Ett ambitiöst uppdrag att borra in i Antarktis istäcke för att utvinna några av de äldsta isarna på planeten kommer att ge viktiga ledtrådar om en mystisk förändring i beteendet hos vår planets klimat.

Att borra in i Antarktis is är som att gå tillbaka i tiden. Frusna i den finns reliker från gamla epoker – damm som lagt sig på ytan för länge sedan och luftbubblor som fångats av gamla snöstormar.

För forskare som hoppas kunna förstå hur jordens klimat har förändrats tidigare, det är en skattkammare. Inpackad i varje meter is är tusentals år värda av dessa värdefulla artefakter.

Nu hoppas ett internationellt team av forskare kunna borra mer än 2, 700 meter under ytan i deras sökande efter is som är upp till 1,5 miljoner år gammal.

Deras mål är att utvinna iskärnor som kommer att hjälpa dem att pussla ihop vad som hände med vår planets klimat under en avgörande och mystisk förändringsperiod som inträffade för omkring 1 miljon år sedan.

"Under de senaste miljoner åren, jordens klimat har pendlat mellan kalla glaciala perioder och kortare, varmare interglaciala perioder, sade professor Carlo Barbante, en analytisk kemist vid Ca'Foscari-universitetet i Venedig, Italien, och koordinator för Beyond EPICA-projektet som hoppas kunna återställa iskärnorna.

"Vi vet från information som finns i marina sediment att vi skulle ha en varm och en kall period var 41, 000 år, men sedan för cirka 1 miljon år sedan, denna cykel ändrades till att ha en periodicitet på ungefär var 100:e, 000 år.

"Vi vet inte exakt varför denna förändring inträffade. Troligtvis berodde det på förändringar i koldioxidens kretslopp."

Bana

En stor del av glaciationscykeln på jorden drivs av vår planets mindre än perfekta bana runt solen och det faktum att den tenderar att vingla runt sin axel. Men andra förändringar, såsom vulkanisk aktivitet som kastar ut aerosoler i luften och nivåerna av växthusgaser i atmosfären, påverkar också denna cykel.

Genom att analysera is som går tillbaka till tiden för förändringen i glaciationscykeln, Prof. Barbante och hans kollegor hoppas kunna hitta bevarat damm, gas och isotoper som kan berätta för dem vad som kan ha lett till denna förändring i klimatet.

"Att förstå denna period från det förflutna är viktigt eftersom det kan hjälpa oss att svara på frågor vi har om känsligheten i vårt klimat idag, sade Prof. Barbante.

Medan forskare vet att ökningar av växthusgaser gör att klimatet på planeten värms upp, det är svårt att modellera de exakta effekterna av detta på grund av klimatsystemets komplexitet.

Att korrelera klimatförändringar i det förflutna till koldioxidkoncentrationer kan hjälpa till att göra bättre förutsägelser om vad våra egna utsläpp av växthusgaser kommer att göra med planeten.

"Vi hoppas kunna fylla i luckor i vår kunskap om hur jorden kommer att reagera på förändringar i koncentrationer av växthusgaser, " tillade Prof. Barbante.

Prof. Barbante och hans kollegor hoppas kunna bygga vidare på framgången med ett tidigare projekt kallat European Project for Ice Coring in Antarctica (EPICA), som borrade till ett djup av 3, 270 meter på en plats som heter Dome C, nära den fransk-italienska forskningsanläggningen Concordia Station på den polära platån i östra Antarktis. År 2006, efter 10 års borrning, laget hade fått is som var upp till 820, 000 år gammal.

Beyond EPICA-teamet har ägnat de senaste tre åren åt att genomföra nya undersökningar med hjälp av radar monterad på flygplan och slädar för att identifiera en plats med äldre is.

Nyckeln har varit att hitta delar av inlandsisen som är tillräckligt djupa för att innehålla is som är över en miljon år gammal, men inte så djupt att trycket från isen ovanför får botten att smälta.

"Vi hade två kandidatplatser - cirka 40 km från Concordia-basen i ett område känt som Little Dome C och en annan nära en japansk bas som heter Dome Fuji Station, säger professor Olaf Eisen, en glaciolog vid Alfred Wegener Institute Helmholtz Center for Polar and Marine Research i Bremerhaven, Tyskland, som ledde sökandet efter den nya borrplatsen.

"Vi ville ha fin lager is, med kontinuerlig ackumulering av snö vid ytan och berggrund som inte är för bergig så att den inte stör isens stratigrafi (lagren).

Topografi

Radarbilderna gjorde det möjligt för teamet att se distinkta gränser i isen som de kunde använda för att uppskatta dess ålder och även se formen på stenen under. De bosatte sig så småningom på platsen vid Little Dome C. Landets underliggande topografi och variationer i mängden is som har ackumulerats ovanför det över tiden gör att de inte behöver borra så djupt som de gjorde med det ursprungliga EPICA-projektet för att nå den äldsta isen. De uppskattar att de kommer att hitta is som är mer än 1 miljon år gammal på ett djup av cirka 2, 700 meter.

"Isen på platån där är fint skiktad och ostörd, " tillade prof. Eisen.

Teamet inleder nu nästa fas av projektet, som ska börja borra och hämta isen. I slutet av förra året, de började bygga sitt läger på platsen och förbereda ett dike där de ska borra ett förberedande hål genom de första 20 metrarna av porös snöpackning, eller 'firn, " på toppen av inlandsisen.

De siktar på att borra de första 150 metrarna i isen under nästa antarktiska sommar mellan november 2020 och januari 2021. När de borrar ner, laget kommer att pumpa en tjock, giftfri vätska in i det resulterande borrhålet för att förhindra trycket från inlandsisen från att stänga upp det.

"Vi hoppas kunna nå berget inom tre till fyra säsonger, om allt går bra, ", sa Prof. Barbante. "Denna dyrbara is ger oss en chans att se tillbaka till en tid då världen var annorlunda. Människor fanns inte i närheten, åtminstone inte som Homo sapiens , och klimatet var i ett helt annat läge.

"Det är fascinerande arkiv från det förflutna, men det kan hjälpa oss också att förstå framtiden."