Forntida luftprover från en av Antarktis snöigaste iskärnplatser kan lägga till en ny molekyl till registreringen av förändringar i jordens atmosfär under det senaste och ett halvt århundradet, sedan den industriella revolutionen började bränna fossila bränslen i massiv skala.

Även om koldioxid och metan är välkända, forskare vid University of Washington och University of Rochester är en del av ett team som arbetar för att spåra en mycket sällsyntare gas, närvarande på mindre än en på en biljon molekyler. Även om det är sällsynt, det atmosfäriska rengöringsmedlet som kallas hydroxyl kan skrubba atmosfären och bestämma ödet för mer rikliga gaser som påverkar jordens klimat.

En antarktisk fältkampanj i vintras ledd av USA och Australien har framgångsrikt extraherat några av de största luftproverna från 1870-talet fram till idag. Dessa prover är ett första steg för att lära sig förändringarna i hydroxylkoncentrationen under de senaste 150 åren. Tidiga resultat från fältarbetet delades denna vecka vid American Geophysical Unions årliga höstmöte i San Francisco.

"Det är förmodligen den mest extrema atmosfäriska kemin du kan göra från iskärnprover, och logistiken var också extrem, sa Peter Neff, en postdoktor med dubbla uppdrag vid UW och vid University of Rochester.

Men de månader som laget tillbringade läger på isen på den snöiga Law Dome-platsen lönade sig.

"Detta är, såvitt jag vet, det största luftprovet från 1870-talet som någon någonsin har fått, " sa Neff. Hans 10 veckors läger på isen inkluderade minus-20 grader Fahrenheit temperaturer och flera snöstormar, några av dem delade han från Antarktis via Twitter.

Luft från djupare iskärnor som borrats i Antarktis och Grönland har gett rekord av koldioxid och metan, två växthusgaser, går tillbaka tusentals år. Medan koldioxid har en livstid på årtionden till århundraden, en ännu starkare gas, metan, har en livstid på bara nio eller tio år.

Att fastställa den exakta livslängden för metan, och hur det har förändrats genom åren, beror på koncentrationen av hydroxyl. Den siffran är viktig för de globala klimatmodeller som används för att studera tidigare och framtida klimat.

För att spåra historien om hydroxyl, en flyktig molekyl med en livstid på mindre än en miljondels sekund, en fältkampanj i slutet av 2018 och början av 2019 borrade is för att studera denna mycket reaktiva gas genom att undersöka dess något mer rikliga följeslagare, kol med 14 neutroner bundna till en syreatom, eller "kol-14-monoxid, " som förstörs kemiskt av hydroxyl och så spårar hydroxyls koncentrationer.

Forskare får kol-14-gasen från bubblor i isen som bildas när snö komprimeras.

"Det speciella med glaciäris är att den alltid har dessa luftbubblor, " sa Neff. "Varje glaciär i världen som helst kommer att ha den där bubbliga texturen, eftersom det började som en hög med sexfingrade snöflingor, och mellan de fingrarna finns luft."

Ett eller flera decennier efter att ha träffat marken, bubblor blir helt avstängda från omgivningen på grund av kompression under snölager. Den kraftiga snöansamlingen vid Law Dome innebär massor av luftbubblor per år, och ger en tillräckligt tjock sköld för att skydda kol-14-monoxiden från solstrålning.

Det internationella laget extraherade cirka två dussin 3 fot långa sektioner av is per dag, lägg sedan isrören i en snögrotta för att skydda dem från kosmiska strålar som är starkare nära polerna. Dessa strålar kan zap andra molekyler och förvränga det historiska rekordet.

"När proverna är på ytan, de är heta potatisar, sa Neff.

Dagen efter att ha tagit ut en kärna, teamet skulle rengöra isen och placera den i en anordning av Neff och hans postdoktorale handledare vid University of Rochester Vasilii Petrenkos design:en 335-liters vakuumkammare i ett varmt bad för att smälta isen och bearbeta proverna vid källan, för att undvika kontaminering och samla in de största luftproverna.

"En enda provstorlek var cirka 400 eller 500 kilo is, ungefär samma vikt som en flygel, för att få nog av den där kol-14-monoxidmolekylen, Neff sa. "På fältlägret förvandlade vi 500 kilo is till en 50-liters kanister med luft."

Teamet hämtade 20 tunnformade kapslar med luft från olika tidsperioder.

Analyser under de kommande månaderna kommer att syfta till att producera en koncentrationskurva för kol-14-monoxid och hydroxyl under decennierna, liknande de nu kända kurvorna för koldioxid och metan. Kurvorna visar hur gaskoncentrationerna har förändrats i atmosfären sedan den industriella eran.

Under hela ansträngningen, Neff har också utforskat mer lättsamma kombinationer av is och luft. Under en resa i början av 2016 för att förbereda sig för detta arbete, Neff gjorde ett inofficiellt experiment som blev viralt på sociala medier när han publicerade det i februari 2018. Videon fångar ljudet en isbit gör när den tappas ner i tunneln skapad av en iskärnborr.

Han delade fler foton och videor under den gångna vinterns expedition till Antarktis, ibland inom några timmar efter att ha återvänt från ett avlägset läger till en internetuppkopplad forskningsstation.

"Det är fantastiskt att kunna dela något om Antarktis, från Antarktis, " Sa Neff. "Det är ett sätt som vi som geovetare kan dela med människor det arbete som de hjälper till att stödja."