Klimatvariationer under jordens historia; istider och värmeperioder

Klimatvariationer under
jordens historia; istider
och värmeperioder

•
•
•
•
•
Information om klimatet i det
förgångena
Direkta temperaturmätningar (150 år)
Historiska dokument (3000 år)
Trädringar (1000 år)
Syreisotoper från is och havsediment
( Miljoner år)
Fossiler och landformer (Miljarder år)
(Proxydata = indirekta temperatur/klimat skattningar)

Trädringar

delta O-18 avspeglar både temperatur
och global isvolym

delta O-18

Temperatur under 2000 år baserat på olika proxydata
Medeltida värmeperiod och Lilla istiden

•
•
•
I början: svag sol
Solen 70 % av idag för 4 miljarder år sedan.
Med dagens halter av CO2: T_e≈233 K och
marktemperatur på ≈ 250 K. Frusen planet.
Möjlig lösning mer CO2.

Vulkaner avger CO2; vittring deponerar CO2 i
berggrund; högre temperatur mer vittring.

•
•
•
•
Klimatet i korthet
Globala istider: 2.5 miljarder och 650
miljoner år sedan. (Snowball Earth)
Istider under karbontiden.
Värmeperioder: 100 till 45 miljoner år
sedan. Poltemperature på 20C ?
Kvartära istider: de senatse 2 årmiljonerna.

Istids- eller växthus-klimat

Kontinetkonfiguration vid Neoproterpzoiska istiderna

Spår av ekvatoriella glaciärer

Värmeperiod
under Eocene;
tempererade
poler
(krokodilfossil)

Istidscykler under Pleistocene
•
•
(senaste 2,5 milj. år)
Istidscyklerna ca 40000 år långa fram till för
800000 år sedan.
Istidscyklerna ca 100000 år därefter.

Nutid
Iskärna från Antarktis
Eem

•
•
•
•
Cyklerna
Lång glacial följd av kort interglacial.
Långsam isuppbyggnad; snabb avsmältning.
CO2 följer temperaturen; detta verkar som
förstärkare snarare än drivmekanism.
Mer stoft i atmosfären under glacial:
blåsigare och torrare.

•
•
•
Astronomisk istidsteori;
Milankovitch
Jordbanas ellipticitet (ca 100 000 år); små
varitioner i instrålning.
Jordaxlens lutning varierar mellan 21.1 och
24.5 grader (ca 40 000 år); styr
säsongsvariationer i instrålning.
Jordens banläge vid nordlig sommar
[precession of the equinoxes] (ca 20 000 år).

Ellipticitet
Lutning

Precession of equinoxes
Delvis analogt en snurra: jorden en perfekt sfärisk och
påverkas av tidvatteneffeker från sol och måne.
Dessutom vider sig banellipsen under inverkan av
Jupiter och Saturnus.

Jordbanans inverkan på solinstrålning
Variationerna i sommar solinstrålning på höga latituder är nyckeln!

Förstärkningsmekanismer
•
•
•
•
Astronomiska signalen måste förstärkas:
Istider ovanliga under jordens historia.
Avkyling de senaste 40 årmiljonerna;
kontinentkonfiguration.
Is-albedo återkoppling (feedback). Reduceras
av moln!
CO2 variationer.

•
•
•
•
Senaste istiden
Startar för ca 100 000 år sedan; maximal
isvolym för 20 000 år sedan (LGM) 4-8 C
kallare på höga latituder, 1-3 grader kallare i
tropikerna (havsytans temperatur).
Snabb uppvärmning efter LGM; återgång till
kallt klimat under Yngre Dryas (ca 11 000).
Daansgaard-Oeschger svängningar under
istid: snabb uppvärmning; långsam avkylning.
Heinrich cykler: kalvning av isberg.

Daansgaard-Oeschger svängningar

•
•
•
Daansgaard-Oeschger svängningar
Fanns under istiden, försvann med isen.
Starkast signal i norr, men syns även i syd.
Möjliga mekanismer:
Förändrad oceancirkulation
(‘’Golfströmssammanbrott’’).
Snabba förändringar i istopografi, som
påverkar vindmönster (speciellt
polarfronten).

Skillanad i
havsytans
temperature (C):
LGM - idag
havsis

•
•
•
•
Oceancirkulationen under förra
istiden
Ingen stabil djupvattenbildning i Nordatlanten:
abrupta svängningar.
Mer öst-västlig “Golfström”.
Djupvattenbilding vid Antarktis och möjligen i
norra Stilla havet.
Den Atlantiska cirkulationen återhämtar sig för
ca 14000 år sedan för att tvärt avstanna under
Yngre Dryas 2000 år senare.

Klimatarkiv från
djuphavssediment i
Nordalaten och
Grönlands inlandsis.
Uppvärmning följt av
abrupt återgång till
glaciala förhållanden vid
Yngre dryas.

Paleogeography 13,400 years ago. Glacial Lake Iroquois is held back by an ice dam in northern New York.
When that dam collapsed it drained (red arrows) into the lakes within the Champlain and Hudson Valleys,
En smältvattenpuls
från det
amerikanska
istäcket når
Nordatlanten

Nordatlanten Nordiska haven

Depth (km)
Depth (km)
Idealiserad numerisk havsmodell;
spontan kollaps.
1
2
3
4
SALINITY (year 0)
!60 !40 !20 0 20 40 60
1
2
3
4
SALINITY (year 400)
!60 !40 !20 0 20 40 60
Latitude
36.5
36
35.5
35
34.5
34
33.5
36.5
36
35.5
35
34.5
34
33.5
1
2
3
4
SALINITY (year 200)
!60 !40 !20 0 20 40 60
1
2
3
4
SALINITY (year 600)
!60 !40 !20 0 20 40 60
Latitude
36.5
36
35.5
35
34.5
34
33.5
36.5
36
35.5
35
34.5
34
33.5

Ny istid?
Vi befinner oss vid ett läge med låg sommarinstrålning; detta
återkommer om ca 50 000 år. Kanske kommer förhöjda
CO2 halter att fördröja nästa istid (i 500 000 år).

•
•
Mer klimatvariabilitet
Variationer i solutstrålning: 11-års
solfläckcykeln. Ca 1 W m^2 i S_0 (ger 0.2 W
m^2 klimateffekt).
Vulkanutbrott: kan sänka temperaturen med
upp till 0.5 grader; effeketen avklingar inom
ett par år.