Klimavariationer analyseres 5 mio. år tilbage

Jordens klimasystem er kendetegnet ved komplekse vekselvirkninger mellem atmosfæren, havene, iskapperne, landmasserne og biosfæren (steder på kloden med plante- og dyreliv). Desuden spiller astronomiske forhold en rolle i forbindelse med de store forandringer som skift mellem istider, der typisk varer omkring 100.000 år og mellemistider, der typisk varer omkring 10.-12.000 år.

Klima gentager sig som fraktaler

”Man kan se på klimaet som fraktaler, det vil sige mønstre eller strukturer, som gentager sig i mindre og mindre udgaver i det uendelige. Hvis man taler om 100-års storme, går der så 100 år imellem dem? - eller oplever man pludseligt, at der indenfor en kort årrække kommer tre storme af den størrelse? Hvis man taler om meget varme somre, sker det så hvert tiende år eller hvert femte år? Hvor store er de normale variationer? – det har vi nu undersøgt”, fortæller Peter Ditlevsen, lektor i klimafysik på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet. Forskningen er lavet i samarbejde med Zhi-Gang Shao fra South China University, Guangzhou i Kina.

Forskerne har studeret: Temperaturmålinger gennem de sidste 150 år. Iskernedata fra Grønland for mellemistiden 12.000 år tilbage, for istiden 120.000 år tilbage, iskernedata fra Antarktis, som går 800.000 år tilbage samt data fra havkernesedimenter, som går 5 mio. år tilbage i tiden.

”Vi har kun cirka 150 års direkte målinger af temperaturer, så hvis vi for eksempel vil vurdere, hvor store variationer, der kan forventes over 100 år, ser vi på temperaturrekorden i den periode, men det kan jo ikke fortælle os, hvad vi kan forvente som temperaturrekord over 1000 år. Men hvis vi kan finde ud af, hvordan forholdet mellem variationerne i en given periode er, så kan vi komme med et sådant bud. Den slags vurderinger er af stor betydning for eksempel sikkerhedsvurderinger for konstruktioner og bygninger, der skal holde meget længe, eller konstruktioner, hvor voldsomme vejrforhold kunne udgøre en sikkerhedsrisiko, så som boreplatforme eller atomkraftværker. Det har vi nu undersøgt ved at analysere både direkte og indirekte målinger tilbage i tiden”, fortæller Peter Ditlevsen.

Forskningen viser, at de naturlige variationer over en given tidsperiode afhænger af denne periodes længde på den helt særlige måde, som er karakteristisk for fraktaler. Den viden fortæller noget om, hvor stor vi skal forvente 1000-årsstormen at være i forhold til 100-årsstormen, og hvor stor 100-årsstormen forventes at være i forhold til 10-årsstormen. De har yderligere fundet, at der er forskel på den fraktale opførsel i istidsklimaet og i det nuværende varme mellemistidsklima.

Istidens bratte klimaudsving

”Vi kan se, at klimaet under en istid har meget større udsving end klimaet under en mellemistid. Der har været spekulationer om, at årsagen kunne være astronomiske variationer, men det kan vi nu afvise, da de store udsving under istiden opfører sig på samme ’fraktale’ måde, som de øvrige naturlige udsving her på kloden”, siger Peter Ditlevsen.

De astronomiske årsager, der påvirker Jordens klima er, at de andre planeter i solsystemet trækker i Jorden på grund af deres tyngdekraft. Det påvirker Jordens bane omkring Solen, der varierer mellem at være næsten cirkelformet til at være mere ellipseformet, og det har indflydelse på Solens indstråling på Jorden. De andre planeters tyngdekraft påvirker også Jordens rotation om sin egen akse. Jordaksen svinger mellem at have en hældning på 22 grader og 24 grader, og når hældningen er 24 grader er der større forskel på sommer og vinter, og det har indflydelse på klimaets voldsomme skift mellem istider og mellemistider.

De bratte klimaskift under istiden kan være udløst af flere mekanismer som har påvirket den kraftige havstrøm, Golfstrømmen, der transporterer varmt vand fra ækvator nordpå til Atlanten, hvor det køles af og synker ned i det kolde havvand under isen til bunden og skubbes tilbage mod syd. Denne vandpumpe kan på grund af ændringer i ferskvands-presset, opbrud i iskappen eller omplacering af havisen have været sat ud af kraft eller svækket og givet de voldsomme klimaudsving. Naturlige og menneskabte klimaforandringer Klimaet under de varme mellemistider er mere stabilt end istidsklimaet.

”Faktisk ser vi, at istidsklimaet er det, vi kalder ’multifraktalt’, som er en egenskab, man ser i meget kaotiske systemer, mens mellemistidsklimaet er ’monofraktalt’. Det betyder, at forholdet mellem ekstremerne i klimaet over forskellige tidperioder opfører sig som forholdet mellem de mere normale forhold på forskellige tidsskalaer.” forklarer Peter Ditlevsen

Denne nye karakteristik af klimaet vil gøre klimaforskerne i stand til bedre at skelne mellem naturlige og menneskeskabte klimaforandringer, fordi de menneskeskabte forandringer må forventes ikke at opføre sig på samme måde som de naturlige udsving. 

”Den forskel, vi finder mellem de to klimatilstande istid og mellemistid peger også på, at hvis vi rykker for meget med systemet, kan vi komme ind i et andet system, hvilket kunne føre til store udsving. Vi skal meget langt tilbage i Jordens geologiske historie for at finde et klima, som er så varmt som det, vi er på vej imod. Selvom vi ikke kender klimavariationerne i detalje så langt tilbage ved vi, at der også har forekommet pludselige klimaskift i det varme klima dengang”, påpeger Peter Ditlevsen.

Artikel i Nature Communications>>

Emner