Havsirkulasjonen er et vippepunkt som bidrar til endringer i klimasystemet. Å passere et slikt vippepunkt betyr å utløse sivilasjonstruende endringer som innebærer en rask overgang i et system fra en tilstand til en annen.

• Les artikkelen her.

Forskerteam viser for første gang at sirkulasjonen i Nord-Atlanteren blir mer ustabil under varmere klimaforhold. Det internasjonale forskerteamet inkluderer seks forskere fra Bjerknessenteret (Institutt for geovitenskap, UiB og NORCE) samt forskere fra USA, Frankrike, Nederland og Storbritannia.

Teamet studerte spor av endringer i dypvannstrømmene som er bevart i sedimentarkiv på havbunnen og avsatt over 450.000 år. Innenfor denne tidsperioden var det en rekke perioder der Nord-Atlanteren var like varm eller noen få grader varmere enn i dag.

De nye forskningsresultatene viser at havsirkulasjonen er et vippepunkt som bidrar til endringer i klimasystemet — å passere et vippepunkt betyr å utløse endringer som innebærer en rask overgang i et system fra en tilstand til en annen. Slike hurtige og variable klimaendringer kan også gjøre det vanskeligere å opprettholde våre avanserte samfunn.

Havstrømmene styrer klimaet

Dannelsen av dypvann i Nord-Atlanteren spiller en nøkkelrolle i å opprettholde dagens klima. Endringer i klima og i havsirkulasjonen har vært relativt stabile de siste ti tusen år, sammenlignet med klimaet under istidene.  

– I denne stabile perioden har de menneskelige sivilisasjoner utviklet seg og vi har bygget moderne samfunn som er tilpasset et stabilt klima, sier Eirik Vinje Galaasen, som har ledet arbeidet. 

Denne stabiliteten har bidratt til ideen om at det er lav sannsynlighet for at det skal oppstå raske endringer i havstrømmene, men om dette skulle skje er det et vippepunkt som vil ha stor innvirkning på klimasystemet.

Skjer det store endringer vil disse ha omfattende konsekvenser for klima og havnivå rundt Atlanterhavet.  Fiskeri, jordbruk og til og med havets evne til å ta opp karbondioksid som vi slipper ut i atmosfæren vil bli påvirket. Vil våre samfunn kunne takle slike disruptive klimaoverraskelser? Med slike konsekvenser er det viktig å finne ut om havsirkulasjonen vil forbli stabil i et varmere klima. Hvordan kan dette undersøkes? 

– En metode for å forutsi framtiden er å bruke modeller til å beregne endringer. Det er mange komplekse sammenhenger i klimasystemet, og derfor er det store usikkerheter i disse beregningene. Metoden som er presentert i det nye Science-arbeidet innebærer å rekonstruere klima og havstrømmer i tidligere varme perioder og kombinere disse resultatene med modellkjøringer, sier Galaasen. 

Et nytt syn på stabilitet

Rekonstruksjonene av havstrømmer og klima ble utført på en lang sedimentkjerne som ble boret under et to-måneders tokt i Nord-Atlanteren i 2006.  

Toktet var i regi av International Ocean Discovery Program (IODP) som Norge er medlem av gjennom Forskningsrådet. Havdypet kjernen ble hentet opp fra er 3500 meter og kjernematerialet ble analysert ved Forskningsfasilitet for avanserte analyser av lette stabile isotope (FARLAB), som er Norges nasjonale fasilitet for analyse av lette stabile isotoper, ved Institutt for geovitenskap, Universitetet i Bergen (UiB). 

Ser fortiden i små skjell

Ved hjelp av små mikrofossile skjell og leire fra havbunnen sør for Grønland - et følsomt sted for å studere endringer i havsirkulasjonen – kunne forskerne analysere hvordan egenskapene til dyphavet har variert tilbake i geologisk tid. 

Sedimentene sør for Grønland blir avsatt på havbunnen mye hurtigere enn andre steder i Atlanterhavet, slik at forskerne kan studere mye mer detaljerte klimaendringer enn noen gang tidligere. 

Det forskerne fant var overraskende. Hver av disse tidligere varme periodene inneholdt bevis på store uregelmessige endringer i havets sirkulasjonsmønster. Om og om igjen skjedde det brå skift i vannmassenes fordeling og geometri.  En hyppig variasjon der de dype havstrømmene i kjerneområdet enten kom fra de nordiske hav eller fra områder rundt Antarktis. Disse hurtige skiftene varte noen få århundrer før de endret seg. Gjennom avanserte datasimuleringer kunne forskerteamet også vise hvordan disse endringene i dyphavets kjemi kunne knyttes til sirkulasjon og at de kan oppstå spontant etter hvert som klimaet gradvis endret seg. 

– Det var sjokkerende å se hvordan havsirkulasjonen plutselig kan bli sterkt kaotisk under klimaforhold som ligner på dem vi snart kan møte, sier professor Ulysses Ninnemann som ledet NFR-prosjektet THRESHOLDS som finansierte studiet. 

Er vi klar for det uventede?

Det nye studiet viser ikke bare at dramatiske endringer i havstrømmene er mulig, men at de har vært vanlige i hver varmeperiode de siste 450 000 år som bare var litt varmere enn den globale oppvarmingen vi opplever i dag. Selv om havsirkulasjonen kanskje ikke kollapser og stopper opp, bekrefter dette og andre tidligere studier fra samme forskningsgruppe (Kleiven et al., 2008, Science og Galaasen et al., 2014, Science) at systemet krysser en terskel der det plutselig blir mye mer variabelt og ustabilt enn det vi er vant til. 

Denne type variasjoner vil skape alvorlige utfordringer for samfunn som må takle plutselige klimaendringer med påfølgende tørke, ekstremvær og havnivåendringer, tror artikkelforfatterne. 

– I en tid med en global epidemi, hvor vi tydelig ser de ødeleggende effektene av samfunnsomveltning, er det skummelt å tro at den relative stabiliteten vi har tatt for gitt når det gjelder havsirkulasjon kan være lettere å forstyrre enn vi trodde, sier Ninnemann. 

I tillegg til langsomme, irreversible eller brå overganger i havsirkulasjonen, ser det også ut som at den gradvise antropogene påvirkningen av klimasystemet vil føre oss til en tilstand der variabiliteten blir større og mer kaotisk. Det nye studiet viser at vi må ta hensyn til dette når vi vurderer risikoen for vippepunkt i klimasystemet. Kunnskapen om denne type vippepunkt og eventuelle konsekvenser er begrenset, men noen av dem kan ligge mellom 1.5 og 2 grader. Målet om å begrense den globale oppvarmingen til 1,5 °C har blant annet til hensikt å unngå at slike terskelverdier overskrides.

Skrevet av Sunniva Rutledal, phd.student ved Institutt for goevitenskap og Bjerknessetneret 


Da den islandske vulkanen Hekla hadde et voldsomt utbrudd for 26 740 år siden spredde asken seg utover store deler av Nord-Atlanteren. Vi vet fra tidligere maringeologiske studier at asken i stor grad spredde seg østover og over De nordiske hav. De sterke vestavindene frakter i hovedsak aske i denne retningen, men vi vet også at asken spredde seg i motsatt retning. I en iskjerne fra sentrum av Grønlandsisen har forskere funnet mikroskopiske askekorn fra det samme utbruddet.

Kobling mellom sjøis og is på land

Vi i forskningsprosjektet ice2ice er interessert i å forstå hvordan Grønlandsisen og Nord-Atlanteren har påvirket hverandre under tidligere hurtige klimaendringer. Under siste istid finnes det flere episoder der temperaturen over Grønland steg raskt med opptil 10-15^oC. Disse klimaendringene kaller vi Dansgaard-Oescgher sykluser, og er muligens den eneste analogien vi har til de klimaendringene vi observerer i Arktis i dag.

Med dette i tankene har vi derfor undersøkt tilstedeværelsen av vulkansk aske i sedimentkjerner fra Nord-Atlanteren. Skulle vi klare å finne aske fra det samme vulkanutbruddet her, kan vi synkronisere arkivene og undersøke hvordan endringer observert i Grønlandsisen henger sammen med endringer observert i havet.

Mikroskopiske askelag

Høsten 2016 hentet vi opp en sedimentkjerne fra Irmingerhavet, et havbasseng som ligger øst for sørspissen av Grønland, og sørvest for Island. Hjemme i Bergen, ved EARTHLAB på Realfagsbygget, klarte vi ved hjelp av ulike metoder lokalisere et mikroskopisk askelag i kjernen. Askekornene viste seg å være i et 0.5 cm tykt lag og var ikke større enn mellom 25-80 mikrometer (10^-6 m).

For å undersøke hvor asken kom fra reiste vi til Universitetet i Edinburgh, og ved hjelp av en «Electron probe microanalyzer» har vi fastslått at asken stammer fra nettopp utbruddet Hekla hadde for 26 740 år siden. Dette er første gang noen har funnet nettopp denne asken i Irmingerhavet, -og er et viktig funn for fremtidig maringeologisk forskning i Nord-Atlanteren. Funnet ble nylig publisert i journalen Quaternary Science Reviews 

Nyttig verktøy

Klimasystemet er komplekst og består av flere ulike komponenter som hav, iskapper og sjøis, land og atmosfære. For å forstå hvordan klimaet vil endre seg fremover er det helt essensielt å forstå hvordan disse ulike komponentene virker sammen, påvirker hverandre og hvordan de har endret seg tidligere. I en slik sammenheng spiller analyser av vulkansk aske en helt sentral rolle og er et ekstremt nyttig verktøy. Aske fra det samme vulkanutbrudd vil være tidsmarkører avsatt i ulike klimaarkiv som nettopp iskapper, havbunnssedimenter og på land i for eksempel sedimenter fra innsjøer. Slik kan vi sammenligne samme klimahendelse over store avstander.

Funnet av aske fra vulkanutbruddet til Hekla i Irmingerhavet gjør at vi nå har et fast kronologisk holdepunkt fra den vestlige siden av Nord-Atlanteren. Dette kombinert med de tidligere funn i østlige Nord-Atlanteren, i De nordiske hav og i iskjernen fra Grønland gjør at vi nå i stor detalj kan undersøke hvordan deler av klimasystemet kommuniserte med hverandre for 26 740 år siden, og hvordan klimaet varierte over store avstander, både i havet og på land.

Referanse: 

Sunniva Rutledal, Sarah M.P.Berben, Trond M.Dokken, Willem G.M.van der Bilt, Jan Magne Cederstrøm, Eystein Jansen, 2020, Tephra horizons identified in the western North Atlantic and Nordic Seas during the Last Glacial Period: Extending the marine tephra framework, Quaternary Science Reviews, doi: https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2020.106247 

Hvor salt vannet i De nordiske hav er, avhenger av hvor mye ferskt smeltevann som tilføres fra Grønland og fra sjøisen i Arktis. Derfor kan saltinnholdet brukes som et mål på hvor mye is som smelter. I seg selv kan mengden ferskvann påvirke havsirkulasjonen og de marine økosystemene i Atlanterhavet.

Saltmålinger har vist at mer ferskvann har rent ut i havet de siste tiårene. Men uten eldre data har ikke forskerne kunnet si noe om variasjoner før den tid. 

– Tretti år er ikke lenge, sier Odd Helge Otterå, forsker ved Bjerknessenteret og NORCE.

Han er en av forfatterne av den nye artikkelen, som dokumenterer ferskvannstilførselen til De nordiske hav siden 1850. Ved hjelp av prøver fra havbunnen nordvest for Island, har forskere i Bergen og Tyskland forlenget observasjonene 130 år bakover i tid.

De nye dataene gjorde det mulig å sammenligne tiden før og etter at menneskeskapte klimaendringer fikk betydning for issmeltingen i nord.

Analyser av borekjerner fra havbunnen utenfor Island tyder på at vannet der nå inneholder mindre salt enn noen gang siden 1850, da ferskvannstilførselen bare var rundt halvparten så stor.

Siden 1960-tallet har de menneskeskapte klimaendringene i økende grad bidratt til å påvirke issmeltingen, og temperaturen er nå rekordhøy. Men kurven over ferskvannstilførsel viser en jevn stigning allerede fra 1940-tallet.

– Oppvarmingstakten i Arktis i første halvdel av 1900-tallet var på mange måter like sterk som nå, sier Odd Helge Otterå.

Han sikter til at tilførselen av smeltevann fra Grønland startet i en periode da solinnstrålingen økte, og både havstrømmer og lavtrykk førte mye varme nordover i Atlanterhavet. Disse naturlige endringene forklarer i stor grad økningen i ferskvannstilførsel frem til 1990-tallet. Etter den tid er det ingenting ved disse forholdene som tilsier at utviklingen skulle fortsette. 

– Hvis dette bare hadde handlet om naturlige endringer, burde vi i perioder sett en nedgang nå, sier Odd Helge Otterå.

Han understreker at naturlige svingninger fremdeles påvirker hvor mye ferskvann det er i havet, men at den menneskeskapte komponenten nå trolig er større. Noe tegn til at tilførselen av smeltevann skal avta, ser forskerne ikke. 

Referanse

Perner, K., Moros, M., Otterå, O.H. et al. An oceanic perspective on Greenland’s recent freshwater discharge since 1850. Sci Rep 9, 17680 (2019) doi:10.1038/s41598-019-53723-z