I 2024 er det 200 år siden Jens Esmark publiserte sin banebrytende teori om oppdagelsen av Istiden[1]. Historien bak er utførlig fortalt av Geir Hestmark i boka Istidens oppdager. Jens Esmark. Pioneren i Norges fjellverden (2017) og er tilgjengelig i en forkortet versjon på geo365.no. Boka er inspirasjonskilde til en serie artikler som ser på forskjellige aspekter av Istiden, både i Norge og nedover i Europa. Alle artiklene finner du her.
Jorden har vært i kontinuerlig endring siden den ble dannet for 4567 millioner år siden. Det finnes ingen normaltilstand. Det samme gjelder klimaet. I et geologisk tidsperspektiv har temperatur, nedbør og vind aldri vært stabile.
Dette kan vi med sikkerhet si fordi forskerne har klart å gjenskape gjennomsnittstemperaturen for jordkloden gjennom den tiden det har eksistert komplekst liv (fanerozoikum).
Det vitenskapen forteller oss er at Jorden gjennom lange tider har vært varmere enn den er i dag (ofte kalt drivhusklima). Det har i perioder også vært kaldere enn i dag (ofte kalt ishusklima). Dette må forstås slik at kloden ikke har noen «normaltemperatur», og livets utvikling på Jorden har til alle tider måttet tilpasse seg større og mindre endringer i temperatur, fuktighet og vindforhold.
Sagt på en annen måte legger klimaendringene grunnlaget for plante- og dyrelivets evolusjon.
Klimaendringene opp gjennom den geologiske historien har skjedd på mange tidsskalaer (GEO 04/2008; geoforskning.no: Endring på alle skalaer). De kan skje raskt (innenfor noen titalls til tusener av år), eller de kan skje uendelig sakte (gradvis over hundretusener eller millioner av år).
I det følgende ser vi nærmere på klimaendringer på flere forskjellige geologiske tidsskalaer.
Selv langt mot nord var ikke havis med iskoss og sørpe det normale under Istiden (kvartær). I en serie perioder med varmt klima smeltet det aller meste av isen på den nordlige halvkulen bort. Hele Antarktis var derimot dekket av snø og is gjennom hele kvartær. Foto: Halfdan Carstens
Overveiende varmt
Den geologiske tiden (eon) fanerozoikum (gr. phanerós, synlig og zoon, dyr) omhandler de siste 539 millioner årene av Jordens historie. Den omhandler derfor tiden da plante- og dyrelivet utviklet seg fra enkle encellede og flercellede organismer i urtiden, til det komplekse mangfoldet vi i dag opplever, både til vanns og til lands.
Den gjennomsnittlige overflatetemperaturen på Jorden 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. Vertikal skala: Figuren viser ikke målte temperaturer, men antyder temperaturer og klima basert på oksygenisotopforhold[2]. Horisontal skala: millioner år før nå. Kilde: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Phanerozoic_Climate_Change.png
Jordens overflatetemperatur er i dag i gjennomsnitt 15 °C. Til sammenligning var gjennomsnittstemperaturen gjennom hele fanerozoikum 20 °C.
For 34 millioner år siden ble det så kaldt at isen begynte å legge seg over Antarktis, og for 14 millioner år siden var iskappen like stor som i dag. Vi har derfor levd i en istid gjennom flere titalls millioner år.
Det eksisterer ikke noen enhetlig teori som forklarer variasjonene gjennom fanerozoikum[3]. Faktorer som bidrar inkluderer varierende solinnstråling, episodisk vulkansk aktivitet, endringer i atmosfærens sammensetning, endringer i havstrømmer, og kontinentenes forflytninger.
Stadig kaldere
Den geologiske tiden (æra) kenozoikum (gr. Kainos, ny og zoon, dyr) omhandler de siste 66 millioner årene av Jordens historie. Den omhandler tiden da pattedyrene utviklet seg og diversifiserte til blant annet hovdyr (med hester), snabeldyr (med elefanter og mammuter) og menneskeapene. Fra de siste oppstod mot slutten av kenozoikum to slekter: sjimpansene og mennesket. Med til kenozoikum hører de to geologiske periodene tertiær (paleogen og neogen) og kvartær.
Gjennom de siste femti millioner årene – sett under ett – har jordkloden vært gjenstand for sammenhengende avkjøling. Den globale overflatetemperaturen falt med så mye som tjue grader fra det varmeste til det kaldeste. Endringen til et kjøligere og tørrere klima hadde betydelig innvirkning på vegetasjonen. Mengden av tropiske arter avtok for eksempel over hele verden, og tropiske skoger vokste etter hvert kun i et tett bånd rundt ekvator. I stedet bredte løvskogen seg, mens barskog og tundra dominerte i nord. Store gressletter spredte seg på alle kontinenter (unntatt Antarktis), mens tørre savanner og ørkener oppstod i Asia og Afrika. Horisontal skala: millioner år før nå. Vertikal skala: Global overflatetemperatur sammenlignet med snittet for 1850-1900. Illustrasjon: Modifisert etter NOAA Climate.gov
Kenozoikum karakteriseres av signifikante geologiske, oseanografiske og biologiske endringer. Verdens klima gikk også fra å være varmt til kaldt. Jorden gikk inn i en istid.
Tertiær startet med en temperaturøkning på fire-fem grader gjennom de første femten millioner årene, og da det var som varmest, var det var små forskjeller mellom polene og ekvator (5 °C, mot 25 °C i dag).
Etter dette begynte den globale avkjølingen som resulterte i et temperaturfall på nærmere tjue grader frem til vår tid. Den globale overflatetemperaturen falt først med opptil ti grader fram til midt i tertiær (for omtrent trettifire millioner år siden). Spesielt raskt var fallet ved inngangen til oligocen, fire grader i løpet av mindre enn én million år, og klimaforskerne refererer til at Jorden da gikk fra et drivhusklima til et ishusklima.[4]
Det var da Antarktis begynte å fryse til.
Etter dette var klimaet forholdsvis stabilt (eller svakt stigende temperatur) gjennom tjue millioner år, og ved «midt-miocen klimatisk optimum», for femten til sytten millioner år siden, var Jordens overflatetemperatur fem til seks grader varmere enn i dag.
Deretter satte kulda inn. Brått og ubønnhørlig, sett i et geologisk tidsperspektiv.
Gjennom de siste femten millioner årene av kenozoikum har den globale temperaturen falt raskt, og spesielt stort var temperaturfallet gjennom de siste fem millioner årene (pliocen og kvartær). Fallet er imidlertid assosiert med betydelige fluktuasjoner: stadig ny oppvarming og påfølgende avkjøling.
I hovedtrekk er temperaturutviklingen gjennom kenozoikum forstått. Men hvorfor det jevnt over ble kaldere, og hvorfor temperaturen kontinuerlig fluktuerer med sprang på flere grader, er fortsatt en gåte. Faktorer som sannsynligvis spiller inn, er platetektonikk (kontinentenes plassering i forhold til hverandre, og hvor havstrømmene går) og kjemisk forvitring som (forklart i neste artikkel) endrer CO2-innholdet i atmosfæren. Det foreligger imidlertid ingen helhetlig teori for å forklare de ekstreme temperaturvariasjonene gjennom kenozoikum.
«Ansvarsfraskrivelse»
Som vi kommer tilbake til senere, er vekslingen mellom istider og mellomistider i kvartær et utslag av varierende solinnstråling grunnet Milankovitch-syklene. Disse syklene forklarer imidlertid ikke den generelle nedkjølingen gjennom kenozoikum, og slett ikke den akselererte nedkjølingen de siste fem millioner årene.
På vei inn i Istiden
Den geologiske epoken pliocen og perioden kvartær utgjør til sammen de siste 5,3 millioner år. Kvartærtiden alene utgjør 2,6 millioner år. Sammen omhandler de menneskets utvikling fra menneskeaper (Hominidae) til det moderne mennesket (Homo sapiens).
Analyser av sedimentkjerner hentet fra alle verdenshavene viser temperaturendringene på kloden de siste fem millioner årene. Kurven er kalibrert mot temperaturer derivert fra iskjernedata i Antarktis. Vertikal skala t.v: grader celsius differanse i forhold til «dagens» temperatur (1950). Vertikal skala t.h: oksygenisotopforhold (δ18O)[5]. Horisontal skala: millioner år før nå. Illustrasjon: James E. Hansen and Makiko Sato, NASA, Public domain
Mot slutten av tertiær (gjennom pliocen) falt den globale gjennomsnittstemperaturen svakt. Temperaturen var likevel to til tre grader høyere ved inngangen til kvartær enn den er i dag, og havnivået var tjuefem meter høyere enn dagens.
Ved innledningen til kvartær skjedde det en markant endring. Temperaturen begynte å falle mye raskere.
Da det ble kaldt nok, begynte isen å legge seg over både Nord-Europa (Det fennoskandiske isskjoldet) og Nord-Amerika (Det laurentiske skjoldet). Hvorpå havnivået sank. Inntil det ble varmt igjen og havnivået steg. Geografien endret stadig form, ble større og mindre i takt med at isdekkene vokste og minket.
Mulig forklaring
Overgangen mellom tertiær og kvartær er assosiert med en reversering av Jordens magnetfelt (Gauss-Matuyama-reverseringen), og det hevdes at den har bidratt til forverringen av klimaet ved inngangen til pleistocen.
Den jevnt fallende trenden gjennom kvartær skjedde samtidig med korte og raske endringer. Klimaet var på ingen måte statisk. Det skiftet kontinuerlig fra varmt til kaldt, og kaldt til varmt. Rytmen endret seg også. Den startet med periodisitet på 41 000 år og fortsatte med 100 000 år. Årsaken til dette er forstått og blir forklart i en senere artikkel (Milankovitch-syklene).
Ikke nok med at klimaet var «vilt», forskjellene mellom varmt og kaldt blir større og større jo nærmere vi kommer vår egen tid.
Mens forskjellene mellom lav og høy temperatur i de kortvarige fluktuasjonene i pliocen, var mellom én og to grader, økte de gjennom kvartær til mellom åtte og ti grader. De kaldeste temperaturene var da ensbetydende med istider, mens de varme temperaturene blir betegnet som mellomistider. Det er i en slik mellomistid vi lever i nå.[6]
Det er dette stadig skiftende klimaet med brutale kuldeperioder og tilhørende tørke innimellom korte og våte varmeperioder som er bakteppet når vi i senere artikler skal se på utviklingen fra menneskeape til menneske, og videre til det moderne mennesket.
Da menneskene kom til Europa
De første menneskene vandret ut av Afrika for knapt to millioner år siden. Til Europa kom de imidlertid mye senere. Funn i Nord-Spania viser at menneskene kom hit for en drøy million år siden. Det som møtte disse pionerene var et særdeles ustabilt klima, og de regelmessige, kalde periodene kan ha forsinket dem i å vandre nordover.
I løpet av den tiden menneske har holdt til i Europa (i overkant av én million år) har det vært fire lange istider og mange korte. Disse ble alle avløst av forholdsvis kortvarige mellomistider hvor temperaturen var betydelig høyere enn under istidene. Det er en slik mellomistid vi lever i nå. Også under istidene varierte temperaturen hyppig. Spesielt den siste istiden bærer sterkt preg av mange og raske endringer. Felles for de fire siste istidene er at det blir gradvis kaldere frem til «et istidsmaksimum», og at det etterpå brått blir varmere. De tidligste europeerne måtte altså tåle gjentatte klima- og miljøendringer i et habitat som var kaldere enn det klimaet Jordens befolkning i dag er vant med. Med til miljøendringene hører at havnivået sank og steg i takt med istider og mellomistider. Dette er godt illustrert i denne figuren som har stått i Nature. Vertikal akse: Differanse fra gjennomsnittstemperatur (celsius). Horisontal akse: År siden nåtid. Kilde: NOAA Climate.gov
Bildet av sagbladet for å beskrive temperaturutviklingen gjennom de siste fem millioner årene blir for enkelt når vi skal se på endringene gjennom de siste 800 000 årene. Bedre oppløsning på en større skala viser at det er en mengde mindre sagtenner mellom de store.
Gjennom de siste 800 000 årene av kvartær har Jorden gjennomgått fire istider der temperaturen på det verste var åtte til ti grader kaldere enn den er i dag (se figuren). Istidene har opptrådt innenfor en syklus på 100 000 år. Mellom istidene har det vært mellomistider hvor det var like varmt eller varmere enn det er i dag.
Målt på breens overflate var temperaturforskjellen mellom istider og mellomistider opp til ni grader. Forskjellene i temperatur mellom istider og mellomistider var størst på høye breddegrader og mindre rundt ekvator.
Det er spesielt tre forhold som er påfallende ved temperaturkurven for de siste 800 000 årene. For det første er fallet i temperatur etter en kort varmeperiode (interglasial) gradvis, for det andre skjer fallet med raske vekslinger mellom litt varmere og litt kaldere temperaturer, og for det tredje er økningen i temperatur etter en lang kuldeperiode (glasial) svært rask i forhold til det foregående fallet.
De mange varme (mellomistidene) og «halv-varme» periodene er bakgrunnen for at vi i den første artikkelen om Istiden skrev at «Istiden er også grønn».
Det er disse voldsomme temperaturvariasjonene gjennom flere hundre tusen år som er bakteppet når vi i en senere artikkel skal se på hvordan neandertalerne og sapiensene erobret Europa, og hvorfor neandertalerne bukket under før siste istids maksimum, mens sapiensene karret seg gjennom det siste avgjørende kaldgufset.
Et mer detaljert bilde
Temperaturutviklingen gjennom de siste 400 000 årene er tilgjengelig i denne interaktive figuren. På et hvilket som helst tidspunkt kan vi lese av temperaturen og sammenligne med dagens temperatur. Legg merke til at det var spesielt kaldt i tidsrommet fra 188 000 til 138 000 år siden. Det var på denne tiden at innlandsisen over Grønland igjen bygget seg opp, etter å ha variert i mektighet gjennom hele kvartær. Målingene er fra iskjerner i Antarktis (Vostok Ice Core).
Kaldere, tørrere og villere
Nedkjølingen gjennom kvartær var sett under ett dramatisk nok. Men det skulle bli verre. I en senere artikkel skal vi se nærmere på de ekstreme og svært hyppige forandringene klimaet gjennomgikk under siste istid.
Men først – i neste artikkel – skal vi undre oss over at Jorden for lenge siden har sust gjennom verdensrommet og sett ut som en iskule.
Kommentarer til denne artikkelen er velkomne: halfdan@geo365.no
[1] Esmark, J. 1824. Bidrag til vor Jordklodes Historie. Magazin for Naturvidenskaberne.
[2] Wikipedia skriver dette: This figure shows the long-term evolution of oxygen isotope ratios during the Phanerozoic eon as measured in fossils. Such ratios reflect both the local temperature at the site of deposition and global changes associated with the extent of permanent continental glaciation. As such, relative changes in oxygen isotope ratios can be interpreted as rough changes in climate.
[3] https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2021ESRv..21503503S/abstract
[4] Det engelske språket benytter termene «hothouse», «warmhouse», «coldhouse» og «icehouse». I hht. en artikkel i scitechdaily.com gjennomgikk kloden hothouse og warmhouse fram til for trettifire millioner år siden. Etter det inntraff coldhouse som varte fram til icehouse begynte for tre millioner år siden.
[5] https://www.mn.uio.no/ibv/tjenester/kunnskap/plantefys/leksikon/o/delta-oksygen-18.html
[6] Her er det litt begrepsforvirring. Vi kaller kvartær for Istiden. Men Istiden består samtidig av istider og mellomistider.
5 kommentarer
Jeg er litt forbauset over at utstrålinghen ikke nevnes i slike sammenhegner. «Alle» er enig i at sola er den store energikilden, og at det er tomt og kaldt utenfor atmosfæren. Siden det er tomt kan ingen energi fjernes fra kloden via ledning eller konveksjon, bare utstråling kan fjerne denne enorme energien, ca. 1,5 E21 Wh/år.
Havene forsinker denne utstrålinghen, det tar lang tid fra en sterkere innstråling gir seg utslag i høyere havtemperatur, men det varmere vannet sprer seg utover kloden til slutt, og vi får omsiden en sterkere utstråling. Skulle sola etter hvert minske utstrålingen, kan det (omsider) bli kaldt, kanskje en istid.
I en ørken er det anderledes, varmt om dagen, kaldt om natta. Litt endring i solens utstråling gjør bare at dagtemperaturen endres i takt med dette, ingen forsinkelse av betydning, eller andre (betydelige?) konsekvenser av en litt kaldere natt
Det er riktig, den eneste måten energien kan forlate det øverste laget av atmosfæren er gjennom langbølget stråling. Ellers transporteres energien på alle måter også konveksjon og konduksjon gjennom atmosfæren. Den strålingen som starter på jorden går ikke hele veien ut i rommet! Det interessente i sammenhengen er at atmosfæren som helhet isolerer, dvs. forsinker avgangen av energi og at oppvarming skyldes at det avgis mindre eenergi over året enn hva som er mottatt over året. Artikkelen forteller hvordan det har foregått over millioner av år. Og da var ikke jorden slik den er nå, bl.a. mht. vulkansk virksomhet, mm.
Spot on
At anse magnetfeltets ændringer som en mulig forklaring på klimaforandringer er en fejl. Der er ingen data, der kan underbygge dette. Tværtimod viser ingen af de mange reverseringer, der er sket, en korrelation med ændringer i hverken evolution eller klima.
Europe’s 1st humans were likely wiped out by a sudden freeze 1.1 million years ago | Live Science