Uregelmæssige forekomster af glaciale og interglaciale klimatilstande

I løbet af de sidste 2,6 millioner år af Jordens klima har klimaet ændret sig mellem glaciale og mellemistider. Som sådan, der har været tidspunkter, hvor overgangen mellem de to klimatilstande optrådte med enten regelmæssig eller uregelmæssig periodicitet. AWI-forsker Peter Köhler har nu opdaget, at det uregelmæssige udseende af mellemistider har været hyppigere end hidtil antaget. Hans undersøgelse giver et væsentligt bidrag til vores forståelse af Jordens grundlæggende klimaændringer.

For at forstå menneskers rolle i udviklingen af ​​vores nuværende klima, vi skal se langt tilbage, da der altid har været klimaændringer - om end over vidt forskellige tidsskalaer end de menneskeskabte klimaændringer, hvilket hovedsageligt skyldes brugen af ​​fossile brændstoffer gennem de seneste 200 år. Uden mennesker, i millioner af år, klima ændret mellem glaciale og interglaciale tilstande over perioder på mange tusinde år, hovedsageligt på grund af jordens hældning, som ændres med et par grader med en periodicitet på 41, 000 år. Dette ændrer igen den vinkel, hvormed solens stråler rammer Jorden - og som sådan den energi, der når planeten, især på høje breddegrader om sommeren. Imidlertid, der er stærke beviser for, at i løbet af de sidste 2,6 millioner år, mellemistider er gentagne gange blevet 'springet over'. Den nordlige halvkugle - især Nordamerika - forblev frossen i lange perioder, på trods af at vinklen på den aksiale hældning ændrer sig i en sådan grad, at mere solenergi igen nåede Jorden i løbet af sommeren, som skulle have smeltet indlandsismasserne. Dette betyder, at Jordens hældning ikke kan være den eneste grund til, at Jordens klima skifter mellem istid og mellemistid.

For at løse gåden, klimaforskere undersøger nærmere på hvilke punkter i Jordens historie uregelmæssigheder fandt sted. Sammen med kolleger ved Utrecht University, fysiker Peter Köhler fra Alfred Wegener Instituttet (AWI) har nu ydet et væsentligt bidrag til at give et klarere billede af rækkefølgen af ​​glaciale og mellemistider over de sidste 2,6 millioner år. Indtil nu, eksperter mente, at især over de sidste 1,0 millioner år, glaciale og mellemistider afveg fra deres 41, 000-års cyklus, og at mellemistider blev sprunget over, som et resultat af hvilke nogle istider varede i 80, 0000 eller endda 120, 000 år. "For perioden mellem 2,6 og 1,0 millioner år siden, det blev antaget, at rytmen var 41, 000 år, " siger Peter Köhler. Men som hans studie, som nu er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Naturkommunikation , viser sig, der var også gentagne uregelmæssigheder i perioden mellem 2,6 og 1,0 millioner år siden.

Köhlers undersøgelse er særligt interessant, fordi han reevaluerede et velkendt datasæt, som forskere har brugt i flere år – klimadatasættet LR04 – men nåede frem til helt andre konklusioner. Dette datasæt består af en global evaluering af kerneprøver fra dybhavssedimenter, der er millioner af år gamle, og inkluderer målinger fra de gamle skaller af mikroskopiske, encellede marine organismer - foraminifer - der blev aflejret på havbunden. Foraminiferer inkorporerer ilt fra havvandet i deres calciumskaller. Men gennem årtusinder, niveauet af specifikke iltisotoper - iltatomer, der har forskelligt antal neutroner og derfor forskellige masser - varierer i havvand.

¹⁸ O afslører, hvordan verden var før i tiden

LR04-datasættet indeholder målinger af forholdet mellem den tunge iltisotop ¹⁸ O til lighteren ¹⁶ O. Forholdet mellem ¹⁸ O/ ¹⁶ O opbevaret i foraminiferens skaller afhænger af vandtemperaturen. Men der er også en anden effekt, der fører til relativt store mængder af ¹⁸ O findes i foraminiferens skaller i glaciale perioder:når, i løbet af en istid, der er kraftigt snefald på land, hvilket fører til dannelse af tykke iskapper, havniveauet falder - i den undersøgte periode, med hele 120 m. Siden ¹⁸ O er tungere end ¹⁶ Åh, vandmolekyler, der indeholder denne tunge isotop, fordamper mindre let end molekyler, der indeholder den lettere isotop. Som sådan, forholdsvis mere ¹⁸ O forbliver i havet og ¹⁸ O-indholdet i foraminiferskallerne stiger. "Hvis du tager LR04-datasættet for pålydende værdi, det betyder, at du slører to effekter – indflydelsen af ​​havtemperaturen og landisens, eller rettere sagt ændringen i havniveauet, ", siger Peter Köhler. "Dette gør udsagn om istidernes vekslen usikre." Og der er en yderligere faktor:klimaforskere bestemmer hovedsageligt rækkefølgen af ​​glaciale perioder på baggrund af istiden på den nordlige halvkugle. Men vha. ¹⁸ O-værdier tillader os ikke at sige, om forhistorisk istid hovedsageligt fandt sted på den nordlige halvkugle eller i Antarktis.

Computermodel adskiller de påvirkende parametre

I et forsøg på at løse dette problem, Köhler og hans team evaluerede LR04-datasættet på en helt anden måde. Dataene blev indført i en computermodel, der simulerer væksten og smeltningen af ​​de store kontinentale iskapper. Hvad adskiller det:modellen er i stand til at adskille indflydelsen fra temperatur og havniveauændring på ¹⁸ O koncentration. Desuden, den kan nøjagtigt analysere, hvor og hvornår sneen falder, og isen stiger - mere på den nordlige halvkugle eller i Antarktis. "Matematikere kalder denne adskillelse en dekonvolution, " Köhler forklarer, "som vores model er i stand til at levere."

Resultaterne viser, at rækkefølgen af ​​glacialer og mellemistider var uregelmæssig selv i perioden for 2,6 til 1,0 millioner år siden - et fund, der kan være afgørende i de kommende år. Som en del af det igangværende store EU-projekt 'BE-OIC (Beyond EPICA Oldest Ice Core)', forskere borer dybere end nogensinde før i den antarktiske is. Med den ældste iskerne genvundet til dato, 'EPICA', de har 'kun' rejst tilbage omkring 800, 000 år tilbage i fortiden. Den gamle is giver, blandt andet, oplysninger om, hvor meget kuldioxid Jordens atmosfære indeholdt på det tidspunkt. Med 'Beyond EPICA' vil de dykke omkring 1,5 millioner år ind i fortiden. Ved at kombinere kuldioxidmålingerne med Köhlers analyser, Der kan opnås værdifuld indsigt i forholdet mellem disse to faktorer - fluktuationerne i rækkefølgen af ​​glacialer og kuldioxidindholdet i atmosfæren. Og dette kan hjælpe os med at forstå det grundlæggende forhold mellem drivhusgasser og klimaændringer i Jordens glaciale historie.