Klimamodeller kan undervurdere fremtidig opvarmning på tropiske bjerge

Få steder er virkningerne af klimaændringer mere udtalte end på tropiske tinder som Mount Kilimanjaro og Mount Kenya, hvor århundreder gamle gletschere næsten er smeltet helt væk. Nu, ny forskning tyder på, at den fremtidige opvarmning på disse toppe kan blive endnu større, end klimamodeller i øjeblikket forudsiger.

Forskere ledet af en geolog fra Brown University rekonstruerede temperaturer over de sidste 25, 000 år på Mount Kenya, Afrikas næsthøjeste top efter Kilimanjaro. Arbejdet viser, at da verden begyndte at blive hurtigt opvarmet fra den sidste istid omkring 18, 000 år siden, gennemsnitlige årlige temperaturer højt på bjerget steg meget hurtigere end i de omkringliggende områder tættere på havoverfladen. I en højde af 10, 000 fod, den gennemsnitlige årlige temperatur steg 5,5 grader Celsius fra istiden til den førindustrielle periode, undersøgelsen fandt, sammenlignet med en opvarmning på kun omkring 2 grader ved havoverfladen i samme periode.

"Når vi kører state-of-the-art klimamodeller tilbage i tiden til denne periode, de undervurderer temperaturændringerne i høje højder, " sagde James Russell, en lektor i Department of Earth, Environmental and Planetary Sciences og en fellow ved Institute at Brown for Environment and Society. "Det indebærer, at modellerne på samme måde kan undervurdere opvarmning i høje højder i fremtiden."

Studiet, som Russell ledede med Shannon Loomis, hans tidligere kandidatstuderende, er publiceret i tidsskriftet Videnskabens fremskridt .

Temperaturforskelle

Spørgsmål blandt forskere om, hvordan global opvarmning påvirker tropiske høje højder, går tilbage omkring 30 år. I 1985, indflydelsesrig forskning af Brown-geolog Warren Prell viste, at fra den sidste istid til den førindustrielle periode, havoverfladetemperaturerne i troperne steg kun en grad eller to. I mellemtiden temperaturrekorder estimeret fra tropiske gletschere i høj højde antydede meget mere dramatisk opvarmning i høj højde.

"Klimamodelleringssamfundet mente, at der måtte være noget galt med en af ​​disse temperaturrekorder, " sagde Russell, "fordi modellerne simpelthen ikke kan gengive så stor en forskel i opvarmning mellem høje og lave højder."

Efterfølgende arbejde har stort set bekræftet havoverfladetemperaturestimaterne, men spørgsmål om de høje data forblev. Denne nye undersøgelse havde til formål at generere nye, mere robuste rekorder i høje højder.

I løbet af det seneste årti, Russells medforfatter Jaap Damsté fra University of Utrecht og kolleger har udviklet en ny metode til at spore temperatur gennem tiden ved at studere resterne af gamle mikrober. Specifikt, de ser på organiske forbindelser kaldet GDGT'er, der produceres i mikrobielle cellevægge. Den kemiske sammensætning af GDGT'er er følsom over for temperatur. For at holde GDGT'er og cellevægge i en stabil og permeabel tilstand, mikrober ændrer den kemiske sammensætning af GDGT'er som reaktion på temperaturændringer. Russell og hans team har været i stand til præcist at kalibrere GDGT-sammensætning fundet i søsedimenter med lufttemperaturer gennem tiden.

"Vi troede, at vi kunne bruge denne nye temperaturproxy til at skabe en rekord for høje temperaturer siden sidste istid, som enten bekræfter eller afkræfter den gletsjer-afledte rekord, " sagde Russell.

Til studiet, Russell og hans kolleger så på sedimentkerner taget fra bunden af ​​Rutundu-søen, en vulkansk sø på Mount Kenya i en højde på omkring 10, 000 fod. Kernerne bevarer signaturen af ​​GDGT kemi, der går tilbage mere end 25, 000 til istiden. Dataene antydede, at gennemsnitlige årlige temperaturer ved Rutundu-søen steg med omkring 5,5 grader Celsius siden sidste istid - et tal, der stemmer overens med de tidligere høje temperaturproxyer. I mellemtiden temperaturdata fra to søer tættere på havoverfladen - Tanganyika-søen og Malawi-søen - tyder på meget mere beskedne temperaturændringer på henholdsvis omkring 3,3 grader og 2 grader.

Klimamodeller er i stand til at gengive temperaturændringer ved lave højder, men de undervurderer ændringen i høje højder med 40 procent, siger Russell. Det tyder på, at der er noget galt i den måde, modellerne simulerer ændringer i den atmosfæriske lapse rate - den hastighed, hvormed lufttemperaturen varierer med højden.

"Alle klimamodeller beregner en bortfaldsrate - det er en integreret del af modellens output, " sagde Russell. "Hvad dette arbejde viser er, at der er et problem i den måde, modellerne laver den beregning på."

Konsekvenser for fremtidige klimaændringer

Det er svært at diagnosticere præcist, hvad det problem er, Russell siger, men det har sandsynligvis noget at gøre med den måde, modeller behandler atmosfærisk vanddampindhold på. Vanddampindholdet er den stærkeste kontrollerende faktor til at styre bortfaldshastigheden (fugtig luft afkøles langsommere med højden).

"Vi vil påstå, at der sandsynligvis er et problem i vanddampkoncentrationerne og derfor feedbacken, " sagde Russell.

Uanset kilden til problemet, konsekvenserne for tropiske bjerge kan være betydelige. Modellerne savner næsten halvdelen af ​​temperaturændringen ved høje højder tidligere, og de kan også undervurdere fremtidige ændringer.

"Dette er meget skrøbelige økosystemer, der huser ekstraordinær biodiversitet og unikke miljøer såsom tropiske gletsjere, " sagde Russell. "Vores resultater tyder på, at fremtidig opvarmning i disse miljøer kan være mere ekstrem, end vi forudsiger."