean heat budget and hence temperature changes on a global scale. A special focus of these 3 topics will be the study of past interglacials over the last 800,000 years to understand the reasons for their different strength of warming and to improve our knowledge of climate/biogeochemical coupling during warm climates. Within iCEP we will apply the worldwide unique capability in my group to measure the full suite of stable isotopes of greenhouse gases in ice cores (d13CO2, d18O(CO2), d13CH4, dD(CH4), d15N2O, d18O(N2O) to selected ice core intervals in order to gain a deeper process understanding of past changes in the biogeochemical cycles and to constrain the source budget of these greenhouse gases. We will use the comprehensive multiparameter aerosol tracer information derived from Continuous Flow Analyses (CFA) to assess temporal changes in the source strength and transport and, thus, environmental conditions away from the ice sheets. A special focus within iCEP will be CFA analyses on the ongoing EGRIP ice core drilling to obtain the first complete Holocene aerosol record in seasonal resolution. Finally, measurements of noble gas isotopic and elemental ratios in ice cores will allow us to reconstruct Global Mean Ocean Temperature (GMOT) using a novel noble gas solubility thermometer. This will also provide unique information on ocean heat uptake or release during long-term transient climate changes. Synthesis of these three quantitative strains of paleoclimate information with other ice core records, other paleoclimate archives and climate model output will enhance our understanding of past and future changes in the Earth System.
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