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iCEP2 - Climate and Environmental Physics: Innovation in ice core science

English title iCEP2 - Climate and Environmental Physics: Innovation in ice core science
Applicant Fischer Hubertus
Number 200328
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 01.04.2021 - 31.03.2025
Approved amount 1'555'082.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Other disciplines of Physics
Other disciplines of Environmental Sciences

Keywords (5)

atmospheric circulation; paleoclimate; ice cores; biogeochemical cycles; atmospheric composition

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 iCEP2 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? Innovative neuartige 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 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: 12.04.2021

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
172506 iCEP - Climate and Environmental Physics: Innovation in ice core science 01.04.2017 Project funding (Div. I-III)
189533 Beyond EPICA: Oldest Ice Core - The Swiss Contribution (BE-OIC) 01.07.2019 Research Infrastructure
164190 EGRIP: The Swiss Contribution 01.04.2016 Research Infrastructure

Abstract

Paleoclimate studies on polar ice cores as carried out in iCEP2 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 overarching objectives of iCEP2 are:A) the quantification of source emissions and processes responsible for the change in greenhouse gas concentrations B) the reconstruction of environmental changes in aerosol source regions and of atmospheric changes leading to variations in long-range aerosol transport to polar ice sheets in the past,C) the quantification of changes in the ocean heat budget, hence, temperature changes on a global scale. Within iCEP2 we will apply the worldwide unique capability in my group to measure stable isotopes of greenhouse gases in ice cores and will perform high precision d13CO2, d13CH4, dD(CH4) measurements on 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. One focus will be the reconstruction of the first dD(CH4) record over the entire last glacial cycle and the extension of the d13CH4 record to the time interval prior to the Mid Brunhes Event. Using a novel laser sublimation extraction/quantum cascade laser spectrometer technique we aim at measuring greenhouse gas concentrations and d13CO2 in unprecedented precision and resolution for earlier glacial cycles. 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. In particular, we will complete the CFA analyses on the ongoing EGRIP ice core with a special focus on the Holocene and the interpretation of particulate dust data using a novel Single Particle Scattering and Extinction technique. Finally, measurements of noble gas isotopic and elemental ratios in ice cores will allow us to reconstruct global mean ocean temperature using a novel noble gas solubility thermometer with a special focus on termination II and the complete glacial cycle from Marine Isotope Stage 9-7. Synthesis of these three quantitative strains of paleoclimate information with other ice core records, other paleoclimate archives, and climate models will enhance our understanding of past and future changes in the Earth System.
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