Ændringer i havtransportbånd forudsagde abrupte klimaforandringer med fire århundreder

I Atlanterhavet, et kæmpe 'transportbånd' fører varmt vand fra troperne ind i Nordatlanten, hvor de køler og synker og derefter vender tilbage sydpå i det dybe hav. Dette cirkulationsmønster er en vigtig spiller i det globale klima, regulering af vejrmønstre i Arktis, Europa, og rundt om i verden. Beviser tyder i stigende grad på, at dette system bremser, og nogle forskere frygter, at det kan have store virkninger, såsom at få temperaturer til at dykke i Europa og varme vandene ud for USAs østkyst, muligvis skade fiskeriet og forværre orkaner. (For en overdrivelse af de potentielle effekter, se filmen The Day After Tomorrow fra 2004.)

En ny undersøgelse offentliggjort i Naturkommunikation giver indsigt i, hvor hurtigt disse ændringer kan træde i kraft, hvis systemet fortsætter med at svækkes. Ledet af forskere ved Columbia's Lamont-Doherty Earth Observatory i samarbejde med det norske forskningscenter, undersøgelsen er den første til præcist at bestemme, hvor lang tid der går mellem tidligere ændringer af transportbåndet til havet og store klimaforandringer.

Holdet studerede et centralt afsnit af havstrømsmønsteret, kendt som Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC). De nulstillede på et afsnit, hvor vand synker fra overfladen til bunden af ​​Nordatlanten. De bekræftede, at AMOC begyndte at svækkes cirka 400 år før en større forkølelse 13, For 000 år siden, og begyndte at styrke igen omkring 400 år før en brat opvarmning 11, 000 år siden.

"Vores rekonstruktioner indikerer, at der er klare klimaprekursorer fra havstaten - som advarselsskilte, så at sige, "siger hovedforfatter Francesco Muschitiello, der afsluttede arbejdet som postdoc i Lamont-Doherty og nu arbejder på University of Cambridge.

Indtil nu, det har været svært at afgøre, om tidligere ændringer i havtransportbåndet skete før eller efter de pludselige klimaskift, der præger den sidste nedbrydning på den nordlige halvkugle. For at overvinde de sædvanlige udfordringer, holdet sammensatte data fra en sedimentkerne boret fra bunden af ​​Det Norske Hav, en søsedimentkerne fra det sydlige Skandinavien, og iskerner fra Grønland.

Forskere stoler typisk på radioaktivt kulstof (kulstof 14) datering for at bestemme sedimenternes alder; måling af, hvor meget kulstof 14 der er tilbage i et fossil, afslører hvor længe siden organismen døde, og dermed hvor gammelt det omkringliggende sediment er. Dette forhold er vanskeligt i havsedimenter, selvom, fordi kulstof 14 dannes i atmosfæren, og det tager tid for kulstoffet at komme igennem havet. Da det når organismerne i bunden af ​​vandsøjlen, carbon 14 kunne allerede være hundreder eller tusinder af år gammel. Så teamet havde brug for en anden måde at datere sedimentlagene i den marine kerne på.

Derfor målte de kulstof 14 -indhold i en nærliggende søsedimentkerne. De gamle lag i søen indeholder forfaldne planter, der trak kulstof 14 direkte ud af atmosfæren, så forskerne kunne finde ud af alderen på hvert søsedimentlag. Derefter brugte de et par teknikker til at matche kernens lag med søsediment til de marine kernelag. Askelag fra to længe siden vulkanudbrud på Island var med til at stille tingene op. Denne proces gav teamet den præcise alder for hvert lag i den marine kerne.

Næste, de sammenlignede den reelle alder af de marine sedimenter med den alder, de læste fra dybe havets kulstof 14 målinger; forskellene mellem disse to gav dem et skøn over, hvor lang tid det tog, før det atmosfæriske kulstof 14 nåede havbunden. Med andre ord, det afslørede, hvor hurtigt vand sank i dette område, i en proces kaldet dybvandsdannelse, der er afgørende for at holde AMOC i cirkulation. Nu havde de en oversigt over havcirkulationsmønstre i denne region over tid.

Den sidste brik i puslespillet var at analysere iskerner fra Grønland, at studere ændringer i temperatur og klima i samme tidsperiode. Målinger af beryllium-10 i iskernerne hjalp forfatterne præcist med at knytte iskernerne til kulstof 14-registreringerne, sætte begge datasæt på den samme tidslinje. Nu kunne de endelig sammenligne hændelsesrækkefølgen mellem ændringer i havcirkulationen og klimatiske ændringer.

Sammenligning af data fra de tre kerner afslørede, at AMOC svækkede i tiden op til planetens sidste store kolde snap, kaldet den yngre Dryas, omkring 13, 000 år siden. Havcirkulationen begyndte at bremse cirka 400 år før den kolde snap, men da klimaet begyndte at ændre sig, temperaturerne over Grønland faldt hurtigt med cirka 6 grader.

Et lignende mønster opstod nær slutningen af ​​det kolde snap; strømmen begyndte at styrke cirka 400 år før atmosfæren begyndte at varme op dramatisk, overgang fra istiden. Når forringelsen startede, Grønland varmede hurtigt op - dens gennemsnitstemperatur steg med omkring 8 grader i løbet af få årtier, får gletsjere til at smelte og havis falder betragteligt i Nordatlanten.

"Disse [400-årige] halter er sandsynligvis på langsiden af, hvad mange ville have forventet, siger Anders Svensson, der studerer paleoklimatet på Københavns Universitet, og som ikke var involveret i den aktuelle undersøgelse. "Mange tidligere undersøgelser har antydet tidsforskydninger i forskellige længder, men få har haft de nødvendige værktøjer til at bestemme fasningen med tilstrækkelig nøjagtighed. "

Medforfatter William D'Andrea, en paleoklimatolog i Lamont-Doherty blev overrasket over, hvad de fandt-han siger, at forsinkelsestiderne er to eller tre gange større, end han ville have forventet.

Foreløbig er det ikke helt klart, hvorfor der var så lang forsinkelse mellem AMOC -ændringerne og klimaforandringerne over Nordatlanten.

Det er også svært at finde ud af, hvad disse mønstre fra fortiden kunne betyde for Jordens fremtid. Nylige beviser tyder på, at AMOC begyndte at svækkes igen for 150 år siden. Imidlertid, nuværende forhold er ganske forskellige fra sidste gang, siger Muschitiello; den globale termostat var meget lavere dengang, vinter havis strakte sig længere sydpå end New York havn, og havstrukturen ville have været meget anderledes. Ud over, den tidligere svækkelse af AMOC var meget mere dramatisk end nutidens tendens hidtil.

Alligevel, D'Andrea siger, at "hvis AMOC skulle svækkes i den grad, den gjorde dengang, det kan tage hundredvis af år, før store klimaændringer rent faktisk manifesterer sig. "

Muschitiello tilføjer, "Det er klart, at der er nogle forstadier i havet, så vi burde se havet. Bare det faktum, at AMOC har været langsommere, det burde være en bekymring baseret på det, vi har fundet. "

Undersøgelsen skal også bidrage til at forbedre fysikken bag klimamodeller, som generelt antager, at klimaet reagerer brat på samme tid som AMOC -intensiteten ændres. Modelforbedringerne, på tur, kunne gøre klimaforudsigelser mere præcise. Som Svensson udtrykker det:”Så længe vi ikke forstår fortidens klima, det er meget svært at begrænse de klimamodeller, der er nødvendige for at lave realistiske fremtidsscenarier. "