ГЛАВА 2
МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Отбор проб льда и определение его возраста
Отбор проб льда производился в марте 1998 года в ходе 2-ой Украинской
Антарктической комплексной морской экспедиции на НИС «Эрнст Кренкель» [100].
Работы выполнялись на ледяном обрыве главного ледника (о. Галиндез, архипелаг
Аргентинских островов, Западная прибрежная Антарктида) высотой 50 м над уровнем
моря, снизу вверх от ложа ледника с использованием альпинистского снаряжения.
После «вскрывания» вертикальной поверхности ледника мощностью около 1 м и
очистки ее от незначительных современных осадков (снег, фирн), с помощью пилы
извлекались образцы льда в виде брусков размером 40ґ40ґ30 см, параллельно
расположению годовых слоев. При этом визуально, по годовым плавленым слоям,
оценивалась разность в возрасте между верхней и нижней кромкой образца.
Всего на ледяном клифе (обрыве ледника) из 14 горизонтов, охватывающих 18 м
ледяной толщи, было выпилено 42 образца (по 3 из каждого горизонта для
проведения датировки и химического анализа). Кроме того, на куполе ледника из
шурфа глубиной 3 м были отобраны 9 образцов из трех горизонтов. Суммарный вес
отобранных образцов составил 750 кг. Поверхность всех стенок отобранных
образцов была тщательно очищена металлическим скребком (до 3 см), они были
упакованы в пластиковые контейнеры, герметизированы и помещены в морозильную
камеру на станции «Вернадский». Транспортировка их на НИС «Эрнест Кренкель» из
Антарктиды в Одессу и далее по маршруту Одесса – Киев – Франкфурт-на-Майне –
Катленбург – Линдау осуществлялась, соответственно, в рефрижераторах судна и
автомобилей при Т < - 10 0C.
Датировка льда из верхней части ледника была выполнена с помощью анализа
изотопа 210Pb, тогда как возраст воздуха в более глубоких слоях ледника был
установлен на основании анализа изотопа 14C в углекислом газе [96]. На рис. 2.1
приведен профиль главного ледника о. Галиндез с датированными c применением
указанных методов слоями.
Рис. 2.1. Возраст воздуха в слоях ледника вдоль его профиля, определенный
изотопными методами.
Установлено, что возраст блока из верхней части ледника изменяется от 12
(верхний слой) до 70 лет (нижний слой), а возраст воздуха в нижних слоях
ледника возрастает от 1100 до 4200 лет.
2.2. Методики экстракции и концентрирования летучих примесей из проб льда
Процедура экстракции и криогенного концентрирования летучих соединений,
окклюдированных и растворённых в образцах льда, и их анализ методом
хромато-масс-спектрометрии выполнялись в лаборатории Института Аэрономии об-ва
Макса Планка, Катленбург-Линдау, Германия. Схема экспериментальной установки
приведена на рис. 2.2.
Пробы льда сохранялись в герметичных контейнерах (полиэтилен высокого давления)
в морозильнике “Liebherr” при – 25 оС. Перед анализом блоки льда (12 – 18 л)
очищались срезанием слоёв льда толщиной 4 – 5 см со всех стенок специальной
стальной пилой. Для анализа отбиралось приблизительно до 2,5 литров
раздробленного образца из данной пробы.
Рис. 2.2. Схема установки экстракции и масс-спектрометрического определения
летучих примесей:
1 – баллон со сверхчистым гелием;
2 – редуктор с манометрами высокого и низкого давления;
3 – криостат;
4 – стальной сосуд для экстракции воздуха из пробы льда;
5 – электронный измеритель температуры;
6 – 4х-ходовой кран;
7 – криогенная ловушка;
8 – вакуумный насос;
9 – ловушка для поглощения паров воды;
10 – стандарт воздуха (Майнц-1997);
11 – криогенная концентрационная петля – десорбер;
12 – фокусирующая петля – десорбер;
13 – газовый хроматограф;
14 – масс-спектрометр;
15 – компьютер.
Анализируемая часть пробы помещалась в цилиндрический стеклянный сосуд ёмкостью
более 3 л, снабженный стальной крышкой, имеющей патрубки и краны для входа
инертного газа и выхода паров воды, летучих примесей изо льда и этого газа и
создания пониженного давления, а также выводами для измерения температуры и
давления газа. Герметизация крышки обеспечивалась стальными зажимами и
промежуточной О-образной прокладкой из силиконовой резины. В начальных
экспериментах для пробы льда из верхнего слоя ледника применялась процедура
влажной экстракции (повторяющееся плавление от – 20oC до – 5oC образцов льда и
последующее их замораживание под вакуумом). Эта процедура продолжалась на
протяжении почти 10 часов. Летучие соединения, высвобождающиеся со стенок пробы
на протяжении циклов повышения температуры, удалялись из сосуда с помощью
вакуумного насоса (8). Контроль летучих примесей, адсорбированных на внешних
стенках образца льда, выполнялся методом газовой хроматографии с
масс-спектрометрическим детектором (Varian 3300/Saturn 4D).
Из-за возможной эмиссии некоторых газов (COS, углеводородов,
кремнийорганических соединений и др.) из используемого для герметизации кольца
под крышкой стеклянного сосуда, в дальнейших опытах этот сосуд был заменен
стальным (4). Соединение сосуда со стальной верхней крышкой осуществлялось без
использования силиконовой резины. Это улучшило качество дальнейшего анализа
методом газовой хроматографии – масс-спектрометрии.
Описанная выше процедура повторяющихся плавления и замораживания проб льда была
заменена непрерывным таянием проб от температуры – 25 oC до 0 oC на протяжении
шести и более часов. На протяжении процесса плавления периодически выполнялся
анализ десорбирующихся летучих примесей. Такая замена процедуры была
обусловлена высокой адсорбцией и растворением летучих примесей в тонких водных
плёнках из воздуха, попадающего на внешние стенки образцов льда во время их
подготовки и операций в лаборатории. Уровень галогеналкано
- Київ+380960830922