Kritisk vendepunkt kan udløse bratte klimaskift – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Nyheder > Nyheder 2009 > Kritisk vendepunkt kan...

20. april 2009

Kritisk vendepunkt kan udløse bratte klimaskift

Istiderne er de største naturlige klimaforandringer i nyere geologisk tid. Årsagen til deres opståen og forsvinden er, at Jordens bane omkring Solen ændrer sig en smule på grund af påvirkningerne fra de andre planeter. Men vi kender ikke den præcise sammenhæng mellem Jordbanens ændringer og klimaforandringerne. Ny forskning fra Niels Bohr Institutet viser, at det kan være ændringer af atmosfærens CO2-indhold, der pludseligt når et kritisk vendepunkt og dermed udløser de dramatiske klimaforandringer. Resultaterne er publiceret i det anerkendte amerikanske tidsskrift "Paleoceanography".

Jordens klima styres grundlæggende af tre forskellige cyklusser (Milankovitch). Alle tre cyklusser skyldes, at de andre planeter i solsystemet trækker i Jorden, og så at sige skruer på knapperne i Jordens klimaanlæg ved at forårsage ændringer på Solens indstråling:

1: Jordens bane omkring Solen er ikke totalt cirkelformet, men en smule elliptisk. Banen er ’elastisk’ og trækker sig sammen og udvider sig i en cyklus på 100.000 år. Og jo tættere vi er på Solen, jo mere solindstråling og jo mere varme får vi.
2: Jordens akse har en hældning i forhold til Solen, og det er derfor, vi har sommer og vinter. Men hældningen er ikke konstant, den vipper mellem 22 grader og 24 grader, og jo større hældning der er, jo større forskel er der på sommer og vinter. Den cyklus tager 40.000 år.
3: Jorden drejer rundt om sin akse som en snurretop – det giver dag og nat. Men på grund af Jordens hældning og den elliptiske bane ændrer retningen sig med en cyklus på 20.000 år. Det medfører variation i, hvorvidt Jorden er nærmest Solen om sommeren eller om vinteren.

På grund af disse cyklusser i Jordens hældning og den elliptiske bane varierer solindstrålingen om sommeren på de to halvkugler, og det har stor betydning for, om der på den nordlige halvkugle, hvor der er de største landområder, kan opbygges iskapper.

Jorden under sidste istid

Mystisk ændring af istider
Istiderne er kommet og gået de sidste 20 millioner år, og for de sidste par millioner år ved vi med nogenlunde nøjagtighed, hvor ofte de kommer. I tiden før ca. 1 million år tilbage kom istiderne med omkring 40.000 års mellemrum, derefter skete der pludselig det, at perioden ændrede sig, så der blev cirka 100.000 år mellem istiderne. Det er et mysterium, eftersom der ikke skete nogen som helst forandring i jordbanens opførsel for 1 million år siden. Det skyldes altså en forandring, der kommer fra klimaet selv.

Den gængse visdom omkring de sidste 10 istiders 100.000 års cyklus er, at den skyldes 100.000 års variationen i jordbanens eccentricitet (målet for, hvor elliptisk banen er, og dermed for halvårsvariationen i Jordens afstand til Solen). Den variation er dog endnu svagere end den variation, der foregår med 40.000 års cyklus, så det er i sig selv et mysterium.

Varmt, halvkoldt, iskoldt
Med helt nye forskningsresultater har geofysiker Peter Ditlevsen, Center for Is og Klima på Niels Bohr Institutet fundet en del af forklaringen på mysteriet om istidernes pludselige ændringer. Han har lavet modelberegninger af fortidens klima og sammenlignet med de konkrete data fra havbundskerner, der fortæller om de klimatiske udsving i fortiden.

Ud fra resultaterne har han kunnet konstruere et diagram over de mulige klimatilstande som resultat af den varierende solindstråling. Det viser sig, at istiderne og mellemistiderne ikke er en jævn svingning imellem koldt og varmt klima.

Hvad der skete for 1 million år siden var, at klimasystemet gik fra en situation, hvor det svingede imellem to tilstande (koldt og varmt) med 40.000 års cyklus, svarende til den dominerende ændring i Solens indstråling. Efter den tid ændrede dynamikken sig til, at klimaet sprang imellem 3 tilstande, nemlig et varmt mellemistidsklima som vores nuværende, et koldere klima og et meget koldt istidsklima. Det er stadig de 40.000 års variation i solindstrålingen, som styrer vores nuværende svingninger, men det resulterede i skiftende klimaperioder på 80.000 og 120.000 års svingninger.

Kaosdynamisk klima
Klimaet bliver altså ikke jævnt koldere eller varmere – det springer i et hop fra den ene tilstand til den anden. Det, der får klimaet til at springe er, at når solindstrålingen ændres og når til en bestemt tærskel – et ’tipping point’, er den eksisterende klimatilstand, f.eks. istid ikke længere mulig, og så hopper klimaet over i en anden tilstand, f.eks. varm mellemistid. Det fænomen kaldes i kaosdynamikken for en bifurkation eller en ’katastrofe’.
Ud over ændringen i solindstrålingen kan der være tilfældige ændringer i Jordens variationer i vejret, der bidrager til at udløse bifarkationen eller ’katastrofen’. Sådanne variationer kaldes ’støj’, og en teori er, at atmosfærens CO2-indhold kan være en vigtig støj-faktor. Det betyder, at der er mulighed for, at ’støjen’ er afgørende for selv meget store klimaændringer, der dermed kan være uforudsigelige.

Der er endnu ingen forklaring på skiftet i klimasystemet for 1 million år siden, men en teori er, at atmosfærens CO2-indhold faldt til det laveste niveau nogensinde. I så fald kan den menneskeskabte stigning i CO2 medføre en tilbagevenden til 40.000 års istidscyklusser. 
”De nye resultater er en vigtig brik i puslespillet om at forstå istiderne og deres klimadynamik. I de menneskeskabte klimaforandringer, vi muligvis er midt i nu, bekymrer man sig meget for mulige såkaldte ’tipping points’. De bifurkationer, der nu er identificeret i de naturlige klimasvingninger, er netop tipping points, så dette er selvsagt et vigtigt skridt i vores forståelse af klimaforandringer”, siger Peter Ditlevsen.


"The bifurcation structure and noise assisted transitions in the Pleistocene glacial cycles": http://www.agu.org/journals/pa/papersinpress.shtml#id2008PA001673