زمانی که باستان شناسان می‌خواهند درباره تاریخ یک تمدن باستانی بیاموزند، باید در اعماق زمین حفاری کنند و از ابزارآلات و مصنوعات کشف شده برای درک تاریخ آن تمدن باستانی مدد جویند. دانشمندانی که گذشته آب و هوایی زمین را مطالعه می‌کنند، نیز چنین روشی بهره می‌جویند. اما آنها به جای کندن زمین، نشانه‌های مربوط به تاریخ آب و هوایی زمین را در صخره‌های دریایی و یخی جستجو می‌کنند و با حفر بستر اقیانوس‌ها و دریاچه‌ها از یخچال‌های طبیعی و لایههای یخی برای بررسی تاریخی خود کمک می‌گیرند. به نمونه‌های یخی که آنها بدین منظور جمع‌آوری می‌کنند هسته‌های یخی می‌گویند. هسته‌های یخی نشانه‌ها و اطلاعاتی از وضعیت آب و هوایی زمین در صدهاهزار سال پیش از این را با خود به همراه دارند.
این هسته‌های یخی از کجا می‌آیند و چه چیزی درباره‌ی تغییرات آب و هوایی می‌گویند؟
لایههای یخی و یخچال‌های طبیعیِ نواحی قطب شمال و جنوب از روی هم انباشته شدن لایههای برف طی سالیانِ بسیار تشکیل شده‌اند. سنگینی برفِ سالیانه، لایههای قبلی برف را فشرده می‌کند، و پس از سال‌های بسیار، حاصل جمع وزن بارش‌های برف سالیانه سببِ شکل‌گیری یخچال‌های طبیعی می‌شوند. در برخی از نواحی، این لایههای برف لایههای یخی را شکل می‌دهند که ضخامت برخی از آنها به چندین کیلومتر می‌رسد.
محققان با انجام حفاری‌های عمیق در هسته‌های یخ موجود در لایههای یخی مناطق قطبی (حفاری‌هایی که عمقِ بعضی از آنها به نزدیک دو کیلومتر می‌رسد) و نیز تپه‌ها و قله‌های یخ مناطق مختلف از هسته‌های یخی نمونه‌برداری می‌کنند. آنها از این هسته‌های یخی جمع‌آوری شده برای دو هدف مدد می‌جویند: یکی برای مطالعه میزان تغییرپذیری آب و هوایی در نواحی مختلف و دیگری مقایسه این تغییرپذیری با تغییرات آب و هوایی کل کره زمین.
هسته‌های یخی و گذشته‌ی آب و هوایی زمین
هر لایه یخ به ما می‌گوید که وضعیت زمین در زمان ریزش برف و شکل گیری این لایه‌ی یخی چگونه بوده است. همانظور که برف بر روی یخچال طبیعی می‌نشیند، دمای هوا اثر خود را بر روی مولکول‌های آب حک و ثبت می‌کند.
لایههای یخی همچنین ذره هایی مثل گردوغبار، خاکستر، و دانه‌های نمک دریا را از آن گذشته دور با خود دارند. این ذره‌های موجود در یخ شواهد و قراینی فیزیکی از رویدادهای گذشته آب و هوایی بدست می‌دهند.
از این گذشته همان‌طور که این لایههای یخ طی گذر زمان متراکم می‌شوند، حباب‌های درون جو -ازجمله گازهای گلخانه‌ای مثل دی اکسید کرین و متان- درون یخ فشرده می‌شوند. این بسته‌های یخیِ متشکل از گازها حاوی اطلاعاتی از وضعیت جو در دوران شکل‌گیری یک لایه مشخص یخ هستند. دانشمندان بدین طریق می‌توانند مستقیماً میزان گازهای گلخانه‌ای موجود در جو در دورههای مختلف را اندازه‌گیری کنند.
هسته‌های یخی و پیش‌بینی تغییرات آب و هوایی
دانشمندان همچنین از داده‌های دمایی هسته‌های یخی برای تصدیق مدل‌های آب و هوایی‌ای استفاده می‌کنند که وضعیتِ آب و هوایی آینده‌ی کره زمین را پیش‌بینی می‌کنند. مدل آب و هوایی مانند یک آزمایشگاه درونِ یک کامپیوتر است. دانشمندان کلِ دانش موجود راجع‌به وضعیت جو، اقیانوس‌ها، خشکی‌ها و لایههای یخ را درون این آزمایشگاه خاص جای می‌دهند.
دانشمندان همچنین باید آن متغیر‌هایی را در نظر بگیرند که می‌توانند نظام آب و هوایی را در زمان‌های مختلف تغییر دهند، متغیر‌هایی مثل موقعیت زمین در مدارِ سیاره‌ای آن و نیز فاصله‌ی آن از خورشید.
مدل‌های آب و هوایی به منظور بازتولید آن وضعیت آب و هواییِ نسبتاً پایداری طراحی می‌شوند که مردم طی مدت ۱۶۰ تا ۱۷۰ سالِ اخیر تجربه کرده‌اند. بااین حال پیش‌بینی وضعیتِ آب و هوایی کره‌ی زمین تا حدی این روزها دشوارتر شده است. وضعیتِ آب و هوایی قرن آینده کاملاً غیرقابل مقایسه با وضعیت آب و هوایی‌ای خواهد بود که طی ۱۶۰ سال اخیر تجربه کرده‌ایم.
به منظور آزمودن مدل‌های آب و هوایی در شرایط بسیار متفاوت محیطی، دانشمندان مدل‌های خود را با شبیه‌سازی وضعیت آب و هوایی گذشته محک می‌زنند. اطلاعات برآمده از هسته‌های یخی نیز بخشی اساسی از ایجاد و بازبینی این شبیه‌سازی‌ها هستند.
قدمت قدیمی‌ترین هسته‌ی یخی
قدیمی‌ترین هسته یخی موجود از نواحی شرقی آنتارستیا اطلاعاتِ مربوط به تغییرات آب و هوایی ۸۰۰ هزار سال پیش را با خود دارد. چگونه می‌توان دانست که عمر این هسته‌ی یخی ۸۰۰ هزار سال است؟ بارش برف هر دورهْ دارای خواصی است که آن را از دورههای دیگر متمایز می‌کند. این تفاوت‌ها خود را در لایه‌هایی نشان می‌دهند که به صورت سالانه ایجاد می‌شوند. با شمردن تعداد این لایه‌ها، درست مثل شمردن تعداد حلقه‌های درختان، می‌توان عمر یک هسته یخی را تشخیص داد.
بااین‌همه، هر چه یخ متراکم‌تر باشد، تشخیص این لایههای سالیانه دشوارتر خواهد بود. برای تحلیل عمر عمیق‌ترین لایههای یخی، دانشمندان شیوه‌های متعددی از جمله اندازه‌گیری مولفه‌های شیمیایی و میزان قابلیت رسانایی یخ را به‌کار می‌گیرند. دانشمندان همچنین از تکنیک‌های شبیه‌سازی کامپیوتری برای فهم رابطه میان عمق هسته و عمر یخ استفاده می‌کنند.
نحوه‌ی نگهداری یک هسته یخی یا کتابخانه‌ی یخی
پس از حفاری، اندازه‌ی‌گیری و استخراج یک هسته یخی، محققان این هسته‌ها را در لوله‌های استوانه‌ای نگهداری می‌کنند. آن‌گاه این لوله‌ها در جعبه یا محافظ‌های ضد آب قرارداده و به کمک وسایل نقلیه ای مثل سورتمه، هواپیما، قایق و کامیون به محل نگهداری منتقل می‌شوند.
وقتی که هسته‌های یخی به محل‌های نگهداری می‌رسند، دانشمندان پیش از هر چیز به ثبت مشخصه‌های هسته یخ در آزمایشگاه می‌پردازند، مشخصه‌هایی مثل وجود خاکسترهای آتشفشانی یا حباب در یخ. محل نگهداری این هسته‌های یخی به یک کتابخانه شبیه است: وقتی که دانشمندان بخواهند یک هسته‌ی یخیِ معین از منطقه‌ا‌ی خاص را مطالعه کنند، می‌توانند درخواست کنند که قسمتی از آن هسته‌ی یخی برای انجام مطالعات‌شان ارسال شود.
منبع: ناسا