Drivkreftene bak klimaendringene opp gjennom Jordas historie har vært varierende innstråling fra sola i samspill med geologiske, oseaniske, biologiske og atmosfæriske prosesser.
Plantevekst gjør verden kaldere:
Voldsom økning i plantevekst har flere ganger opp gjennom Jordas historie påvirket klimaet. De enorme skogene i (sen) karbon tid (323-299 millioner år siden) trakk for eksempel gjennom fotosyntesen så mye CO2 ut av atmosfæren at drivhuseffekten avtok og temperaturen derfor falt. Store oksygenfattige sumper kan også ha redusert CO2-nivået (når døde planter blir begravd i myr uten tilgang på oksygen, vil ikke karbondioksid dannes og på den måten tilbakeføres til atmosfæren). Bregner er kjent fra slutten av devon, og i karbontiden dominerte de floraen. Foto: Nicky fra Pixabay.
I den sjette og siste artikkelen i serien om hvorfor klimaet er i kontinuerlig endring prøver jeg å oppsummere de naturlige klimaendringene som Jorda har gjennomgått gjennom geologisk tid. Alle artiklene i denne serien finner du her.
Jorda er ingen enkel, kjedelig steinkule som sveiver rundt sola og suser gjennom verdensrommet. Jorda er en dynamisk planet der litosfæren, hydrosfæren, biosfæren og atmosfæren er i kontinuerlig vekselvirkning[1].
Det er i dette perspektivet vi må se på årsakene til klimaendringene gjennom geologisk tid.
Et komplekst samspill
Innstrålingen fra sola er definert som første ordens klimaregulerende faktor («Et komplekst samspill – Del 1»). Innstrålingens intensitet endres også av Milankovitch-syklene og er definert som tredje ordens klimaregulerende faktor («Et komplekst samspill – Del 3»).
Innstrålingen er med på å styre klimaet på Jorda utenfra, og den er utenfor «Jordas kontroll».
Energien fra sola blir enten absorbert av atmosfæren, eller den blir reflektert tilbake til verdensrommet. Faktorer som bidrar til absorpsjon er atmosfæren (vanndamp, skyer, støv), jordoverflatens beskaffenhet[2] og drivhusgasser i troposfæren. Faktorer som bidrar til refleksjon er atmosfæren, jordoverflaten2 og aerosoler i stratosfæren.
Med denne bakgrunnen kan vi se på Jordas atmosfære som en «organisme»[3] som er avhengig av energi utenfra, men som «lever sitt eget liv» styrt av 1) platetektoniske bevegelser som gir vulkanisme, og dannelse/nedbrytning av fjellkjeder, 2) landmassenes stadig omskiftende posisjoner, med etterfølgende endringer i havstrømmer og plantevekst (fotosyntesen), og 3) drivhusgasser.
Oppsummert: Jordas klima er bestemt av to grunnleggende hovedelementer: 1) differansen mellom innstråling og utstråling av solas energi (refleksjon/absorpsjon), og 2) geologiske, oseaniske, biologiske og atmosfæriske prosesser som påvirker temperatur, nedbør og vind.
Får hjelp av drivhusgassene Innstrålingen fra sola driver prosesser i atmosfæren, hydrosfæren og biosfæren og setter på den måten premisset for Jordas klima. Variasjoner i innstrålingen skyldes to forhold: 1) solas økende intensitet («Et komplekst samspill – Del 1»), og 2) Milankovitch-syklene («Et komplekst samspill – Del 3»). Illustrasjon. NASA
Et helhetlig syn
Mens vulkanutbrudd og jordskjelv demonstrerer dynamikken hver eneste dag, legger den langsomme platetektoniske syklusen og kontinentaldriften grunnlaget for endringer i paleogeografi, topografi (terrengformer), havstrømmer og vindsystemer.
Med denne forståelsen forklarer forskerne både kortvarige og langvarige oppvarminger og nedkjølinger av Jorda gjennom det meste av Jordas historie uten å måtte ty til periodiske endringer i innstrålingen.
I boka Geological Perspectives of Global Climate Change (K.C. Gerhard, W.E. Harrison og B.M. Hansson, 2001) diskuterer forfatterne de naturlige klimapådriverne i forhold til «dyp tid». Figuren nedenfor tar utgangspunkt i deres inndeling i fire ordener for klimaendringer (omtalt i fire tidligere artikler: «Et komplekst samspill» – Del 1, Del 2, Del 3 og Del 4).
Naturlige klimaendringer: Et mangfold av årsaker Ideen til figuren er inspirert av boka Geological Perspectives of Global Climate Change (2001). Illustrasjon: Halfdan Carstens
Fire drivhusgasser
Drivhusgassene kan ha spilt en helt avgjørende rolle for det globale klimaet gjennom hele Jordas historie, på alle tidsskalaer, og de gjør det i enda større grad i menneskenes tidsalder (antropocen).
De viktigste naturlige drivhusgassene er karbondioksid (CO2), metan (CH4), nitrogenoksider (N2O) og vanndamp (H2O).
Drivhusgassenes påvirkning av det globale klimaet henger på tre faktorer:
Mengden gass i atmosfæren
Tiden gassene oppholder seg i atmosfæren
Gassenes evne til å fange varme
Det totale klimapådrivet bestemmes av hvor mye av solas energi som blir absorbert i atmosfæren i forhold til hvor mye som unnslipper atmosfæren og forsvinner ut i verdensrommet. Som vi har sett, kan klimapådrivet være både negativt (avkjøling) og positivt (oppvarming).
Den relative betydningen av disse for atmosfærens oppvarming måles gjerne i CO2-ekvivalenter. I dag utgjør CO2 80 prosent, mens CH4 utgjør 10 prosent. Vanndamp er den mest voluminøse, men menneskenes utslipp antas å ha minimal betydning for klimaendringene.
Fra hav og land Mulige biologiske og ikke-biologiske metankilder. I tillegg dannes metan fra magmasmelter som trenger inn i sedimentære bergarter (se kunnskapsboks under). Illustrasjon: Mice of Mu/Wikimedia Commons
Et røykfullt inferno
For 56 millioner år siden, samtidig med åpningen av Norskehavet, steg den globale temperaturen raskt og kraftig. Over en periode på 200 000 år var verden 5 – 8 °C varmere enn det normale på den tiden. Varmepulsen – kjent som «Paleocene-Eocene Thermal Maximum» (PETM) – tok slutt like brått som den begynte, og aldri igjen har jorda vært like varm.[4] Det finnes tydelige spor av hendelsen i Norskehavet. Hundrevis av krater- og pipestrukturer ligger inne i de sedimentære bergartene og vitner om voldsomme, eksplosive utslipp av gass fra dypet. Teorien, som norske forskere står bak[5], går ut på at varme magmasmelter trengte inn i de sedimentære bergartene og modnet det organiske materialet som dermed produserte metan og andre drivhusgasser i enorme mengder. Teorien har langt på vei blitt bekreftet i etterkant av et boretokt i Norskehavet og har nylig blitt publisert i Nature Geoscience[6]. Teorien ble foreslått av Henrik Svensen, Sverre Planke og kolleger for snart 20 år siden og hadde førstesideoppslag i Nature[7].
Heftig vulkanisme En ekstrem varmepuls på overgangen mellom paleocen og eocen var sannsynligvis forårsaket av at drivhusgasser ble dannet og sendt opp i atmosfæren fordi glohet magma trengte inn i sedimentære bergarter under Norskehavet. Foto: Wikimedia Commons
Mangler kvantitative analyser
En overfladisk gjennomgang av populærvitenskapelig litteratur om naturlige klimaendringer, viser at det hersker stor usikkerhet mht. hvilke mekanismer som har betydd mest for avkjøling og oppvarming på gitte tidspunkter.
Tre aspekter står tydelig fram: Det ene er at det ikke har blitt lansert én grunnleggende årsak til klimaendringene. Det andre er at det er stor uenighet blant forskerne om hvorfor klimaet blir varmere eller kaldere på gitte tidspunkter i jordhistorien. Det tredje er at enkelte markante klimaendringer ikke har noen fullgod forklaring i det hele tatt.
Kjennetegnet for flere av foreslåtte forklaringer på naturlige klimaendringer er at de ikke har overbevisende kraft. Virkningene kan kun sannsynliggjøres. De kan ikke kvantifiseres.
Det gjelder for eksempel «forvitringsteorien» («Et komplekst samspill – Del 2») som kan være forklaringen på at kloden har blitt avkjølt flere ganger (senest gjennom kenozoikum), og til og med sendt den inn i flere istider («Seks unntak (minst)»). For selv om teorien virker plausibel, savner jeg beregninger som viser hvor mye CO2 som trekkes ut av atmosfæren, samt hvor fort og hvor mye dette uttaket påvirker temperaturen.
Det samme gjelder for hvordan kraftig «oppblomstring» (i for eksempel karbon tid) trekker CO2 ut av atmosfæren gjennom fotosyntesen og forårsaker en istid. Prinsippet er greit nok, men jeg har ikke kommet over beregninger som dokumenterer hvor store mengder karbon-skog som skal til for å senke temperaturen tilstrekkelig.
Andre er igjen godt dokumentert. Istidene og mellomistidene gjennom kvartær tid ser blant annet ut til å være utslag av Milankovitch-syklene, mens avkjøling gjennom et år eller flere kan skyldes eksplosive vulkanutbrudd der svoveldioksid danner aerosoler høyt oppe i atmosfæren. Det er også godt dokumentert at drivhusgassene bidrar til varmeforurensning[8] (global oppvarming på korte og lange tidsskalaer).
Utviklingen av klimaet under siste istid (geo365.no: «Et langvarig og gigantisk klimakaos») er fortsatt langt på vei en gåte. Fremtredende fluktuasjoner på menneskelige og geologiske tidsskalaer gjenstår å forklare. Det gjelder for eksempel Dansgaard-Oeschger-hendelsene med rask oppvarming og sakte avkjøling («Et komplekst samspill – Del 5»). Etter min mening burde forskningen med å forstå disse ha høyeste prioritet.
Drivhusgassene forklarer ikke alt Ørsmå mengder med karbondioksid (målt i ppm=parts per million) i atmosfæren er avgjørende for klimaet opp gjennom hele jordhistorien. Foto: NASA
Et problem for menneskene – ikke Jorda
Temperaturendringene vi opplever i vår tid er små i forhold til endringene på en geologisk tidsskala. Det er nok å minne om at Jorda ved flere anledninger var innhyllet av is («Snøballen jorden»), mens den ved andre anledninger var dominert av tropisk hav både i Arktis og Antarktis. Vi har også sett at temperaturendringene under siste istid var flere ganger raskere enn i vår tid.
Menneskenes problem – ikke Jordas – er at vår sivilisasjon kun tolererer små variasjoner. Selv minimale endringer i temperatur og medfølgende endringer i nedbørsmønstre kan ha alvorlige konsekvenser for primærnæringene. Dertil risikerer vi folkevandringer som vi aldri har sett maken til fordi havet stiger, og at et «villere» vær har ødeleggende virkninger på infrastruktur.
Aldri «normalt» Den gjennomsnittlige overflatetemperaturen på Jorda har gjennom fanerozoikum (de siste 539 millioner årene) variert fra under 10 °C til over 30 °C. For det meste har det vært varmere enn nå, men til tider har det vært så kaldt at is har dekket polområdene og kanskje hele Jorda («Seks unntak (minst)»). Vertikal skala: Figuren viser ikke målte temperaturer, men antyder temperaturforskjeller og klima basert på oksygenisotopforhold. Horisontal skala: millioner år før nå. Kilde: Wikimedia Commons
Neste artikkel
Midt under Istiden jakter en gruppe steinaldermennesker på rein foran den store isbreen. To ungdommer er nysgjerrige. De vil utforske det ukjente landet som ligger der sola forsvinner sent på kvelden og står opp tidlig om morgenen.
