Slik vet vi hvordan klimaet var i fortiden - Energi og Klima

Slik vet vi hvordan klimaet var i fortiden

Også i klimavitenskapen kan vi lære av fortiden. Og vi vet stadig mer om hvordan klimaet før termometre og meteorologiske normalperioder var oppfunnet. Til og med for flere millioner år tilbake. Forskningsleder ved Bjerknessenteret, Nele Meckler, forklarer.

Mye informasjon ligger lagret i gamle ting, hvis man bare vet hvor man skal lete. Årringer i trær inneholder blant annet informasjon om vekstforholdene treet har hatt gjennom livet.Illustrasjonsfoto: Edna Winti (via Flickr.com) cb

Innsikt: Paleoklima

Paleoklima betyr bokstavelig talt fortidsklima. I klimaforskning er paleoklimatologi studiet av klimaet i tiden før man registrerte værdata systematisk.

Vi har nøyaktige temperaturmålinger som strekker seg tilbake til 1800-tallet. Og vi har nøyaktige målinger av CO2 i atmosfæren tilbake til 50-tallet. Likevel vet forskerne hvordan klimaet var i vikingtiden. Og rundt siste istid. Og enda lenger tilbake. Knepet er å bruke flere sett av indirekte metoder for å rekonstruere klimaet i fortiden, forklarer paleoklimatolog Nele Meckler.

2°C: – Hvordan kan dere si noe om for eksempel temperaturen på jorden i tiden før vi fikk termometre?

Nele Meckler: – Til det bruker vi det vi på fagspråket kaller proksi-metoder i geologiske eller biologiske arkiver. Det er rett og slett ulike naturlige fenomener vi kan bruke til å beregne temperatur, uten at vi kan lese den av direkte. Fenomenet er da arkivet, måten vi bruker informasjonen til å beregne temperaturen på er proksi-metoden.

Akkurat som historiebøker dreier dette seg om informasjon som er lagret et sted, og som vi kan avlese. Forskjellen er at arkivene for fortidsklima gjerne inneholder data som bare gir oss indirekte informasjon om det vi er ute etter. Det er derfor vi snakker om proksi-metoder – fordi vi ikke kan avlese for eksempel temperatur direkte.

Ad
Vi støtter Tograder-prosjektet:

Måler klimaet indirekte

– Har du noen eksempler på slike arkiver?

– Ett enkelt eksempelet er trær: Årringene på trærne gir oss informasjon både om hvor gammelt treet er, og vekstforholdene det levde under.

Sedimenter i havbunnen er et annet arkiv. Forandringer i skjell vi finner i slike sedimenter kan si noe om temperaturen i havet på den tiden sedimentene ble avsatt. Andre: I iskjerner kan vi finne støv eller luftbobler, og sammensetningen av selve isen endrer seg med temperatur. I sedimenter fra innsjøer kan vi finne urgammel pollen. Og det finnes mange flere.

Vi snakker med

Foto: Eivind Senneset/UiB

Nele Meckler, forskningsleder ved Bjerknessenteret for klimaforskning

Felles for dem alle er at de gir oss informasjon om noe vi vet henger nøye sammen med temperatur eller andre klimaforhold. Når vi ikke kan måle temperaturen direkte, blir dette det beste alternativet.

– Hvor langt tilbake i tid går disse arkivene?

– Det varierer veldig. Årringer, for eksempel, kan gå noen tusen år tilbake. Iskjerner på Grønland tar oss tilbake til siste mellomistid – ca. 120.000 år siden. På Antarktis har vi fått ut informasjon fra iskjerneprøver som er 800.000 år gamle. Nå vil forskere også hente ut iskjerner som kan være 1,5 millioner år gamle. Sedimenter fra havbunnen kan ta oss mange millioner år tilbake.

Det viktigste er å ikke støtte seg til bare én type arkiv, eller én metode. Det er store feilkilder i mange av disse – derfor er det viktig å hele tiden kryssjekke med ulike metoder og data fra ulike arkiver. Det gir oss et stadig bedre bilde av hvordan klimaet har utviklet seg over flere millioner år.

Artssammensetningen avslører

– Hva mener du egentlig med proksi-metoder?

– Hvis arkivet er mediet vi henter informasjonen fra, er altså proksi-metoden måten vi henter ut informasjonen. I eksempelet i sted med årringer fra trær er treet et arkiv, mens årring-telling og måling av bredden er proksimetodene.

Hva var et isotop igjen?

Isotoper er varianter av samme grunnstoff med ulikt antall nøytroner og ulik vekt. Trenger du en grundigere forklaring? Trykk her.

Atomer består av en kjerne som er positivt ladet, og elektroner som er negativt ladet som går i bane rundt kjernen. Kjernen består av ett eller flere protoner, som gir den positive ladingen, og nøytroner, som er nøytrale.

Det er hvor mange protoner atomet har som avgjør hvilket grunnstoff det tilhører. Er det ett proton, er det et hydrogenatom. Er det to, er det helium. Karbon har seks protoner, oksygen har åtte. Og så videre.

Antallet nøytroner kan variere, og det er dette som er grunnen til at vi får isotoper. Dersom to atomer har likt antall protoner, men ulikt antall nøytroner, sier vi at de er isotoper av samme grunnstoff.

To atomer av samme grunnstoff behøver altså ikke ha samme antall nøytroner. Et hydrogenatom kan for eksempel ha null, ett eller to nøytroner i kjernen sin. Disse ulike hydrogenatomene vil danne stoffer som stort sett har de samme kjemiske egenskapene. Men fordi de har ulikt antall nøytroner, vil isotopene veie forskjellig – og isotoper kan ha ulike fysiske egenskaper – som kokepunkt eller smeltepunkt. Noen isotoper kan dessuten være radioaktive – og ustabile.

Det er mange ulike metoder, som kan ha ulike fordeler og ulemper. For eksempel ser vi ofte på isotoper av oksygen. Sammensetningen av oksygen-isotoper kan si oss noe om temperaturen. Samtidig kan de også påvirkes av nedbør og hvor mye is som befant seg på land.

Eller vi kan se på endringen i artssammensetningen i sedimenter. Artene av skjell vi finner i havsedimenter kan for eksempel gi oss informasjon om klimaet har endret seg.  Noen arter liker varmere områder, noen kalde. Tilsvarende for pollen fra bunnen av innsjøer, som kan gi en indikasjon på hvilke planter vi fant i et område i en gitt tidsperiode. Hvis sammensetningen er ulik fra ett lag til neste, kan vi gå ut fra at klimaet har endret seg i den perioden.

Vi kan også lete etter biomarkører. Det er ulike typer organiske molekyler som organismer bruker i cellene sine avhengig av hva slags klima det er. Finner vi igjen disse molekylene, kan vi dra ut informasjon om hva slags miljø cellen som laget molekylet befant seg i.

– Men hvordan finner dere ut mer nøyaktig hvilke temperaturer det er snakk om?

– For de fleste av slike metoder må vi lage en såkalt kalibrering. Vi bruker metodene på materialer som dannes i dag, der vi vet temperaturen de dannes under.  Dersom vi antar at denne sammenhengen gjelder også tilbake i tid, kan vi få en god indikasjon på temperaturene da.

Og som sagt – jo flere ulike metoder og ulike arkiver vi bruker, desto mer pålitelige mål får vi.

Bobler av gammel luft

– Det var temperatur. Hva med CO2-konsentrasjonen i atmosfæren?

– I iskjerner kan vi finne bobler av gammel luft, og ta direkte luftprøver fra dem. Det er det mest nøyaktige målet vi kan få. Dersom vi ikke kan måle direkte, hvis vi for eksempel skal gå lenger tilbake enn iskjernene, må vi også her bruke indirekte metoder.

Viktige spor: Alkenoner

Den encellete kalkflagellaten Emiliania Huxleyi produserer alkenoner. Hvilken type alkenoner avhenger av klimaet den lille algen lever i. Foto: Alison R. Taylor (University of North Carolina Wilmington Microscopy Facility)

Biomarkører er altså stoffer som produseres av organismer under bestemte forhold. En markør som er viktig i studiet av fortidsklima er alkenoner. Dette er et stoff man finner blant annet i fett som produseres av bestemte typer sjøalger, og som er spesielt nyttig fordi det brytes langsomt ned. Det betyr at du kan finne det igjen i sedimenter mange tusen år etter at organismen som laget det døde.

Selve fettmolekylet er en lang kjede av karbonatomer – men mellom enkelte av disse karbonatomene kan det være såkalte dobbeltbindinger.

– Organismene vil bygge fett med flere dobbeltbindinger som stiver av når det er varmt, eller med færre dobbeltbindinger som gjør fettet mer fleksibelt når det er kaldt. Derfor ser vi etter hvor mange som har tre dobbeltbindinger mot hvor mange som har to. Forholdet mellom disse gir oss en indikasjon på vanntemperaturen der algene levde, forklarer Meckler.

En måte som har vist seg å være pålitelig, handler igjen om å studere isotoper, denne gangen i grunnstofet bor.

Når CO2 løser seg i vann, blir vannet surere. Det påvirker igjen bor i vannet og deres isotoper. Forekomsten av bor-isotopene påvirkes altså av surhetsgraden i vannet. Disse isotopene bygges inn i skjell av organismer. Finner vi fossiler av dem, kan vi se på forholdet mellom de ulike bor-isotopene og dermed igjen få en indikasjon på CO2-nivået. Vi får med andre ord en indikasjon både på hvor surt vannet var, og hvor mye CO2 som var i atmosfæren på samme tid.

– Hvor langt tilbake går disse arkivene?

– De dataene jeg kjenner, går tilbake rundt 50 millioner år. Men det er utfordringer ved denne metoden, og spesielt når man går så langt tilbake i tid. Først og fremst at vi ikke kjenner så godt til den kjemiske sammensetningen i havvannet så langt tilbake. Det kan påvirke dette signalet. Samtidig: De som bruker denne metoden, ser gjerne også på sedimenter som overlapper i tid med iskjernene. De får akkurat samme signal med denne indirekte metoden som man gjør med den direkte metoden – altså måle fra iskjernene. Det er jo en god indikasjon.

Klimamodeller bakover i tid

– Er det mer utfordrende å måle CO2 indirekte enn temperatur?

– Hvis vi snakker om perioden før vi har iskjernedata, er det noe mer utfordrende, ja. Samtidig er det viktig å jobbe med dette. For at vi skal vite noe om klimaet vi er på vei inn i nå, må vi ganske mange millioner år tilbake før vi finner noe tilsvarende.

Derfor brukes klimamodeller til å studere klimaet ikke bare fremover i tid, men også bakover. Vi jobber med å rekonstruere forhistorisk klima så nøyaktig som mulig. Det vil hjelpe oss både med å teste klimamodellene – hvis vi kjører dem bakover i tid, kan vi se om de er riktige ved å sjekke mot rekonstruerte temperaturer. Samtidig, når vi for den eldste perioden bare har spredte punktmålinger å gå ut fra, blir det også viktig å bruke klimamodeller for å få overblikk over prosessene over hele verden på den tiden. Hva endringene den gang gjorde med klimasystemet. Det kan også gi oss en idé om hva vi står overfor nå.

– Ja, apropos det – hva vet vi om klimaet den gangen sammenliknet med dagens?

– Vi vet at de siste 2,6 millioner årene – den perioden vi kaller kvartær – har vært preget av vekslinger mellom istider og mellomistider. Og at det inntil helt nylig har vært en periode preget av nedkjøling over det hele. Istidene er blitt kaldere gjennom de siste 2,6 millioner årene.

– Og lenger tilbake?

– Da vet vi at det var mye varmere. Og da var også CO2-konsentrasjonen høyere. For eksempel i Pliocen-perioden – fra 5,3-2,6 millioner år siden – var kloden stabilt varm – med CO2-konsentrasjoner i atmosfæren på rundt 400 ppm, altså omtrent som i dag.

Siden CO2-konsentrasjonen var stabil, hadde klimaet hatt tid på å komme i likevekt – det er jo ikke tilfellet nå. Likevel kan det gi en indikasjon om hvor vi kunne være på vei dersom vi hadde klart å stanse utslippene i dag. Det gjør vi riktignok ikke, konsentrasjonen vil øke ytterligere, men dette er likevel en spesielt interessant periode i fortiden for oss å forske på.

2-3 grader varmere, 6-30 meter høyere havnivå

– Hvor mye varmere var kloden i den perioden – Pliocen – sammenliknet med i dag?

– Her må vi ta forbehold, fordi vi tross alt har målinger fra ganske få steder. Så vi har måttet ta klimamodeller til hjelp. De viser at i den værmste perioden i Pliosen har kloden nok vært i gjennomsnitt omtrent 2-3 grader varmere enn i dag. Havnivået kan ha vært 6-30 meter høyere enn dagens. Men merk at her er det store usikkerheter. Og dette er altså i et stabilt klima, som antakelig har tatt mange tusen år å etablere.

Det som imidlertid er ganske tydelig, både fra denne perioden og til tidligere perioder med enda varmere klima, er at temperaturgradienten ble mindre da det ble varmere. Altså: Forskjellen i gjennomsnittstemperatur fra lave breddegrader – nær ekvator – til høye breddegrader – nær polene – er mindre enn i kaldere perioder. Så mønsteret vi ser i oppvarmingen i dag – som er betydelig kraftigere nær polene enn rundt ekvator – er altså noe vi antakelig har sett før.

– Men da er det hold i det, da, når folk sier at «jorden har vært varmere før, dette er egentlig helt naturlig»?

– Vel, ser du jordens utvikling over mange millioner år, kan du i det minste si at det har vært så varmt før, ja. Men det som skjer nå er nok ganske unikt. Endringene den gangen skjedde over mye lengre tid. CO2 økte eller minket på grunn av vulkansk aktivitet og endringer i havsirkulasjonen, temperaturendringene gikk langsomt. Jordsystemet hadde tid til å komme i likevekt. Og likevel snakker vi altså om perioder der rundt halvparten av jordens arter døde ut på relativt kort tid. Kanskje noen tusen år. Nå skjer de samme endringene i CO2-konsentrasjon og temperatur over noen titalls år. Det setter det som foregår nå i et heller alvorlig perspektiv, spør du meg.

Når vi ser så langt tilbake, forstår vi kanskje bedre at en verden med et stabilt klima med den CO2-konsentrasjonen vi er på vei mot ser veldig annerledes ut enn vår verden gjør i dag. Jeg tror ikke vi ville kjent oss igjen: Det var ikke is verken på polene eller på Grønland, havnivået var flere titalls meter høyere, det var en helt annen fauna og flora, spesielt på våre breddegrader. Det er klart at livet generelt på jorden vil overleve de endringene vi har satt i gang. Men det fører til et helt annet miljø enn jeg tror de fleste kan forestille seg.

Bli abonnent!

<2°C eies av

I samarbeid med