Urgammel leire fra Sørishavet gir svar på uløste klimagåter

I en artikkel for det internasjonalt anerkjente tidsskriftet Science, bidrar UiB og Bjerknesforsker Kikki (Helga) Flesche Kleiven sammen med kollegaer fra Sveits, Tyskland, USA og England til å forklare hvorfor istidene de siste 1 millioner år ble både lengre og mer intens.  I det nye arbeidet finner forskerne at denne tidligere uforklarlige klimaovergangen sammenfaller med bevis for mindre blanding mellom dyp og overflatevann i Sørishavet. Det nye studiet bekrefter at Antarktis-regionen spiller en avgjørende rolle i perioder med klimaendringer.

Studiet er ledet av professor Samuel Jaccard, ved Universitetet i Bern, som sammen med gode kollegaer fra Princeton universitetet, Max Planck instituttet for Kjemi i Mainz, Cambridge universitetet, British Antarctic survey og Universitetet i Bergen har satt sammen nye biter i klimapuslespillet fra fortiden.

• Les artikkelen i Science her.

Løsningen på en klimagåte

En analyse av marine sedimenter samlet fra en marin kjerne i norsk territorialfarvann utenfor Bouvetøya fra et vanndyp på mer enn 2 km gir svar på en av gåtene i jordens klimahistorie: den midt-pleistosene-klimaovergangen (MPT) som begynte for rundt en million år siden. Etter MPT ble istidene både forlenget og intensivert, og frekvensen av når istidene oppstod økte fra 40.000 år til 100.000 år. Studien, som publiseres i tidsskriftet Science, viser at en av nøklene til å forstå denne klimagåten ligger i det dype vannet i havområdene rundt Antarktis.

Havvannet inneholder 60 ganger mer karbon enn atmosfæren. Derfor spiller små variasjoner i konsentrasjonen av karbondioksid (CO2) i havvannet en stor rolle  når klima går fra en kald istid til en varm mellomistid. I det nye studiet sporer forskerne utviklingen av blanding mellom dyp og overflatevann i Sørishavet 1,5 millioner år tilbake. Blanding eller miksing av vannmassene er en viktig faktor i det globale klimasystemet, fordi CO2 i havet føres til overflaten via havstrømmer og går ut i atmosfæren.

• Les en perspektivartikkel om forskningen her.

Mindre CO2 skapte intense istider

Resultatene i det nye studiet viser at denne blandingen mellom dyp og overflate vannmasser var betydelig redusert på slutten av den midt-pleistosene-klimaovergangen for ca. 600 000 år siden. Dette førte til at mengden CO2 som frigjøres fra havet ble redusert, noe som igjen påvirket drivhuseffekten og intensiverte istidene.

Studien kaster dermed også lys på det klimaforskere kaller tilbakekobling, eller  tilbakekoblingsmekanismer, som er prosesser der en størrelse i et system endres noe som får en annen størrelse til å forandre seg, med den konsekvens at den andre størrelsen i sin tur endre den første.  Ved klimaendringer kan effekten av endret klimapådriv forsterkes eller dempes, noe som akselererer eller senker pågående klimaendringer.

Fortidsklima gir bedre forståelse av global oppvarming

– Dynamikken i det globale klimasystemet er svært komplekst og konsentrasjoner av atmosfæriske drivhusgasser, spesielt CO2, spiller en viktig rolle, sier Kleiven.

Hun forklarer at drivhusgassene er knyttet til utslipp på grunn av menneskelige aktiviteter, men også til naturlige fenomener og spesielt til avgassing av CO2 -innholdet i havet. Blanding spiller en meget viktig rolle i dette tilfellet, fordi det bringer oppløst CO2 fra dypvannet til overflaten, hvor det overføres til atmosfæren og bidrar til drivhuseffekten.

– En bedre forståelse av disse fenomenene er avgjørende, fordi de også er en faktor i dagens globale oppvarming, sier Kleiven.

Photo:

På Høyden

Kikki Kleiven, forsker ved UiB og Bjerknessenteret.

En global nedkjøling

Ved hjelp av små mikrofossile skjell i leiren, kunne forskerne rekonstruere forskjellen i saltholdighet og temperatur mellom overflate- og dypvannet i kjernematerialet fra Sørishavet. Disse to faktorene er blant annet med på å bestemme hvor intenst vannmassene blandes. Resultatene viser at overflatevannet under istidene ble både kaldere og mindre salt—noe som førte til at blanding av lag i vannmassene ble redusert.

Når mengden CO2 som frigjøres av havet til atmosfæren ble redusert, bidro dette til å redusere drivhuseffekten og forlenge det kalde istidsklimaet, og innlede en periode med global nedkjøling.

– Dette er et typisk eksempel hvordan en prosess forsterker den neste som en kontinuerlig tilbakekobling: blanding mellom dypvann og overflate avtar, og nedbør og smeltevann fra isdekker på land blir liggende som et lag på overflaten av havet og holder seg der i lengre tid; dette reduserer saltholdigheten og tettheten ved vannoverflaten, noe som igjen forsterker dempningen av blandeprosessen.

Sterkere vind frigjør CO2

—Våre observasjoner er relevant for dagens situasjon i Sørishavet. I de siste tiårene, med øket global oppvarming, har vi observert at det sørlige vestavindsbeltet er blitt sterkere, noe som fremmer blanding mellom vannmassene og dermed frigjøring av oseanisk CO2 til atmosfæren.

Men denne trenden kan kompenseres av andre effekter:

For eksempel kan et varmere klima føre til økt nedbør og smeltevann fra isdekker, og dermed føre til  mer ferskvann i overflatevannmassene.

– Men, det er vanskelig å forutse hva som vil skje i sør. Vi trenger flere studier som rekonstruerer klima og vi trenger klimasimuleringer for bedre å forstå hvordan sirkulasjonsdynamikken i Sørishavet vil utvikle seg i fremtiden.

– Et heidundrende klimaspleiselag

De geologiske rekonstruksjonene av havmiksing ble utført på en 169 meter lang sedimentkjerne som ble boret under et to-måneders tokt i Sørishavet vinteren 1997-98.  Havdypet kjernen ble hentet opp fra er 2.800 meter og kjernematerialet ble fordelt mellom de ulike partnerne som er med på studiet.  Kleiven deltok selv på toktet som var i regi av International Ocean Discovery Program (IODP) som Norge er medlem av gjennom Forskningsrådet. Toktet varte i over 2 måneder og gikk fra Cape Town i Sør Afrika til Punta Arenas i Chile. 

Blir aldri sjøsyk

– Fordi det enorme boreskipet befant seg i 37 timer i norsk farvann ved Bouvetøya ble jeg spurt om å være norsk observatør for Oljedirektoratet når jeg kun var en ung doktorgradsstudent, og nøt derfor godt av privilegier som eget rom på øverste dekk og flyseter langt framme. Men hverdagen om bord på RV Joides Resolution er ikke «business class» –det er beinhardt arbeid med 12 timers skift der du står på laboratoriet med kjernebeskrivelse, mikroskopering, prøvetagning og rapportskriving.

Skipet er verdens mest avanserte forskningsskip, et flytende laboratorium som fylles med forskere i alle aldre fra 23 nasjoner og har et avansert teknisk og bore-personell i tillegg.

 – Jeg elsker livet til havs, og har til sammen vært over seks måneder på tokt bare med dette toktprogrammet: i Sørishavet, i nord Atlanteren og i Stillehavet, i tillegg til flere andre internasjonale tokt.  Materiale og forskning deles og du får venner, samarbeidspartnere, artikler og kanskje også en ektemann for livet.  Også blir jeg aldri sjøsyk!

500.000 år gammel leire i kjelleren

20 år etter toktet er delene av materialet spleiset sammen og man kan tenke nytt om metoder og forskningsspørsmål. Det er en god historie i seg selv, syns Kleiven.

– En halv million år med leire som gikk til Cambridge i England, en halv million år som endte i kjelleren på Realfagbygget her på UiB og en halv million år som i Bern i Sveits har nå blitt til dette felles arbeidet som gikk rett gjennom fagfelle-vurderingen i Science på første forsøk.  Det understreker hvor internasjonal forskning er, og hvor viktig det er å reise ut når du er stipendiat og postdoc, bygge egne nettverk og få tilgang til unikt forskningsmateriale.  Jeg er derfor veldig glad for at min tidligere ph.d.-student, senere postdoc her på Institutt for Geovitenskap, skal ut på tokt i det sørlige Stillehavet nå til sommeren—med noen av mine aller beste havkompiser og venninner.

Kleiven konkluderer med at materialet de har jobbet med aldri går ut på dato.

– Det er det som er så herlig med geologi.