uppdrag 1 is - euso.seeuso.se/wp-content/uploads/euso-2017-uppdrag-1.pdf · uppdrag 1: ice 3...

Uppdrag 1

IS 9 maj 2017

Land:

Lag:

Uppdrag 1: ICE 2

Allmänna instruktioner

Ni har fyra timmar på er att genomföra uppdraget

Ha på labrocken och skyddsglasögonen hela tiden som ni vistas i labbet. För dig som använder glasögon i vanliga fall så duger det med dessa även nu.

Det är förbjudet att äta och dricka i labbet.

Om ni får kemikalier på huden ska ni omedelbart skölja av dem med kranvatten.

Alla papper som ni använder, även kladdpapper, måste lämnas in när ni är klara med uppgiften.

Alla resultat ska föras in i gula svarshäftet

De grafer ni ritat ska ni lämna in tillsammans med svarshäftet.

Observera att det endast är graferna och det som ni skrivit in i gula svarshäftet som kommer att poängbedömas.

Uppdraget består av fyra experiment.

Experiment 1: 32 poäng Experiment 2: 32 poäng Experiment 3: 20 poäng Experiment 4: 26 poäng

Uppdrag 1: ICE 3

Introduktion

Välkommen till Islabbet. Det här ska vara er arbetsplats under de kommande fyra timmarna. Ni ska här undersöka hur klimatet och livsbetingelserna har sett ut under tidigare epoker.

Den ökande halten av växthusgaser i atmosfären förändrar klimatet på jorden radikalt. Experter diskuterar hur stor framtida ökning av den globala medeltemperaturen som vi kan förvänta oss, och om ökningen kommer att innebära att glaciärisarna vid polerna snabbt smälter. En av dessa glaciärisar är Grönlands inlandsis. Om denna is smälter kan havsnivån höjas med många meter.

Om vi ska kunna förutsäga det framtida klimatet behöver vi få avsevärt bättre kunskap om, och förståelse för, hur klimatet har sett ut under tidigare epoker. Ett viktigt verktyg är då att undersöka långa stavar av is som har borrats fram från isens yta och ned till fasta marken . På vissa platser på Grönland är istäcket mer än 3000 m tjockt. Dessa iskärnor representerar en källa till omfattande kunskap om klimatet i det förgångna. Mätningar av isens egenskaper och dess innehåll av föroreningar och luftbubblor ger möjlighet att detaljerat undersöka hur atmosfären, haven och istäckena sett ut under tidigare epoker.

Ni ska undersöka prov tagna från borrkärnor som hämtats från forskningsstationen NEEM på Grönland, och ni ska analysera DNA-fragment i prov från en plats kallad Dye-3. Ni ska också artbestämma nu levande organismer från så kallade kryonitiska hålrum i den arktiska isen. Ni ska karakterisera klimatet under tidigare epoker genom fysikaliska, kemiska och biologiska undersökningar.

Härigenom kommer ni att kunna bidra till ökad förståelse för det klimat vi har idag, liksom för klimatet under tidigare interglaciala perioder, och på så sätt förbättra förståelsen för hur klimatsystemet ändras, och för möjligheten att förutsäga hur istäcket kommer att reagera på framtida klimatförändringar.

Figur 1.0. Grönland, beläget nära nordpolen. Forskningsstationen NEEM och läget Dye-3 har

markerats.

Uppdrag 1: ICE 4

Experiment 1 32 poäng

Inledning

Iskärnor från polarområdena kan ge värdefull information om hur jordens klimat har sett ut tidigare. Willi Dansgaard, en pionjär inom forskningen om iskärnor, föreslog 1952 att det finns ett starkt samband mellan förhållandet mellan tunga och lätta syreisotoper i vattemolekyler i smältvattnet och temperaturen i atmosfären vid den tidpunkt då snön föll. Som ett resultat av detta kan studier av is från de djupa islagren på Grönland och Antarktis ge information om hur klimatet sett ut tio- till hundratusen år bakåt i tiden.

Ni kommer här att få den unika möjligheten att genomföra mätningar och beräkningar på prov från borrkärnor från det grönländska istäcket. Först ska ni mäta isens densitet, och därefter ska ni bestämma temperaturen på Grönland under tidigare epoker med hjälp av modern laserspektroskopiutrustning.

Material

● 1 isprov från borrkärna, 2 cm tjockt ● 1 bägare, 1000 ml ● 1 flaska med kallt, avjoniserat vatten ● 1 precisionsvåg(+/- 0,1 g) ● 1 potatisgaffel ● 1 termometer ● 1 skjutmått av plast ● Millimeterpapper ● 2 flaskor med vattenprov från borrkärnor – dessa kommer att delas ut ● 2 plastpipetter ● 2 analysprovbehållare

1.1 Isens densitet

Det översta lagret av grönlandsisen består av "firn", fjolårssnö. Begreppet firn (på tyska betyder det bokstavligen "förra årets snö") använder vi för det material som håller på att komprimeras från snö till is. Som första uppgift ska ni experimentellt bestämma densiteten för ett isprov från en borrkärna hämtad från det grönländska istäcket.

Uppdrag 1: ICE 5

Var vänliga observera följande:

Nedanstående experiment kräver att ni arbetar med en isbit i en miljö där temperaturen ligger ovanför 0 °C. Ni måste därför innan ni hämtar isprovet från kylskåpet noga förbereda för de mätningar ni ska göra, noggrannt läsa igenom alla steg i instruktionen nedan, och i laget lägga upp en plan för hur ni ska gå till väga. Om ni drar ut på tiden när ni gör detta experiment kommer isbiten att smälta onödigt mycket, och då blir era mätresultat sämre. Kom också ihåg att varje mätning och beräkning i denna del av uppdraget kräver att ni gör en feluppskattning. Uppskattning av mätnoggrannhet är ett mycket viktigt område inom experimentell fysik, och vi förväntar oss därför att ni är lika noggranna när ni gör feluppuppskattningar som när ni gör era mätningar.

Uppgift 1.1

Arbeta stegvis enligt nedan.

Uppgift 1.1.1

a. Hämta bägaren och det kalla avjoniserade vattnet från kylskåpet och fyll bägaren med 0,5 l vatten. Mät vattnets temperatur 𝑇𝑊.

¾ Skriv in resultatet i svarshäftet, ruta 1.1.1.

b. Använd grafen i Figur 1.1 för att bestämma densiteten för vatten 𝜌𝑤 vid den temperatur ni mätte upp.


Uppdrag 1: ICE 6

Figur 1.1. Densiteten för vatten som funktion av temperaturen.

Uppgift 1.1.2

c. Placera bägaren på vågen och bestäm massan för bägare och vatten 𝑚𝑤+𝑔.


d. Hämta ert iskärneprov från kylskåpet.

e. Använd skjutmåttet av plast för att bestämma isprovets diameter 𝐷𝑖𝑐𝑒 och tjocklek 𝐻𝑖𝑐𝑒.


f. Placera isprovet i vattnet. Mät den nya massan 𝑚𝑔+𝑤+𝑖𝑐𝑒.


g. Tryck med potatisgaffeln så att hela isbiten hamnar under vattenytan och mät massan 𝑚𝑔+𝑤+𝑖𝑐𝑒+𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒.


Uppgift 1.1.3

h. Beräkna volymen för ert isprov 𝑉𝑖𝑐𝑒.

Uppdrag 1: ICE 7


i. Beräkna massan för isprovet 𝑚𝑖𝑐𝑒.


j. Använd resultaten från steg h och i för att beräkna isen densitet 𝜌𝑖𝑐𝑒.


k. Använd resultaten från steg g och i för att göra en andra uppskattning av isens densitet 𝜌′𝑖𝑐𝑒 .

Visa alla mellansteg i din beräkning.


Uppgift 1.1.4

l. Beräkna differensen 𝜌′𝑖𝑐𝑒 − 𝜌𝑖𝑐𝑒.


m. Ni har förmodligen observerat att avläsningen ni gjort för 𝑚𝑔+𝑤+𝑖𝑐𝑒+𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒 när isbiten hålls nedtryckt under ytan inte är helt stabil. Uppskatta intervallet Δ𝑚𝑔+𝑤+𝑖𝑐𝑒+𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒.


n. Gör, utifrån det svar ni gav i steg m, en uppskattning av osäkerheten Δ𝜌′𝑖𝑐𝑒.


o. Antag att precisionen vid tillkapningen av isprovet och vid vid mätningen med skjutmåttet ger en osäkerhet på 0,2 mm för både 𝐷𝑖𝑐𝑒 och 𝐻𝑖𝑐𝑒, och beräkna osäkerheten för 𝑉𝑖𝑐𝑒 och 𝜌𝑖𝑐𝑒 (Δ𝑉𝑖𝑐𝑒, Δ𝜌𝑖𝑐𝑒).


1.2 Komprimering och omvandling av snö till is, och trycket i isen

Trycket som krävs för att omvandla fjolårssnön (firn) till is kommer från tyngden av materialet ovanför. Som ett resultat av detta, ökar densiteten med ökat djup, vilket visas i Figur 1.2. Trycket på djupet z ges av ekvationen:

𝑝(𝑧) =𝑔 ∙ 𝑚𝑧

𝐴

Uppdrag 1: ICE 8

där 𝑔 är tyngdaccelerationen (9,81 ms-2) och 𝑚𝑧 är massan för den ovanförliggande pelaren av is på djupet z, med tvärsnittsarean 𝐴.

Uppgift 1.2.1

Baserat på ekvationen för trycket och Figur 1.2, besvara följande påståenden med sant eller falskt.

Påstående Sant Falskt 𝑝(𝑧) beror endast av djupet z. Vid mycket stora djup är 𝑝(𝑧) i huvudsak en funktion av djupet. 𝑝(𝑧) beror av djupet z och densiteten 𝜌. 𝑝(𝑧) är oberoende av djupet 𝑧. 𝑝(𝑧) är oberoende av tvärsnittsarean A för ispelaren.

¾ Kryssa för era svar i svarshäftet, ruta 1.2.1.

Uppgift 1.2.2

Beräkna trycket och densiteten för isen vid följande djup – använd Figur 1.2

Djup 𝒛 [m] Densitet 𝝆 [kgm-3] Tryck 𝒑 [kPa] 0 80 160 1000

¾ Skriv era svar i svarshäftet, ruta 1.2.2.

Vår mindre borrutrustning kan åstadkomma borrkärnor av is med en diameter på 74 mm, och längder på 1 m, tagna från djup ner till 350 m.

Uppgift 1.2.3

Beräkna massan av borrkärnor av is, tagna från följande djup.


Djup 𝒛 [m] Massa 𝒎 [kg] 80 160

Den stora borrutrustningen kan åstadkomma borrkärnor av is med en diameter på 98 mm och längder på 4 m, tagna på djup ända ner till botten av istäcket.

Uppgift 1.2.4

Beräkna massan av borrkärnor av is, tagna med den stora utrustningen från följande djup.

Uppdrag 1: ICE 9

¾ Skriv era svar I svarshäftet, ruta 1.2.4.

Djup 𝒛 [m] Massa 𝒎 [kg] 1000 2000

Uppdrag 1: ICE 10

Figure 1.2. Densiteten för inlandsis från Grönland, som funktion av djupet.

(Observera hur axlarna är orienterade)

1.3 Isotopdatering av is

I nästa del av det här experimentet ska ni att arbeta med isprov från den djupare delen av borrkärnan tagen vid NEEM. Denna borrkärna av is borrades fram mellan 2007 och 2012, och innehåller is från den närmast föregående varma, interglaciala perioden (en period mellan två istider). Ni kommer att få två flaskor med riktiga isprov från två olika djup av istäcket. Ni kommer att uppmanas att uppskatta åldern för båda proven, beräkna temperaturen i atmosfären ovanför istäcket och till sist ombeds ni att preparera (göra i ordning) provbehållare för att kunna göra isotopanalys med en laserspektrometer.

Isflöde

Vanligtvis tänker vi på is som ett fast ämne. I verkligheten beter sig is som en vätska om den utsätts för tryck- eller dragspänningar, och ingen annan plats på jorden erbjuder bättre möjligheter än istäckena på Grönland och Antarktis för detta. Varje år faller ett nytt lager med snö ovanpå istäcket.

Uppdrag 1: ICE 11

Efter att det skiktet genomgått en komprimeringsprocess medför den ökande tyngden av is att lägre skikt gradvis sträcks ut och tunnas ut. I Figur 1.3 visas hur ett isskikt som från början är 20 cm tjockt (typiskt för NEEM för tillfället) gradvis tunnas ut, så att det vid 1000 m djup har blivit ca 10 cm tjockt (50 % av det ursprungliga värdet).

Figur 1.3. Isflöde

Genom att använda väldigt noggranna och högupplösta mätningar av isotoper i vattenmolekylerna och små föroreningar, kan vi bestämma tjockleken på det årliga tillväxtskiktet i borrkärnan av is. I tabellen nedan, Tabell 1, kan ni se hur ett givet års skikttjocklek (som vi hädanefter kommer att kalla för 𝝀, uttryckt i meter per år) ser ut, baserat på riktiga mätningar från NEEM.

Uppgift 1.3.1

Gör en graf på millimeterpappret ni fått, med 𝜆 som funktion av djupet, z, baserat på de data som finns i Tabell 1. Ni får binda samman punkterna med räta linjer. Namnge grafen “Graph 1.3.1” och bifoga den i svarshäftet.

¾ Bifoga “Graph 1.3.1” med svarshäftet.

Tabell 1

Djup 𝒛 [m] Årlig skikttjocklek 𝝀 [m/yr]

0 0.25

500 0.2

1200 0.1

1400 0.04

1500 0.0125

Uppdrag 1: ICE 12

Isens ålder

Storheten 𝜆 är extremt användbar eftersom den kan användas för att beräkna åldern på ett isskikt. Om 𝜆 är en känd funktion av djup, och vi kan anta att skiktet är tunt med tjocklek Δ𝑧, så kan det antal år, Δ𝑡, som bygger upp skiktet beskrivas av följande ekvation:

∆𝑡 =1𝜆

∙ ∆𝑧

För ett tjockare skikt, mellan till exempel djupen 𝑧1 och 𝑧2, får vi antalet år 𝑡2 − 𝑡1 genom att beräkna arean under 1/λ-kurvan, som visas i Figur 1.4.

Figur 1.4

Uppgift 1.3.2

Använd Tabell 1 för att beräkna storheten 1/𝜆 vid de olika djupen: 0, 500, 1200, 1400 och 1500 m. Plotta storheten 1/𝜆 som funktion av djup, 𝑧. Bind samman punkterna med räta linjer. Namnge grafen “Graph 1.3.2” och bifoga den i svarshäftet.


Uppgift 1.3.3

Grafen ni just skapat i 1.3.2 gör det möjligt att beräkna åldern för isen på ett visst djup. Beräkna åldern för isen för 𝑧 = 0, 500, 1200, 1400 och 1500 m (med ålder menas: det totala antalet år det tagit från ytan till det nu intressanta djupet). Skapa en ny graf (“Graph 1.3.3”), där ni visar åldern, t, som funktion av djup, z. Ni kan binda samman punkterna med räta linjer.

Uppdrag 1: ICE 13


Isotopkvoter i polaris

Grundämnen med samma antal protoner men olika antal neutroner kallas för isotoper. Vattenmolekylen, H2O, finns naturligt med olika isotoper. Den vanligaste vattenmolekylen innehåller 1H and 16O (där index 1 och 16 anger antalet s.k. nukleoner), medan de två näst vanligaste varianterna är 1H16O2H and 1H2

18O. Dessa molekylära varianter kallas för “isotopologer”. “Isotopologer” har identiska kemiska egenskaper, men på grund av masskillnaden skiljer de fysikaliska egenskaperna något, till exempel förångning och diffusion. Man har kunnat visa att små variationer i isotopsammansättning hos det vatten som faller som snö på Grönland, beror på temperaturskillnader i atmosfären ovanför istäcket. Med andra ord, om vi kan mäta isotopsammansättningen för vattnet i borrkärnan av is, från ytan till botten, så kan vi få en uppfattning om temperaturhistoriken på Grönland från nutid och flera tiotusentals år bakåt i tiden.

Inom geokemisk isotopanalys anges isotopsammansättningen för vatten i jämförelse med ett “internationellt standardvatten” som kallas för Vienna Mean Ocean Water (VSMOW). Den internationella symbolen för detta är 𝛿 (𝛿18Ο motsvarar skillnader i antalet syreatomer och 𝛿2H motsvarar skillnader i antalet väteatomer). Som regel gäller att ju mer negativt värdet för 𝛿18Ο är i isen på Grönland, desto kallare var klimatet då det isprovet föll som snö ovanpå den grönländska isen. Eftersom storheten 𝛿 är en relativ storhet, är den enhetslös och anges typiskt i promille.

Ni kommer att få två plastflaskor som innehåller prov av is (i smält form) från riktiga borrkärnor. Proven är tagna frå två olika djup, vilka är markerade på flaskorna. Ni har också ett diagram som visar isotopprofilen för vatten från NEEM (Figur 1.5) och sambandet mellan djup och ålder, från ytan ned till 1700 m vid NEEM (Figur 1.6).

Uppgift 1.3.4

Uppskatta åldern för de båda proven och markera dessa tydligt som vertikala (lodräta) linjer i Figur 1.5 och Figur 1.6. Använd sedan grafen med isotopsammansättning, och uppskatta approximativt det isotopinnehåll, 𝛿18O, som ni förväntar er för vardera provet. Vilket av de två proven anser ni kommer från en tidsperiod då klimatet var avsevärt mycket kallare än nu?

Uppdrag 1: ICE 14


Figur 1.5. 𝜹18O som funktion av ålder (uttryckt i antalet år före år 2000) för borrplatsen NEEM.

Uppdrag 1: ICE 15

Figur 1.6. Sambandet djup - ålder, från ytan till 1700 m vid borrplatsen NEEM.

Uppgift 1.3.5

Två olika versioner av sambandet “temperatur – 𝛿18O” ges av ekvationerna nedan (𝑇 i °C och 𝛿18O i promille). Den första är linjär och den andra är kvadratisk. Använd dessa ekvationer för att beräkna temperaturen ovanför istäcket vid tiden då snön föll för de båda proven ni fick. Vad blir skillnaden i temperatur mellan de två proven?

𝑇 = 1.5 ∙ 𝛿18O + 20.45

𝑇 = −0.1 ∙ (𝛿18O)2 − 4.46 ∙ 𝛿18O − 72.43


Preparering av prov

Ni ska nu genom att överföra isproven (smält form) till analysprovbehållarna (små glasflaskor). För att kunna göra detta har ni fått två pipetter. Ni behöver överföra ungefär 1,5 ml vatten från provflaskan till analysprovbehållarna. Provpreparering är ett viktigt steg för att kunna mäta isotopförhållanden. Om detta inte görs ordentligt, kan det leda till mätfel.

Kom ihåg dessa punkter under prepareringen:

Uppdrag 1: ICE 16

x Förångning av provet kan leda till förändring av isotopsammansättningen. x Om annat vatten blandas med provet får man ett isotopförorenat prov.

Uppgift 1.3.6

Utför överföringen av proverna. Märk analysprovbehållarna noggrant och placera dem på brickan ni fick. Era prov kommer att analyseras med en “Cavity Ring Down Laser Spectrometer” under natten för att avgöra kvaliteten på era provprepareringar. Kalla på laboratorieassistenten för att denne ska ta hand om era prover och kontrollera dem.

Uppgift 1.3.6

Besvara de fyra påståendena nedan med Sant/Falskt.

Påståenden Sant Falskt

Tiden som provet exponeras mot labluften kan påverka kvaliteten på mätningen.

Endast en pipett ska användas för att överföra båda proven.

Genom att hålla proven så kalla som möjligt hjälper det till att minimera förändringar i isotopsammansättning.

Den exakta mängden vatten som överförs till analysprovbehållarna är kritisk för kvaliteten på isotopanalysen.


Uppdrag 1: ICE 17


Mängd koppar och zink i en borrkärna av is

Vulkanen Laki på Island hade ett utbrott den 8 juni 1783 och eruptionen pågick fram till februari 1784. Mängden gas och aska som släpptes ut i atmosfären påverkade klimatet i Europa. Genom att analysera borrkärnor av is tagna från Grönland har man genom kemiska analyser fått fram värdefull information om sådana händelser. Isen har bildats genom att varje års snöfall har pressats ihop. Varje årslager ger information om temperatur och atmosfärens sammansättning, inklusive den eventuella mängden vulkanisk aska under det årets snöfall. Undersökningar har visat att vulkanisk aska innehåller metaller.

I detta experiment ska ett årslager från en borrkärna analyseras utifrån dess innehåll av koppar och zink. Genom att jämföra med resultat från andra borrkärnor så kan man få reda på om innehållet av koppar och zink kan kopplas till Lakis utbrott.

Material och utrustning

● Tratt ● Byrette 25 mL ● E-kolv, 100 mL ● 3 bägare, 250 mL ● 3 graderade mätcylindrar, 10 mL ● Pipettes: 5, 10 (3 st), 15, 20 (2 st), 25 (2

st) mL ● Peleusboll ● 6 Mätkolvar, 100 mL ● Mätkolv, 50 mL ● 10 Plast-kyvetter, 10 mm ● Provrör, 20 mL ● 10 Plastpipetter, 1 mL ● 50 mL 0,20 M CH3COOH/1,7 M

NaCH3CO2 buffertlösning

● 10 mL 0,50 % Xylenol Orange indikatorlösning

● 50 mL 0,20 M Na2S2O3-lösning ● 250 mL 1,3 M NH4Cl/7,0 M NH3, pH =

10, buffertlösning ● 100 mL 0,0360 M Cu(ClO4)2-lösning ● 250 mL 0,0170 M EDTA-lösning ● 150 mL (Cu/Zn) analyslösning ● Vernier SpectroVis Plus

Spectrophotometer ● Dator ● Sköljflaska i plast ● Avfallsbehållare, märkt med “X” ● mm-papper

För att framställa provet så smältes 180,6 gram av borrkärnan och all vätska överfördes till en 2000 mL mätkolv. Flaskan fylldes därefter upp med vatten upp till markeringen. Den lösning ni fått, märkt (Cu/Zn), är 109 gånger mer koncentrerad än den ursprungliga lösningen. I detta experiment ska man ta reda på masskoncentrationen av Cu2+ och Zn2+ i analyslösningen (Cu/Zn). Koncentrationen av Zn2+ tas fram med en EDTA-titrering och koncentrationen av Cu2+ med hjälp av spektrofotometri. Mängden Cu2+ och Zn2+ i borrkärnan kan slutligen beräknas.

Uppdrag 1: ICE 18

A. EDTA (EthyleneDiamineTetraAcetate) titrering

H4edta, vanligen förkortat till EDTA, bildar väldigt stabila komplex med metalljoner M𝑞+ genom att avge H+ joner:

M𝑞+ + H4edta ⇌ M(edta)(4−𝑞)− + 4 H+

M(edta)(𝟒−𝒒)−

Det är därför många metalljoner i en svagt sur lösning kan titreras med EDTA, en så kallad komplexometrisk titrering.

Jämviktspunkten kan ses genom att använda en metalljonindikator, i detta fall Xylenol Orange, som binder till metalljoner med en färg (röd) före jämviktspunkten, och efter jämviktspunkten förekommer den som en fri indikator med en annan färg (gul) vid ett givet pH. Man använder en lösning av Na2H2edta ∙ 2H2O (framöver kallad EDTA-lösning) som titrator.

Xylenol Orange

Genom att tillsätta ett överskott av tiosulfat S2O32− binds Cu2+ till tiosulfatet inför den kommande

EDTA-titreringen:

2 Cu2+ + 6 S2O32− → 2 Cu(S2O3)2

3− + S4O62−

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Xylenol_orange.png

Uppdrag 1: ICE 19

Komplexet Cu(S2O3)23− reagerar inte med H2edta2−. Eftersom Zn2+ inte binder till tiosulfaten och

så reagerar Zn2+ med H2edta2−. I den kommande EDTA-titreringen kan endast mängden Zn2+ bestämmas:

Zn2+ + H2edta2− → Zn(edta)2− + 2 H+

Er byrett är fylld med avjoniserat vatten. Byretten ska först tömmas, sedan sköljas och fyllas upp med 0,0170 M EDTA-lösning. 10,00 mL av analyslösningen (Cu/Zn) ska överföras med en pipett till 100 mL E-kolven. Sedan ska 5 mL ättiksyra/acetat-buffertlösning (0,20 M CH3COOH/1,7 M

NaCH3CO2) och 5 mL 0,20 M Na2S2O3-lösning tillsättas. Till den färglösa lösningen ska 6 droppar 0,5 % Xylenol Orange-lösning tillsättas och sedan ska lösningen titreras med EDTA-lösning tills lösningens färg ändras från rött till citrongult.

Uppgift 2.1

¾ Volymen titrator 𝑉1 ska skrivas in i svarshäftet, ruta 2.1.

Den titrerade blandningen ska hällas ut i avfallsbehållaren märkt X. Titreringen ska upprepas två till gånger och värdena för 𝑉1 ska skrivas in i svarshäftet, ruta 2.1.

¾ Beräkna medelvärdet 𝑉1,𝑎𝑣 och skriv in resultatet i svarshäftet, ruta 2.1.

Uppgift 2.2

Beräkna [Zn2+] i analyslösningen (Cu/Zn), använd värdet på V1,av.

¾ Redovisa er uträkning och skriv in resultatet i svarshäftet, ruta 2.2.

Fråga 2.3

Varför reagerar inte komplexet Cu(S2O3)23− med H2edta2−?

¾ Markera de rätta svaren i svarshäftet, ruta 2.3.

Fråga 2.4

Ättiksyra, CH3COOH, är en svag syra med jämviktskonstanten 𝐾𝑎 = 1.78 ∙ 10−5 M, där 𝐾𝑎 kan uttryckas som:

𝐾a =[H3O+] · [CH3CO2

−][CH3COOH]

¾ Lös ut [H3O+] ur ekvationen och skriv in den nya ekvationen i svarshäftet, ruta 2.4.

Beräkna [H3O+] i ättiksyra/acetat-buffertlösningen.

¾ Visa resultatet i svarshäftet, ruta 2.4.

Uppdrag 1: ICE 20

Beräkna pH-värdet för buffertlösningen.

¾ Skriv in ekvationen och resultatet i svarshäftet, ruta 2.4.

För en lösning som innehåller ett korresponderande syra-baspar kan andelen syra, 𝑋𝑎, ange mängden av det korresponderande syra-basparet som finns i syra-formen. Andelen syra, 𝑋𝑎, är beroende av lösningens pH-värde. Sambandet mellan pH och 𝑋𝑎 för ett korresponderande syra-baspar visas grafiskt i en så kallad Bjerrum-graf. H4edta är en fyrvärd syra med p𝐾𝑎-värdena p𝐾𝑎1 = 1,99; p𝐾𝑎2 = 2,67; p𝐾𝑎3 = 6,16; p𝐾𝑎4 =10,22. Utifrån dessa värden kan Bjerrum-grafen för ett EDTA-system ritas.

Bjerrum-graf för EDTA-system.

Fråga 2.5

Använd Bjerrum-grafen för att uppskatta huruvida en vattenlösning av Na2H2edta ∙ 2H2O är sur, basisk eller neutral. Motivera ert svar genom en markering på pH-axeln i Bjerrum-grafen.

¾ Skriv in svaret i svarshäftet, ruta 2.5.

B. Spektrofotometri

Färgade föreningar absorberar ljus i det synliga våglängdsområdet (𝜆 = 400 − 700 nm). I en kyvett innehållande en lösning av förening S beror absorbansen (𝐴) på sträckan (𝑙), koncentrationen av S ([𝑆]) och den våglängdsberoende absorptionskoeffecienten (𝜀) för S, sambandet ses nedan:

𝐴 = 𝜀 ∙ [𝑆] ∙ 𝑙

Ekvationen kallas Lambert-Beers lag.

Metalljonerna Cu2+ och Zn2+ reagerar kvantitativt med ammoniak i vattenlösning och bildar föreningarna Cu(NH3)4

2+ och Zn(NH3)42+:

0,0

1,0

0 2 4 6 8 10 12 14pH

Xa

H4edta edta4-Hedta3-H2edta2-

H3edta-

Uppdrag 1: ICE 21

M2+ + 4 NH3 → M(NH3)42+ ( M2+ = Cu2+, Zn2+ )

Vid en given våglängd är absorbansen för en sådan lösning lika stor som summan av absorbansen för de föreningar som finns i lösningen:

𝐴 = 𝐴(Cu(NH3)42+) + 𝐴(Zn(NH3)4

2+)

Detta kan skrivas så här:

𝐴 = 𝜀(Cu(NH3)42+) ∙ [Cu(NH3)4

2+] ∙ 𝑙 + 𝜀(Zn(NH3)42+) ∙ [Zn(NH3)4

2+] ∙ 𝑙

I hela det synliga våglängdsområdet gäller att 𝜀(Zn(NH3)42+) = 0 M−1cm−1 och absorbansen för

en vattenlösning innehållande Cu2+, Zn2+ och ett överskott av NH3 är därför:

𝐴 = 𝜀(Cu(NH3)42+) ∙ [Cu(NH3)4

2+] ∙ 𝑙

Absorbansen fås genom användning av en Vernier SpectroVis Plus-Spektrofotometer som är kopplad till en dator och ni använder kyvetter med sträckan 𝑙 = 1.00 cm. En ammonium/ammoniak-buffertlösning (1,3 M NH4Cl/7 MNH3, pH = 10) används som en ammoniak-källa och en 0,0360 M koppar(II) perklorat-lösning, Cu(ClO4)2, som en Cu2+-källa.

Sex lösningar (1-6) med kända Cu(NH3)42+-koncentrationer förbereds genom att med pipett

överföra 0,0360 M Cu(ClO4)2 till sex olika 100 mL mätkolvar. Följande volymer mäts upp: 0; 5,00; 10,00; 15,00; 20,00 och 25,00 mL. Till varje mätkolv tillsätts sedan 20,00 mL ammonium/ammoniak-lösning (1,3 M NH4Cl/7 M NH3, pH = 10). Kolvarna fylls sedan upp till markeringen med vatten och skakas noga.

Fråga 2.6

Beräkna Cu(NH3)42+-koncentrationen för varje lösning 2-6.


Använd lösning 1 som blank, mät absorbansen vid 𝜆 = 618 nm (𝐴618) för lösningarna 2-6. (Använd Appendix C för att se instruktioner för spektrofotometern.)

¾ Skriv in resultatet i svarshäftet, ruta 2.6.

Använd en pipett för att överföra 25,00 mL av analyslösningen (Cu/Zn) till en 50 mL mätkolv. Tillsätt med en pipett 10,00 mL ammonium/ammoniak-buffertlösning (1,3 M NH4Cl/7 MNH3, pH = 10). Mätkolven ska fyllas med vatten upp till markeringen och skakas noga. Denna lösning ska märkas 7.

Fråga 2.7

Mät absorbansen vid 𝜆 = 618 nm (𝐴618) för lösning 7.

Uppdrag 1: ICE 22

¾ Skriv in resultatet i svarshäftet, ruta 2.7.

Plotta värdena för 𝐴618 mot [Cu(NH3)42+] för lösningarna 2-6 på ert mm-papper (skriv som rubrik

”Graph 2.7”). Dra en linje anpassad till punkterna och beräkna lutningen samt m-värdet.

¾ Bifoga ”Graph 2.7” till svarshäftet.

Fråga 2.8

Ta reda på lutningen och m-värdet.

¾ Markera era avläsningar i grafen

samt redovisa era beräkningar och svar i svarshäftet, ruta 2.8.

Fråga 2.9

Beräkna absorptionskoeffecienten , 𝜀, för Cu(NH3)42+ vid 𝜆 = 618 nm.

¾ Redovisa era beräkningar och resultat i svarshäftet, ruta 2.9.

Fråga 2.10

Använd 𝐴618-värdet för lösning 7 för att beräkna [Cu2+] i analyslösningen (Cu/Zn).

¾ Redovisa era beräkningar och resultat i svarshäftet, ruta 2.10.

Använd en graderad mätcylinder och överför 10 mL analyslösning (Cu/Zn) till ett provrör. Tillsätt droppvis ammonium/ammoniak-buffertlösning (1,3 M NH4Cl/7 MNH3, pH = 10). Efter bara några droppar av buffertlösningen kommer en fällning bildas. Tillsätt mer buffertlösning droppvis under omrörning tills fällningen är fullständigt återupplöst.

Fråga 2.11

Föreslå, men en kemisk molekylformel, vad den bildade fällningen skulle kunna vara.


¾ Skriv en balanserad reaktionsformel för bildandet av fällningen i svarshäftet, ruta 2.11.

C. Borrkärnan av is

Fråga 2.12

Beräkna borrkärnans innehåll av Cu2+ och Zn2+ i pg/g (1 pg = 10−12 g). Molmassor: 𝑀𝐶𝑢 =63,54 𝑔/𝑚𝑜𝑙 och 𝑀𝑍𝑛 = 65,38 𝑔/𝑚𝑜𝑙.

¾ Redovisa beräkningar och resultat i svarshäftet, ruta 2.12.

Uppdrag 1: ICE 23

Från en annan borrning på Grönland har åtta borrkärnor analyserats utifrån sitt innehåll av koppar och zink. Borrkärnorna som togs på ett djup mellan 67,155 – 67,785 m innehöll årliga lager mellan åren 1782 – 1785. Resultatet blev detta:

Djup (m) Provnummer Cu (pg/g) Zn (pg/g)

67,155–67,23 1 0,46 35

67,23 –67,305 2 1,6 26

67,315–67,40 3 2,9 42 67,74 –67,485 4 6,4 35

67,485–67,555 5 2,0 11

67,555–67,625 6 20,5 490

67,645–67,745 7 3,2 21

67,745–67,785 8 1,2 24 Man har dragit slutsatsen att de höga värdena av koppar och zink i provnummer 7 kan kopplas till utbrottet av vulkanen Laki. Genom att jämföra era resultat med tabellen kan ni uppskatta om mängden koppar och zink i er borrkärna kan kopplas till Laki’s utbrott.

¾ Kryssa för det rätta svaret i svarshäftet, ruta 2.13.

Uppdrag 1: ICE 24


Liv i extrema miljöer, metazoer

Många olika typer av extrema och tuffa ekosystem förekommer runt om i världen. I ett sådant ekosystem utmanas levande organismer av extrema överlevnadsfaktorer när det gäller temperatur, tillgänglighet på vatten, salthalt, pH, syretillgång. För att överleva i dessa fientliga miljöer krävs särskilda anpassningar och enbart de mest tåliga organismerna överlever. Organismer som lever i arktiska miljöer är förstås anpassade till mycket kalla temperaturer. Kryonitiska hålrum (bildas när damm smälter ner i snön eller isen) erbjuder en nisch för alger, bakterier och metazoer (flercelliga djur). I den här uppgiften får ni ett prov som visar material som kan finnas i ett kryonitiskt hål.

Figur 3.1. Kryonitiskt hål.

Material

● Petriskål med sedimentprover ● Stereolupp eller stereo-mikroskop ● Dissektionsnål ● Identifieringsnyckel (Appendix A1) ● Bildnyckel (Appendix A2)

Hitta och identifiera metazoiska livsformer

Fråga 3.1

Hitta och identifiera aktiva och rörliga mikroskopiska metazoiska livsformer (upp till 1 mm långa) i sedimentprovet. Använd stereoluppen och identifikationsnyckeln. (Appendix A1).

¾ Fyll in svaren i svarshäftet.

Uppdrag 1: ICE 25

Notera att:

1. Bilderna (Appendix A2) visar djur som finns i sedimentproverna men också djur som INTE är mikroskopiska och/eller INTE finns i provet. Siffror som är markerade med en asterisk (*) i "Identifikationsnyckeln" (Appendix A1) refererar till en särskild bild i Appendix A2.

2. Ni ska använda "Terminologin" som ges nedan när ni fyller i svaren.

3. Fyll i svaren i svarshäftet korrekt. Om ni fyller i exakt de mikroskopiska metazoiska organismer som finns i ert sedimentprov erhålls bonuspoäng.

Terminologi

Metazoan Ett flercelligt djur med celler som differentierats till vävnader.

Radiärsymmetri Djuret har en central radiär axel som ger symmetri i två eller flera spegelbilder. Djuret har ingen höger och vänstersida.

Appendages Extremiteter

Yttre utskott från djurets kropp t.ex. ben eller antenner.

Cilium (plural cilia) tunna, hårlika utskott från cellens yta. Cilier kan vara rörliga eller orörliga.

Scalids Hårda utskott som fungerar vid rörelse, kemisk eller mekanisk reception.

Articulated Består av sektioner som hålls samman med leder.

Uppdrag 1: ICE 26

Experiment 4 26 Poäng

Forntida grönländska habitat (ekosystem)

Djupt under istäcket ända nere vid berggrunden kan rester från liv som fanns före istiden iakttas. Prover har tagits 2000-3000 meter djupt i isen (Se Figur 4.1) från is-borrkärnan vid platsen Dye 3. Genom att studera basalisen som innehåller jordpartiklar är det möjligt att hitta material som lossnat och förts upp genom isens rörelser. Eftersom basalisen kan innehålla en mängd forntida genetiskt material som kan ge indikationer om ett dåtida klimat och mångfald (diversitet) av de växter som fanns på Grönland innan isen täckte området. Forntida jord-dna har extraherats från detta material.

Figur 4.1. Illustration av istäcket

I detta experiment kommer ni att analysera DNA från prover som kan avgöra vilken typ av ekosystem som fanns på Grönland innan isläggningen. Du kommer att leta efter växter som är indikatororganismer, som trivs i särskilda klimat och har särskilda temperaturkrav för att överleva och föröka sig. Dessa olika krav på tillväxtförhållanden som olika växtfamiljer har visar oss inom vilka temperaturområden växtligheten fanns, längden på sommaren och vintern och om det t.ex. fanns skogar i området. Med hjälp av denna information är det möjligt för er att förklara vilken typ av habitat ni förväntar er att Grönland hade före bildningen av istäcket.

En PCR (polymerase chain reaction) har genomförts för att mångfaldiga DNA:t som vi vill att ni analyserar. Ert arbete är att analysera DNA från denna forntida miljö med gelelektrofores. Ni ska jämföra era resultat med ett DNA-bibliotek för moderna växter.

Uppdrag 1: ICE 27

För att avgöra förekomsten av en specifik växtfamilj har primers designats för att binda till ett område av DNA så att det avgör om och vilken indikatorfamilj som finns närvarande. Om en indikatorfamilj finns närvarande ser du ett band på gelen.

Materiel

x 1 gel cassette (gelkassett) x 1 FlashGel® ansluten med kablar och energiförsörjning x 1 Power source, strömförsörjningsenhet x 1 rör med buffert, märkt ”Buffer 4” x 1 mikropipett 2-20 µL x Pipettspetsar x PCR-rör innehållande DNA-prov för familjer, families (för Experiment 4A) x PCR-rör med DNA-prov för släkten, genera (för Experiment 4B) x Dammfria servetter x Avfallsburk x Appendix B

Taxonomiskt träd

Ni kommer nu att leta efter specifika växtfamiljer och släkten i era DNA-prover. Dessa familjer och släkten används som indikatorer för klimat eftersom de bara kan växa om klimatet passar växternas behov. När ni analysererar era resultat behöver ni använda Appendix B, Figur 4.2 och Figur 4.3.

Figur 4.2. Taxonomiskt träd med indikatorfamiljerna och deras indikatorsläkten. Notera att det

taxonomiska trädet inte är komplett. ordlista: plantae= växter fabales= ärtordningen Fagales=bokordningen Pinales=tallväxter (barrträd) Fabaceae= ärtfamiljen

Fagaceae bokfamiljen Betulaceae= björkfamiljen Pinaceae= tallfamiljen Taxaceae= idegransväxter Cassia= cassia släktet

Castanea = kastanjesläktet Alnus= alsläktet Picea= gransläktet Pinus= tallsläktet Taxus= idegranssläktet

Uppdrag 1: ICE 2

Elektrofores

Ni kommer att använda elektrofores som en del av er undersökning av forntida DNA-fragment från isen.

Fråga 4.1

¾ Skriv in den rätta bokstaven för ordet i svarshäftet, ruta 4.1.

Ord

A. aminosyra G. bas M. brunnar S. deoxyribos-molekyler

B. DNA-stege H. DNA-fragment N. fettsyror T. fosfatgrupper

C. glukosmolekyler I. tätast O. kortast U. kolhydrater

D. laddning J. längd P. längst V. loading dye

E. molekyler K. negativ pol Q. negativ netto-laddning

W. positiv pol

F. positiv netto-laddning

L. proteiner R. storlek X. makromolekyler

Text

En elektrofores genomförs i en gelkassett. Proverna laddas ner i { Ord 1 } i gelen, som täcks

med en buffert. När ett elektriskt fält läggs över gelen kommer makromolekyler såsom { ord

2 } och { ord 3 } separeras. Separationen beror på olika { ord 4 } och { ord 5 }

hos molekylerna.

Nukleinsyror migrerar (rör sig) mot den { ord 6 } eftersom de har { ord 7 } på grund av

{ ord 8 }. Proteiner kan däremot migrera mot antingen den positiva eller negativa polen

eftersom proteinets laddning beror på dess { ord 9 } -sammansättning.

Uppdrag 1: ICE 3

Experiment 4A. Analysera DNA-proverna med gelelektrofores

De olika DNA-proverna visar olika indikatorfamiljer som vi letar efter

Figur 4.3 The Lonza Flash gel system

Instruktion

1. Öppna påsen och ta ut kassetten.

2. Ta bort förseglingen och tejp från kassetten

3. Täck brunnarna med ”Buffer 4” och ta bort överflödig buffert från kassetten men ta inte bort buffert vid brunnarna. Fråga instruktören om ni är osäkra. Inga poängavdrag ges för detta.

4. Sätt i kassetten i hållaren.

5. Ladda proverna (5 µL per prov) såsom visas i Figur 4.4 nedan. Kom ihåg att anteckna vilket prov som laddas i vilken brunn.

OBS: Använd bara 5 brunnar, eftersom ytterligare 6 brunnar kommer att behövas senare.

6. Sätt i kablarna enligt färgkoderna på elförsörjningsenheten (power source).

7. Ställ in Voltage 195 V DC, Power 15 W, Current: 25 mA, och time till 10 min.

8. Tryck på ”run” när enheten är inställd enligt ovan. Kontrollera att sladdarna är rätt kopplade.

9. Observera elektroforesens förlopp varje minut genom att trycka på knappen för belysningen.

Uppdrag 1: ICE 4

Figur 4.4. Ladda prover i brunnarna i gelen.

Analysera resultaten från experiment 4A.

Forntida DNA bundet till jordpartiklar som har konserverats under istäcket ger en glimt av den forntida naturhistorien. Eftersom materialet varit fruset och fritt från syre har nukleotidsekvenserna bevarats, men i nedbrutet skick.

Vi kan använda de korta nedbrutna bitarna av DNA-sekvenser som ett taxonomiskt bibliotek från de tidiga släktena i detta geografiska område av Grönland. I listan nedan är de familjer vi letar efter förtecknade. Genom att använda familjespecifika primers i PCR reaktionen är dessa familjer möjliga att identifiera och särskilja.

A1. Taxaceae - idegransväxter

A 2. Pinaceae - tallväxter

A 3 Betulaceae – björkväxter

A 4 Fabaceae – ärtväxter

A 5. Fagaceae – bokväxter

Fråga 4.2

Skriv namnen i svarshäftet på de familjer ni har analyserat. Gör det genom att skriva + (förekomst) eller – (ej förekomst) i svarshäftet under familjenamnet.

¾ Skriv namnen på familjerna ni hittat och analyserat i svarshäftet, ruta 4.2.

Uppdrag 1: ICE 5

Fråga 4.3

Avgör om nedanstående påståenden är sanna eller falska. Använd data från experiment A som grund och informationen i Appendix B.

Påstående Sant falskt Inga växter fanns vid den tiden Bara fyra familjer förekom vid den tiden. Vintrarna var kallare än -2 °C och somrarna varmare än 10 °C Bara tre familjer förekom vid den tiden. Ingen slutsats angående temperaturföhållanden kan göras med den givna informationen om familjerna som grund.

Grönland hade skog vid den aktuella tiden.

¾ Kryssa för svaren i svarshäftet ruta 4.3

Fråga 4.4

Vilka familjer skulle vara relevanta att analysera vidare? Taxaceae idegransväxter, Fagaceae-bokväxter, Pinaceae-tallväxter, Fabaceae-ärtväxter och/eller Betulaceae-björkväxter?

¾ Markera ert svar genom att ringa in de aktuella namnen I svarshäftet, ruta 4.4.

Experiment 4B. Analysera DNA-prov med gelelektrofores

DNA-proverna visar vilka släkten vi ska leta efter.

Instruktioner

1. Försäkra dig om att brunnarna har buffert och ta bort överflödig buffert från kassetten. 2. Sätt i kassetten i hållaren. 3. Ladda proverna (5 µl per prov). Kom ihåg att skriva upp vilket prov som laddas i vilken brunn.

OBS: Observera använd INTE en brunn som använts I förra experimentet!

4. Anslut kablarna till elförsörjningsenheten (power source) så som färgerna visar. 5. Sätt power till: Voltage 195 V DC, Power 15 W, Current: 25 mA, och time till 10 min. 6. Tryck på “run” och starta gelelektroforesen. 7. Observera elektroforesens förlopp varje minut genom att trycka på knappen för

belysningen. Låt elektroforesen pågå maximalt 9 minuter. Fråga instruktören om något krånglar. Inga poängavdrag ges för detta.

Analysera resultaten från experiment 4B

Precis som i experiment 4A används nu det givna taxonomiska trädet och tabellen nedan för att indikera släkten.

Uppdrag 1: ICE 6

Fråga 4.5

Skriv namnen på de släkten du har analyserat och ange det eller de släkten som förekom i dina prov.

¾ Markera i svarshäftet med + (förekomst) eller – (ej förekomst) i ruta 4.5.

I listan nedan finns de släkten som vi letar efter i DNA-proverna som vi fått fram efter PCR med primers som är specifika för släkten.

1. Alnus - alar 2. Picea - granar 3. Pinus - tallar 4. Taxus - idegranar 5. Cassia – cassia-släktet av ärtväxter 6. Castanea - kastanjeväxter

Fråga 4.6

Baserat på experiment 4B, appendix B och ovanstående svar; Vilken typ av habitat var dominerande på platsen Dye 3?

Påstående Sant Falskt Regnskog.

Lövskog tempererad skog Myr (en våtmark utan skog som domineras av levande torvbildande växter.)

Äng (öppet område med gräs)

Boreal skog med en blandning av barrträd och lövträd.

¾ Markera svaren i svarshäftet, ruta 4.6.

Uppdrag 1: ICE 7

Fråga 4.7

Vi vill vara säkra på att DNA:t från de basala isproverna verkligen representerar det forntida ekosystemet och inte bara föroreningar från luften som transporterats till Grönland från andra områden. Var skulle du ta kontrollprover i iskärnan för att avgöra om ev. luftburet exotiskt DNA förekommer i isen?

Påstående Sant Falskt I centrum av den glaciala iskärnan och nära den basala isen där exotiskt DNA skulle kunna ha inkorporerats tillsammans med luft, luftburna föroreningar och snö.

I den rena glaciala isen mycket närmare ytan än den basala isen. Bara på toppen av istäcket eftersom denna plats har störst sannolikhet att vara kontaminerad.

Atmosfäriska luftprover eftersom detta är platsen där föroreningarna finns. Atmosfäriska luftprover från toppen av istäcket eftersom de båda innehåller föroreningarna.

¾ Kryssa för dina svar i svarshäftet, ruta 4.7.

Fråga 4.8

Med indikatorsläktena som grund,

Gör en analys av hur klimatet med största sannolikhet var vid den tid dessa organismer levde på Grönland. Vilka är de övre och nedre temperaturgränserna? Använd Appendix B.

Påstående Sant Falskt På sommaren är det mer än 10 °C varmt

Vintertemperaturen går ner till –40 °C.

På vintern är det inte kallare än –17 °C.

Vintertemperaturen går inte under –1 °C.

¾ Kryssa för dina svar i svarshäftet, ruta 4.8.

Uppdrag 1: ICE 8

Avkoda protein-sekvensen

Forskarna vid Dye 3 hittade en del av ett protein vid studier av sina fynd. Ert jobb är att avkoda proteinsekvensen till ett mRNA och sedan välja specifika primers för att använda dessa i PCR (polymerase chain reaction). Ni ombeds bara att använda en primer1 som är 12 baspar lång, även om den är alldeles för kort för att vara specifik när det gäller äkta DNA-analys. Vanligtvis använder man både ”forward” och ”reverse” primers.

Proteinsekvensen är

Met-Phe-Asp-Gln-Asp-Tyr-Trp

Fråga 4.9

Använd den genetiska koden (Figur 4.5) och beräkna det möjliga antalet mRNA-kombinationer som kan bildas från proteinsekvensen.

Figure 4.5.

¾ Skriv ditt svar i svarshäftet, ruta 4.9.

1 Primers är små korta enkelsträngade DNA-fragment (20-30 nukleotider långa) som designas för att binda till en komplementär DNA-sträng. Under PCR kommer DNA-polymeras starta kopieringen vid primerns position. Därifrån blir DNA-strängen mångfaldigad.

Uppdrag 1: ICE 9

Fråga 4.10

Vilken av dessa mRNA-sekvenser är en av de möjliga kombinationerna från proteinsekvensen?

- 5’-AUG UUU GAU GAG GAC UAU UGG-3’ - 5’-AUG UUC CCA CAG GAC UAC UGG-3’ - 5’-AUG UUC GAU CAG GAC UAC UGG-3’ - 5’-AUG UUU GAU GGA GAU UAU UGG-3’ - 5’-AUG GGA GAU CAG GAU UAU UGG-3’


Fråga 4.11

Vilken av dessa sekvenser skulle ni använda som specifik primer för vidare analyser? Ni ombeds att endast använda en primer som är 12 baspar lång, även om den är alldeles för kort för att vara specifik när det gäller äkta DNA-analys. Vanligtvis använder man ”forward” och ”reverse” primers.

3’-CTC CTG ATA ACC-5’ 3’-GTT CTG ATG ACC-5’ 3’-GTC CTG ATG ACC-5’ 3’-CTT CTA ATA ACC-5’ 3’-GTC CTA TTA ACC-5’


Nu när vi känner till några av de växter och de temperaturförhållanden som förekom på Grönland innan det stora istäcket bildades och täckte större delen av landytan så vill vi veta när denna isbildning började inom området där Dye 3–kärnan hämtades.

Den basala isen har daterats med flera dateringstekniker, se nedan. Två av metoderna baseras på fysikaliska kunskaper och två på biologiska kunskaper. Den grundläggande teorin bakom teorierna beskrivs nedan.

1. Den första fysikaliska metoden för att datera isen är baserad på isotopsönderfall hos radioaktiva isotoper i isen som 10Be and 36Cl. De här två isotoperna finns i atmosfären och kommer in i istäcket tillsammans med snön. Metoden utnyttjar kvoten mellan sönderfallshastigheterna hos de två isotoperna, vilka beror exponentiellt av tiden. Därför kommer den här metoden att ge en tid som uppskattas utifrån hur länge isotoperna och luften varit instängd i isen. Teoretiskt sett är detta detsamma som isens ålder.

2. En annan fysikalisk metod är att datera med optisk stimulerad luminiscens (OSL). Denna metod uppskattar den tid som gått sedan jordpartiklarna senast belystes av dagsljus och alltså den tid som gått sedan de inneslöts i isen. Genom att belysa jordpartiklarna med en stark laserstråle kan man uppskatta mängden ljus som reflekteras tillbaka från mineralpartiklar i jorden bl.a. fältspat eller kvarts. Mängden ljus som reflekteras är

Uppdrag 1: ICE 10

proportionell mot hur lång tid det gått sedan partiklarna senast belystes av solen. Det här ger också en teoretisk uppskattning av när isen bildades och därmed även av dess ålder.

3. Den första biologiska metoden kallas amino acid racemization (AAR). Den mäter nedbrytningen av aminosyror från biologisk vävnad i organismer. Nedbrytningshastigheten för en särskild aminosyra är konstant under kalla förhållanden. Därför kan vi teoretiskt uppskatta åldern på isen baserat på graden av nedbrutna aminosyror i isprover från den basala isen.

4. Den andra biologiska metoden baseras på DNA och teorin om den molekylära klockan. Eftersom DNA bryts ner med tiden och uppvisar mutationer med en särskild frekvens är det möjligt att jämföra forntida DNA-sekvenser med moderna inom specifika genregioner. Därigenom kan vi uppskatta åldern på de forntida DNA-sekvenserna. Detta kommer att indikera när organismen levde och därigenom när isen bildades och byggde in DNA-sekvenserna.

Alla våra fyra dateringstekniker har utvecklats ganska nyligen för att tillämpas på isprover från basalisen, eftersom ingen annan välprövad metod varit tillgänglig för denna typ av material. Varje metod bidrar därför med en viss grad av osäkerhet. Därför bestämde man sig för att kombinera de fyra metoderna för att ge en sammanvägd ålder.

Figur 4.6. Fyra dateringsmetoder som använts för att avgöra åldern på forntida DNA i istäcket. Horisontell tidsaxel: År före nutid x1000. LIG: Last interglacial period, (senaste interglaciala perioden) för ca 120,000 år

sedan. Vertikal axel: De fyra metoderna. Streckade linjer indikerar osäkerhet för maximum och minimum.

Uppdrag 1: ICE 11

Fråga 4.12

Använd Figur 4.6. Kan ni avgöra när skog senast fanns på platsen Dye-3 genom att kombinera de fyra mätmetoderna?

¾ Markera svaret i svarshäftet, ruta 4.12.

SLUT PÅ UPPDRAG 1: IS

Task 1 ICE APPENDIX A1: identifikationsnyckel 1a Djuret har inget huvud och har radiärsymmetri 2*

1b. Djuret har långsträckt kropp 3

3a. Inga extremiteter förekommer. 4

3b. Extremiteter förekommer eller flertalet yttre cilier förekommer. 7

4a. Djuret är segmenterat och har e n post-anal svans. 5*

4b. Djuret är likformig genom hela kroppen. 6*

7a. Flertalet cilier förekommer 8

7b. Scalids (känselstrukturer) finns på huvudet (introvert). scalider 12

7c. Gång eller sim-extremiteter förekommer på kroppen 17

8a. Djuret har två tår, en mastax( käkar) och en cilierad corona (mundelar). 9*

8b. Djuret har inga tår, men en adhesive yta (disc) och en ring med cilier på huvudet, 10*

8c. Djuret har cilier på buksidans yta (ventral) I huvudsak på huvudet. 11*

12a. Djurets kropp är indelat I 11 segment. 13*

12b. Kroppen är inte indelad I 11 segment. 14

14a. Buksidan är täckt av klockformad sköld 15* 14b. Djuret har inte någon klockformad sköld 16*

17a. Extremiteterna är ledade 18

17b. Djuret har fyra par ben som inte är ledade. 19*

18a. Djuret har 3 par ben. 20*

18b. Djuret har antenner som är längre än de andra extremiteterna. 21*

�� 0LFURJQDWKR]RD

�� &\FOLRSKRUD

,PDJH��5HLQKDUGW�0��.ULVWHQVHQ�3HWHU�)XQFK�

� �5RWLIHUD

,PDJH��/\NNH�.�%��&ODXVHQ

,PDJH��5HLQKDUGW�0��.ULVWHQVHQ��3HWHU�)XQFK�

� �1HPDWRGD

,PDJH��/\NNH�.�%��&ODXVHQ��1DGMD�0ķEMHUJ

,PDJH��$QGHUV�/��*DUP

� �&QLGDULD � �&KRUGDWD

,PDJH��/\NNH�.�%��&ODXVHQ��1DGMD�0ķEMHUJ

$SSHQGL[�$��,PDJH�.H\

�� 3ULDSXOLGD

�� 7DUGLJUDGD

,PDJH��1DGMD�0ķEMHUJ

,PDJH��0DUWLQ�9��6ķUHQVHQ

,PDJH��0DUWLQ�9��6ķUHQVHQ

�� .LQRUK\QFKD

,PDJH��5HLQKDUGW�0��.ULVWHQVHQ

�� /RULFLIHUD

�� $UWKURSRGD��&UXVWDFHD�� $UWKURSRGD��,QVHFWD

,PDJH��'DYLG�1DVK ,PDJH��3HU�-��+DQVHQ

Task 1 ICE APPENDIX B: Sida 1 Ordning: Pinales tallväxter Familj: Pinaceae (Pine family) tallväxter Genera: Picea Mill., Pinus L. Släkte lärkträd Ekosystemindikatorer eller habitatindikatorer - Pinus spp. Tallväxter. När de växer med alsläktet är sommartemperaturen högre än +10 °C - Picea spp: Gransläktet kategoriseras som växter som kan växa I en temperatur ner till –40 °C.

x Figure 1 – karaktäristisk grankotte x Figure 2 – en representant från familjen tallväxter x Figure 3 – karaktäristisk tallkotte

Sida 2 Ordning: Pinales Familj: Taxaceae Idegranar (Yew family) Släkte: Taxus L. Ekosystem eller habitat-indikatorer: vinter med ett minimum på –17 °C

x Figure 4 – Taxus sp. Olika teckningar från skilda delar av trädet x Figure 5 – Taxus sp.; bilder på skott med mogna och icke mogna kottar. x Figure 6 – En representative idegran sp.

Sida 3 Ordning: Fagales Bokordningen Familj: Betulaceae (Björkfamiljen) Släkte: Alsläktet M ill. Habitat indikatorer: Om den finns tillsammans med tallar är sommaren varmare än +10 °C.

x Figur 7 – Kännetecknande ådrade blad inom betulacae familjen. x Figur 8 – En representant för alsläktet.

Sida 4 Order: Fabales Family: Fabaceae (ärtfamiljen) Genus: Cassia L. Habitatindikatorer (ekosystem-indikatorer): Den är kännetecknande för växter som ej kan växa I temperaturer under–1 °C.

x Figure 9 – En representant från familjen Fabaceae. x Figure 10 – Bild på en blomma från släktet Cassia sp.

Sida 5 Order: Fagales Family: Fagaceae (Bokfamiljen family) Genus: Castanea Mill. Kastanjeträd Habitat indikatorer: Primärt funnen I det tempererade klimatet.

x Figur 11 – För kastanjen kännetecknande blad. x Figur 12 – För kastanjen kännetecknande ollonskålar. x Figur 13 – En representant för Fagaceae familjen.

Uppdrag 1 IS Appendix C Användarmanaul för Vernier spectrophotometer i absorbans-mode

x Logga in på datorn med det givna användarnamnet och lösenordet.

x Dobbelklicka på “Logger Pro”-ikonen.

x Placera kyvetten som innehåller blank-lösningen I spektrofotometern.

x Klicka på “Experiment” och under “Calibrate” klicka på “Spectrophotometer: 1”.

x Låt spektrofotometern värmas upp (90 s).

x Klicka på “Finish Calibration”.

x Efter 5 s, klicka “OK”.

x Byt ut blank-kyvetten mot en kyvett med den lösning ni vill mäta.

x Klicka på den gröna knappen “Collect”.

x Läs av absorbansen vid den våglängd ni behöver.

UPPDRAG 1

IS SVARSHÄFTE

LAND:

Lag:

UPPDRAG 1: IS LAND: Lag:

2


1.1 8 poäng

1.1.1

𝑇𝑊

𝜌𝑤

1.1.2

𝑚𝑤+𝑔

𝐷𝑖𝑐𝑒

𝐻𝑖𝑐𝑒

𝑚𝑔+𝑤+𝑖𝑐𝑒

𝑚𝑔+𝑤+𝑖𝑐𝑒+𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒

1.1.3

𝑉𝑖𝑐𝑒

𝑚𝑖𝑐𝑒

𝜌𝑖𝑐𝑒

𝜌’𝑖𝑐𝑒


3

1.1.4

𝜌’𝑖𝑐𝑒 − 𝜌𝑖𝑐𝑒

𝛥𝑚𝑔+𝑤+𝑖𝑐𝑒+𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒

𝛥𝜌’𝑖𝑐𝑒

𝛥𝑉𝑖𝑐𝑒

𝛥𝜌𝑖𝑐𝑒

1.2

1.2.1 2,5 poäng

Baserat på ekvationen för trycket och Figur 1.2, besvara följande påståenden med sant eller falskt.

Sant Falskt

𝑝(𝑧) beror endast av djupet z.

Vid mycket stora djup är 𝑝(𝑧) i huvudsak en funktion av djupet.

𝑝(𝑧) beror av djupet z och densiteten 𝜌.

𝑝(𝑧) är oberoende av djupet 𝑧.

𝑝(𝑧) är oberoende av tvärsnittsarean A för ispelaren.


4

1.2.2 1,5 poäng

Beräkna för isen vid följande djup (kom ihåg att redovisa alla steg i dina beräkningar)

Djup 𝒛 [m] Densitet 𝝆 [kgm-3] Tryck 𝒑 [kPa] 0

80

160

1000

1.2.3 2 poäng

Beräkna massan av borrkärnor av is, tagna från följande djup:

Djup 𝒛 [m] Mass 𝒎 [kg]

80

160

1.2.4 2 poäng

Beräkna massan av borrkärnor av is, tagna med den stora utrustningen från följande djup: :

Djup 𝒛 [m] Mass 𝒎 [kg]

1000

2000

1.3

1.3.1 2 poäng

¾ Bifoga ”Graph 1.3.1” till svarshäftet.

1.3.2 2 poäng

¾ Bifoga ”Graph 1.3.2” till svarshäftet.


5

1.3.3 5 poäng

Djup 𝒛 [m] 𝟏/𝝀 [m-1] Ålder [yr]

0

500

1200

1400

1500

1.3.4 Provens ålder 3 poäng

Ålder på prov 1

Ålder på prov 2

Isotopsammansättning (δ18O) för prov 1

Isotopsammansättning (δ18O) för prov 2

Kryssa i rätt svar Prov 1 Prov 2

Vilket av proven tror ni härstammar från en tid då klimatet var avsevärt kallare än nu?


6

1.3.5 2 poäng

Använd de två ekvationerna för att beräkna temperaturen ovanför istäcket vid den tidpunkt då isen deponerades för de två prov ni fått. Hur stor är är temperaturdifferensen mellan de två proven?

Temperatur då den linjära ekvationen används [°C]

Prov 1

Prov 2

Differens mellan prov 1 och prov 2

Temperatur då den kvadratiska ekvationen används [°C]

Prov 1

Prov 2

Differens mellan prov 1 och prov 2

1.3.6 1 poäng

Fortsätt med provberedningen. Märk provflaskorna korrekt och placera dem i den hållare som ni fått. Era prov kommer under natten att analyseras med hjälp av en Cavity Ring Down Laser Spectrometer för att kvalitén på ert arbete ska kunna bedömas.

¾ Be en labbassistent att ta hand om era provberedningar.

Lab assistant's signature


7

1.3.7 1 poäng

Besvara de fyra påståendena nedan med Sant/Falskt.

Påståenden Sant Falskt

Tiden som provet exponeras mot labbluften kan påverka kvaliteten på mätningen.

Endast en pipett ska användas för att överföra båda proven.

Genom att hålla proven så kalla som möjligt hjälper det till att minimera förändringar i isotopsammansättning.

Den exakta mängden vatten som överförs till analysprovbehållarna är kritisk för kvaliteten på isotopanalysen.


8


2.1 4 poäng

1 2 3 𝑽𝟏,𝒂𝒗

𝑉1 (mL)

2.2 2 poäng

Beräkna [Zn2+] i analyslösningen (Cu/Zn), använd värdet på V1,av. Redovisa er uträkning och skriv resultatet.

Resultat: [Zn2+] =

2.3 1 poäng

Komplexet Cu(S2O3)23− reagerar inte med H2edta2− för att:

2.4 2 poäng

Svar Sant Falskt

Komplexet är färglöst.

Koppar ändrar oxidationsvärde vid reaktion med S2O32−.

Komplexet Cu(S2O3)23− är väldigt stabilt.

Ekvation Resultat:

[H3O+] = [H3O+] =

pH = pH =


9

2.5 2 poäng

2.6 3 poäng

Lösning Volymen 0,0360 M Cu(ClO4)2 (mL) [Cu(NH3)42+] (M) A618

1 0,00 0 0

2 5,00

3 10,00

4 15,00

5 20,00

6 25,00

2.7 1 poäng

Absorbansen 𝐴618 för lösning 7.

𝐴618 =

¾ Bifoga ”Graph 2.7” till svarshäftet.

En vattenlösning av Na2H2edta ∙ 2H2O kommer vara:

□ sur □ neutral □ basisk (kryssa för det rätta svaret)

Motivera svaret genom en markering på pH-axeln i figuren nedan.

0,0

1,0

0 2 4 6 8 10 12 14pH

Xa

H4edta edta4-Hedta3-H2edta2-

H3edta-


10

2.8 6 poäng

Beräkna lutningen och m-värdet för den bäst anpassade räta linjen:

2.9 2 poäng

2.10 2 poäng

Beräkna [Cu2+] i analyslösningen (Cu/Zn)

Ekvation: [Cu2+] =

Resultat: [Cu2+] =

Beräkna absorptionskoeffecienten , 𝜀, för Cu(NH3)42+ vid 𝜆 = 618 nm.

Ekvation: 𝜀(Cu(NH3)42+) =

Resultat: 𝜀(Cu(NH3)42+) =


11

2.11 2 poäng

2.12 4 poäng

Beräkna borrkärnans innehåll av Cu2+ och Zn2+ i pg/g (1 pg = 10−12 g):

2.13 1 poäng

Mängden koppar och zink i borrkärnan kan (kryssa för det rätta svaret):

Efter att man tillsatt några få droppar av ammonium/ammoniak-buffertlösningen till analyslösninegn (Cu/Zn) bildas en fällning på grund av bildandet av (svara med kemisk molekylformel eller formler):

Reaktionsformel:

Påstående Sant Falskt

kopplas till Laki’s utbrott


12


Fyll i en identifierad metazisk livsform per rad: Fyll i de tomma rutorna med nummer från den vänstra kolumnen i identifikationsnyckeln (Appendix A1) samt namnet på djurgruppen.

Ex: 1b → 3b → 7a → 8c → → Micrognathozoa

→ → → → →

→ → → → →

→ → → → →

→ → → → →

→ → → → →

→ → → → →

→ → → → →

→ → → → →

→ → → → →

→ → → → →

→ → → → →

→ → → → →


13


4.1 3 poäng

Bokstav för det rätta ordet

Ord 1

Ord 2 och 3

Ord 4 och 5

Ord 6

Ord 7

Ord 8

Ord 9

4.2 3 poäng

Skriv i rutorna in namnen på de familjer ni har analyserat och markera i smårutorna inunder om familjerna förekom eller inte förekom I DNA-provet. Gör detta genom att skriva + (förekom) eller – (förekom inte) i smårutorna.


14

4.3 3 poäng

Är dessa påståenden sanna eller falska? Markera med ett ‘X’


Inga växter fanns vid den tiden

Bara fyra familjer förekom vid den tiden.

Vintrarna var kallare än - 2 °C och somrarna var varmare än 10 °C

Bara tre familjer förekom vid den tiden.

Man kan inte dra någon slutsats angående temperaturföhållanden med den givna informationen om familjerna som grund.

Grönland hade skog vid den aktuella tiden.Skriv namnen på

4.4 2 poäng

Vilka familjer skulle vara relevanta att analysera vidare? Dra en ring runt dessa.

Taxaceae idegransväxter Fagaceae bokväxter

Pinaceae tallväxter

Fabaceae ärtväxter Betulaceae björkväxter


15

4.5 3 poäng

Skriv namnen på de släkten du har analyserat i rutorna, och ange det eller de släkten som förekom i dina prov. Det sistnämnda gör ni genom att markera antingen + (förekommer) eller – (inte förekommer) i smårutorna under namnet.

4.6 2,5 poäng

Vilken typ av habitat var dominerande på platsen under denna tidsepok? Kryssa i de rätta svaren.


Regnskog.

Tempererad lövskog.

Myr (en våtmark utan skog som domineras av levande torvbildande växter.)

Äng (öppet område med gräs)

Boreal skog med en blandning av barrträd och lövträd.


16

4.7 2,5 poäng

Vi vill vara säkra på att DNA:t från de basala isproverna verkligen representerar det forntida ekosystemet och inte bara föroreningar från luften som med tiden transporterats till Grönland från andra områden. Var skulle ni ta kontrollprover i iskärnan för att avgöra om eventuellt luftburet exotiskt dna förekommer i isen?

Påstående Sant Falskt I centrum av den glaciala iskärnan och nära den basala isen där exotiskt DNA skulle kunna ha inkorporerats tillsammans med luft, luftburna föroreningar och snö.

I den rena glaciala isen mycket närmare ytan än den basala isen.

Bara på toppen av istäcket eftersom denna plats har störst sannolikhet att vara kontaminerad.

Luftprover eftersom detta är platsen där föroreningarna finns.

Luftprover och prover från toppen av istäcket eftersom dessa båda innehåller föroreningarna.

4.8 1 poäng

Gör med indikatorsläktena som grund en analys av hur klimatet med största sannolikhet var vid den tid dessa organismer levde på Grönland. Vilka är de övre och nedre temperaturgränserna? Använd Appendix B.


Somrarna är varmare än 10 °C.

Vintertid kan temperaturen gå ner till -40 °C

Vintrarna är inte kallare än -17 °C

Vintertid går temperaturen inte ner under -1 °C


17

4.9 2 poäng

Beräkna det möjliga antalet mRNA-kombinationer som kan bildas från proteinsekvensen baserat på skillnader nukleotider. Redovisa beräkningarna.

4.10 2 poäng

Ange den mRNA-sekvens som är en möjlig kombination av protein-sekvensen.

4.11 1 poäng

Ange vilken specifik primer ni skulle använda för vidare analyser.

4.12 1 poäng

Vilka av följande påståenden är korrekta? Kryssa i rätt rutor.

Statement Sant Falskt Det fanns skog på Grönland under perioden från 17,5 miljoner år sedan till 450 000 år sedan.

Det fanns skog på Grönland under perioden från 800 000 år sedan till 450 000 år sedan.

Det har bara funnits skog på Grönland i området kring Dye-3 under en period som är yngre än 450 000 år

Det fanns skog på Grönland under perioden från 800 000 år sedan till 17,5 miljoner år sedan.

uppdrag 1 is - euso.seeuso.se/wp-content/uploads/euso-2017-uppdrag-1.pdf · uppdrag 1: ice 3...

Documents