Gennem hele jordens 4.6 mia. år lange historie har klimaet ændret sig.
De klimaændringer vi taler om i dag og som vi kender fra de sidste par tusinde år er meget små i forhold til de klimaændringer der har fundet sted over længere tidsskalaer.
Når vi i dag taler om at jorden har en gennemsnitstemperatur på ca. 15 ° C kan det derfor næppe opfattes som 'normalen',
men er alene den gennemsnitstemperatur man har beregnet for referenceperioden - årene 1961-1990.
Direkte temperaturmålinger har man kun kunnet foretage siden midten af 1800-tallet.
Når man skal sige noget om temperaturen fra før vi havde direkte temperaturmålinger, er man derfor nød til at benytte sig at andre metoder og kilder til at anslå temperaturen.
Sådanne data kaldes for 'proxy-data' eller 'stedfortræder data'.
Proxy-data
Historiske data:
historiske optegnelser som beretter om kolde / varme år, høstudbytter, fejlslagen høst som følge af kulde, tørke osv.
Vikingernes beretninger fra 'Grønland' , vindyrkning i England i højmiddelalderen eller beretninger / malerier m.v. af de tilfrosne bælter i Danmark i 1600-tallet.
Sådanne historiske optegnelser er med til at tegne billedet af klimaet i de sidste godt 1000 år. (se figur 1).
Pieter Bruegel 1565. Malerier af Bruegel og andre kan bruges som dokumentation for særlig kolde vintre under Den Lille Istid (ca. 1300-1800)
Træringe
Tykkelsen af træringene i gamle træer kan indirekte fortælle om vækstbetingelserne og dermed om klimaet har været varmere eller koldere.
I varme og fugtige somre danner træet tykkere årringe, mens det i kolde og tørre somre danner tyndere årringe.
Metoden kan dels anvendes på levende træer, men man kan også lave årringsanalyser på gamle træstubbe og tømmer.
I Danmark har man eksempler på egetræer med en alder på op til 2000 år.
Pollen
Alle planter som blomstrer udsender pollen. Pollen kan findes i jordens sedimentlag, og udfra pollen analyser kan det afgøres hvilke planter der har domineret tilbage i tiden.
Herudfra slutter man sig til hvordan klimaet har været.
Iskerner
Siden midten af 1960'erne har man foretaget udboringer af såkaldte 'iskerner' (se foto) fra den grønlandske indlandsis og Antarktis.
Det var den danske geofysiker Willy Dansgaard
som i starten af 1960'erne fik den geniale ide, at man ikke bare kunne tælle årlagene i isen (ligesom årringe i træerne),
men også kunne bestemme temperaturen i de år hvor de enkelte islag var dannet.
Iskerneboringer på Grønland 2005 - kilde
Dansgaard udviklede en metode hvor man, ved at måle på den relative forekomst af to iltisotoper, det lette ilt 16 (16 O) og det tungere ilt 18 (18 O) isotop, i islagene,
kunne bestemme temperaturen på det tidspunkt hvor isen var dannet. Hvordan og hvorledes springer vi over her.
Isen indeholder også luftbobler som kan analyseres og dermed give et billede af atmosfærens sammensætning tilbage i tiden.
Jo dybere man borer, jo længere tilbage i tiden kommer man. I 1987 gennemførte man de iskerneboringerne i Vostok i Antarktis,
som dannede grundlag for det nu ikoniske diagram over de sidste 400.000 års CO2 koncentration i atmosfæren (se figur 2).
I 2012 havde russiske forskere boret til en dybde af 3.768 meter i Vostok.
Mellem de enkelte islag kan man tillige finde spor af vulkansk aske, og dermed sige noget om den vulkanske aktivitet i de pågældende år.
Spor efter støv kan bruges til at sige noget om vindhastighederne.
Sedimenter
Ligesom man borer ned i isen, har man boret i de sedimentlag som findes på kontinenterne og i oceanerne.
Her er det også forekomsten af lette og tunge iltisotoper som bruges til temperaturbestemmelsen.
Ilt-isotoperne indbygges i kalkskallerne på små encellede organismer (foraminiferer).
Ved at undersøge aflejringer af såvel overflade som dybvandsorganismer har man kunne beregne sig frem til overfaldevandets temperatur og dybhavstemperaturen flere millioner år tilbage.
Hvordan og hvorfor ..?
Selvom man med disse metoder kan tegne et billede af temperatur- og dermed klimavariationerne over millioner af år,
så kan man dog ikke herudfra sige noget konkret om hvordan eller hvorfor disse klimaændringer fandt sted.
Hertil kommer at klimaændringer har fundet sted i forskellige tidscyklus, nogle over mange millioner og hundredemillioner af år, andre over hundredetusinde år og andre igen under meget korte tidsskalaer, fra tusinde år til få årtier.
Der er derfor tale om forskellige årsager til klimaforandringer under de korte og de lange tidscyklusser.
I det følgende skal de vigtigste hypoteser og teorier herom kort præsenteres:
FIGUR 1: Dybhavstemperaturer gennem 65 mio. år . Temperaturer er beregnet udfra oxygen isotoper i havbunden
I de første godt 30 mio. år efter dynosauernes uddøen ( 65 mio år siden) var jorden betydeligt varmere 22,7 ° C (73°F) mod i dag 15,5 ° C. (60°F).
De aktiske egne var helt isfri og der levede krokodiller og voksede palmer på Arktis.
FIGUR 2: Klimaets gennem 5 mio år. ° afvigelse fra i dag (referenceperioden)
Data er baseret på undersøgelse oxygen isotoper i sedimenter på oceanbunden (proxy-data) udfra hvilke man slutter sig til udbredelsen af gletscher is og heraf til temperaturen
Bemærk at gennem den sidste ca 1 million år har istiderne haft en længde på ca. 100.000 år, mens de før da havde en cyklus på 41.000 år.
I gennem de sidste 5 mio. år har jordens temperatur været faldende, med ca. 5-6 ° C.
Danmark ( det skandinaviske grundfjeldsskjold ) har således ligget på den sydlige halvkugle og gennem millioner af år bevæget sig op over ækvator og op til sin nuværende placering .
Derfor kan man i Danmarks undergrund finde fosiler fra tropisk dyr og planter, simpelthen fordi Skandinavien har ligget på sydligere breddegrader og dermed i helt andre klimazoner end i dag.
Kontinenternes bevægelser, dannelsen af nye oceaer og opfoldning af de vældige bjergkæder, har også ændret de globale havstrømme (se figur XX) og vindsystemer og dermed hele klimaet.
I de perioder hvor der har været særlig stor pladetektonisk aktivitet , har der tillige været hyppigere og voldsommere vúlkanudbrud.
Dengang som nu har vulkanudbrud sendt drivhusgaser som Co2 ud i atmosfæren og således bidraget til klimaændringerne.
Ændrede havstrømmme
FIGUR 3: Med kontinenternes ændrede beliggenhed ændres også havstrømmenes mønster
Klimaændringer på mellemlangt sigt
De sidste 400.000 år...
Gennem iskerneboringer på Antarktisk har man kunnet tegne et billede af temperaturer og atmosfærens CO2-indhold over de flere hundredetusinde år. Se figur 4.
Gennem de sidste 400.000 år har vi haft lange istider på ca 100.000 år varighed kun afbrudt af korte mellemistider eller varmeperioder.
I de sidste 10-20.000 år har vi befundet os i en sådan varmeperiode eller mellemistid.
Karakteristisk for istiderne er at de har været lange, og at temperaturen har været ca. 4-8 ° C koldere end i dag (+ 15 ° C).
Varmeperioderne / mellemistiderne er derimod korte og temperaturen ca. 2-3 ° C varmere end i dag.
Den fremherskende forklaring på istiderne og varmeperioderne er fremsat i 1940'erne af MilankovitchFIGUR 4: temperaturafvigelser fra nu og CO2 konsentration gennem 400.000 år - data fra iskerneboringer i Vostok, Antarktis.
Korrelation mellem CO2 og temperatur
Kurverne over Co2 koncentrationen i atmosfæren og temperaturen er udarbejdet på baggrund af iskerneboringerne ved Vostok.
De to kurver viser en tydelig korrelation. Når den ene stiger, så stiger den anden og omvendt.
I de sidste årtiers debat om en menneskeskabt global opvarmning, er CO2 jo blevet set som afgørende for jordens klima,
ud fra den begrundelse af CO2 jo er en drivhusgas og at drivhuseffekten er afgørende for jordens klima.
Dette blev ikke mindst understreget i Al Gores klimaforedrag (2006)
hvor de to kurver i figur 3 blev brugt som bevis på at CO2 niveauet i atmosfæren styrer atmosfærens temperatur og dermed klimaet. (om end Gore dog siger, at "it is a little more complicated then that" )
Men forklaringen holder dog heller ikke. For spørgsmålet er jo så, hvad der var årsagen til de store udsving i CO2 niveauet? Der er jo på denne tidsskale ikke tale om nogen menneskelig indflydelse!
Kausalitet: temperatur -> Co2
Så hvad er kausaliteten - altså årsag og virkning her?
Korrelation mellem to data (Co2 og temperatur), er ikke nødvendigvis ensbetydende med at der er en kausalitet mellem disse.
Men det syntes der dog at være i dette tilfælde.
Nogle forskere har påvist at temperaturen stiger 7-800 år før CO2 stigningen, og at CO2 derfor ikke kan være årsag til temperaturvariationerne.
Dette kan forklares ved følgende kausalitet (årsag- virkningsforhold):
Under istiderne: Her vi de kolde oceaner kunne optage mere CO2 fra luften og dermed sænkes CO2 koncentrationen i atmosfæren.
En del af atmosfærens CO2 indkapsles i isens luftlommer.
Under varmeperioderne (mellemistiderne): Når havet opvarmes vil dets evne til at optage CO2 fra atmosfæren svækkes,
hvorfor CO2 indholdet i atmosfæren stiger. Samtidigt frigives der Co2 fra de smeltende ismasser, og denne CO2 ophobes tillige i atmosfæren.
Uanset om det ene eller det andet er tilfældet, så efterlader det spørgsmålet om hvad der er årsag til det meget faste mønster mellem lange istider og korte varmeperioder i de sidste 400.000 år?
Den almindelige hypotese herom skal præsneteres i det følgende:
Milankovitch
Ligesom det er åbenlyst for enhver at solens indstrålingsvinkel er helt afgørende for temperaturene på de forskellige breddegrader i dag,
så er det også nærliggende, at forklare tidligere tiders klimaændringer med ændringer i solens indstrålingsvinkel.
Dette var netop hvad den serbiske geofysiker og astronom Milutin Milankovitch (1879-1958) gjorde i sin teori fra 1941 .
Milankovitch fandt at jordens klima ændrede sig som følge af en ændret indstrålingsvinkel og variationer af længden på sommer- og vinterperioder på de højere breddegrader.
Disse ændringer forklarede Milankovitch ved cykliske ændringer i tre astronomiske forhold vedrørende jorden:
Ændringer i jordaksens hældning (41.000 år)
Ændringer i jordaksens orientering (præcession) (21.000 år)
Ændringer i jordens bane omkring solen (100.000 år)
Milankovitch mente at disse cykliske ændringer af jordens bane, hældning og rotation kunne forklare klimaforandringer som er vist i figur 4. Vi genfinder i figuren
perioder på 100.000 år og 41.000 år for de sidste kuldeperioder.
Milankovitchs teori har vundet almindelig anderkendelse fra 1970'erne - omend vi ikke her skal nærmere ind i det.
FIGUR 5: Milankovitch teori om årsagen til cykliske klimaforandringer
Klimaændringer på kort sigt
De sidste 10.000 år...
Alene over de sidste 10.000 år (altså siden sidste istid) har der været mindre klimaudsving - se figur 6. -
hvor det ofte har været 1/2 til 1 ° C varmere eller koldere end i referenceperioden (1961-90)
FIGUR 6: Klimaet siden sidste istid. Temperaturvariationer i forhold til nu (referenceperioden)
Vandstandstigningen siden istiden
FIGUR 7: Vandstandsstigningen siden sidste istid
For knap 20.000 år siden begyndte vandstanden i verdenshavene at stige, som følge af opvarmningen. Istiden nærmede sig sin afslutning og siden da
er vandstanden steget med 120 meter, til sit nuværende niveau på grund af smeltevandet fra iskapperne.
I perioder har vandstandsstigningen været kraftigere end i andre - se figur 7.
Den gennemsnitlig vandstandsstigning de sidste 20.000 år er på 0,6 cm årligt (12.000 cm / 20.000 år) .
I det 20.århundrede har vandstandsstigngen været ca. 0,4 cm årligt.
Havstrømme og vinde
Sådanne kortvarige klimaforandringer som vist i fig 1, mener man i dag kan tilskrives ændringer i de globale havstrømme, herunder Golfstrømmen.
Hvis golfstrømmen i en periode svækkes vil varmetransporten til nordatlanten mindskes og det kan muligvis forklare den Lille Istid.
Men årsags-virkingsforholdet er meget komplekst og forstås ikke til fulde.
Man ved at det kolde saltholdige vand ved Grønland synker ned og dermed fungerer som en slags pumpe der trækker varmt overflade vand til. Tanken er så at i forbindelse med større isafsmeltninger, vil
saltkoncentrationen i havet falde og dermed svække nedsynkningen af overfladevandet og i sidste ende Golfstrømmen. Det skulle så føre til et koldere klima i Nordvesteuropa. Beskrivelse af GrønlandspumpenFIGUR 8: De globale havstrømme - varmt overflade vand og kolde dybhavsstrømme
På kort sigt; havstrømme og jetstrømme
Ændringer i havstrømme anvendes også til at forklare korte ti-årige klimavariationer.
Det gælder ikke mindst fænomenet El-Nino, som optræder i Stillehavet over en 7-årig cyklus,
og som påvirker såvel vinde, nedbør og temperaturer - det sidste også på globalt plan. Hvad der udløser disse kortvarige klimaforandringer vises ikke med sikkerhed.
Fra år til år oplever vi, at fordelingen af de dynamiske højtryk over Aconerne og vandrende lavtryk i nordatlanten har afgørende betydning for vejret i Europa og det østlige USA.
Disse lufttryk påvirker placeringen af den polare jetstrøm, som slynger sig rundt om jorden i en bølgeformet bevægelse.
Hvor jetstrømmen trækker sig langt mod syd, vil kold luft fra Arktis følge med jetstrømmen med koldt vejr til følge.
Omvendt der hvor jetstrømmen slynger sig mod nord, vil de varme fugtige vestenvide dominere og give et varmere vejr.
Mens havstrømme og vinde er afgrøende for klimaet på kort sigt, så er samspillet mellem disse variable meget kompliceret og forstås kun overfladisk.
Det er ligeledes umuligt at sige hvad der her årsag og virkning.
