En af de mest brugte metoder til at kortlægge fortidens temperaturer og klimaforandringer går ud på at måle forholdet mellem stabile ilt-isotoper i f.eks. iskerner eller kalkfossiler. Isotoper er varianter af det samme grundstof med det samme antal protoner, men med et forskelligt antal neutroner.
Når forsker Helle Astrid Kjær fra Niels Bohr Institutet skal undersøge de iskerner, som hun og hendes fagfæller borer op fra Indlandsisens dyb, kigger hun blandt andet på kernernes indhold af ilt-isotoper og isotopernes indbyrdes forhold. Årsagen til det kommer her:
Oxygen (ilt) forekommer hyppigst som de to isotoper: 16O og 18O, og de er så stabile, at de kan være bevaret i is og kalkholdige fossiler i millioner af år.
- 16O har 8 neutroner
- 18O har 10 neutroner og er dermed tungere end 16O
I havet optager organismer ilt fra vandet. De to stabile ilt-isotoper 16O og 18O bruges til at danne organismernes kalkskaller. Skallernes koncentrationer af 16O og 18O varierer, afhængigt af den temperatur havvandet havde, da skallerne blev dannet.
I koldere perioder indeholder havvandet og dermed kalkskallerne en højere koncentration af den tungere isotop 18O. Dette skyldes, at meget af den lette isotop 16O er fordampet og bundet i store iskapper under koldere perioder.
Årsagen er relateret til fordampning, nedbør og isdannelse, og processerne ses her:
Når vand fordamper fra havets overflade, fordamper 16O lettere end den tungere 18O. Derfor er vanddamp, der stiger op i atmosfæren, relativt rig på 16O.
Når vanddampen bliver til nedbør i form af regn eller sne, falder 18O-isotoper ned i havet først, fordi de er tungere. Derfor indeholder de første dråber regn eller sne en højere koncentration af 18O end de efterfølgende.
Vanddampen mister flere og flere 18O-isotoper, efterhånden som den bevæger sig mod polerne på højere breddegrader. Derfor bliver nedbøren rigere på 16O.
I kolde perioder, som under istider, bliver store mængder vand fanget i iskapper og gletsjere. Isen, der dannes, er relativt rig på de lette 16O-isotoper, som er blevet transporteret til de polare områder med vanddampen og er faldet som sne.
