Vil frodige skoger komme tilbake til Arktis? – Se opptak fra #Klimakvarteret

Se førsteamanuensis Kikki Kleiven fra Bjerknessenteret for klimaforskning/Universitetet i Bergen sin presentasjon om klimaendringer i fortid, nåtid og fremtid.

Fredag 30. april inviterte Norsk klimastiftelse til årets femte digitale #Klimakvarter. I det 15 minutter lange foredraget ga førsteamanuensis Kikki Kleiven fra Bjerknessenteret for klimaforskning/Universitetet i Bergen en presentasjon om klimaendringer i fortid, nåtid og fremtid. Last ned presentasjonen her.

Spørsmål og svar

Nå stiger konsentrasjonen med rundt 2,5 ppm hvert år. Vet vi hvor raskt CO2-konsentrasjonen har steget før i tidligere perioder med høyere konsentrasjon?

La oss ta PETM eksempel:

Oppå de lange klimatrendene i Kenozoikum ser vi også noen oppvarmingsintervall som skjer enda hurtigere. Det er de såkalte hyperthermalene. Og en av dem er Paleocen Eocen Thermal/Termisk Maximum (PETM). For rundt 55 millioner år siden ble Jorden rammet av en serie kortsiktige faser av rask global oppvarming: hypertermaler. De var helt naturlige klimatiske hendelser som er drevet av store utslipp av gasser, som CO2 og metan til atmosfæren. De mest sannsynlige årsakene til disse hendelsene er fortsatt omstridt: de kan skyldes bølger av vulkanutbrudd som varmer opp bergarter som er rik på organisk materiale eller utslipp fra naturlige metanlager på havbunnen. Eller begge deler. Den største av disse PETM — skal vi se litt nærmere på.

Store karbon-lagre som ble hurtig frigjort i atmosfæren under PETM. For å si det på en annen måte – et gedigent karbon-rap til atmosfæren. Dette førte til at den globale gjennomsnittstemperaturen steg med rundt 6°C15-20 000 år.

PETM varte 200 000 år – tok så lang tid før det store CO2 utslippet ble fanget opp i natursystemet igjen, og temperaturen gikk ned. Det høye CO2 nivået og oppvarmingen under PETM førte til utbredt forsuring i havet. Som igjen førte til utryddelse av 40% av alle mikroorganismer med kalkskall i dyphavet. Økosystemet på jorden ble også endret med en voldsom økning av skog. noe som gjorde livet bedre for mange primater! Det er forsket mye på PETM, Fordi at en bedre forståelse av hendelser som dette kan fortelle oss mer om hvordan menneskedrevne utslipp av klimagasser kan påvirke Jorden i de kommende århundrene. PETM er den hypertermalen som lignet mest på den typen global oppvarming vi ser i dag.

EN FORSKJELL: Mengden CO2 som slippes ut i dag, de menneskeskapte utslippene, er 10 ganger høyere per år enn under PETM.   PETM er allikevel sammenlignbar med dagens klimaendringer fordi hadde en relativt høy global oppvarmingshastighet Jeg elsker å gå tilbake i geologisk tid! –Det er nemlig mye å lære av alle geologiske tidsperioder, og mye å finne ut av, men PETM den skiller seg absolutt ut og er det aller nærmeste vi kan komme i geologisk tidsskala.  Å studere PETM gir oss derfor ledetråder om hvordan verdens dyr og planter kan reagere på fremtidige klimaendringer.

Når var siste gang vi hadde like høy konsentrasjon av CO2 i atmosfæren som nå, og hva vet vi om klimaet da? Og hvorfor er det ikke like varmt nå som det var da?

Forrige gang konsentrasjon av CO2 i atmosfæren var rundt, eller like over 400 deler per million (PPM) var for rundt fire millioner år siden i en geologisk periode kjent som Pliosen (mellom 5,3 og 2,6 millioner år siden). Verden var omtrent 3 ℃ varmere og havnivået var høyere enn i dag

Vi vet hvor mye karbondioksid atmosfæren inneholdt tidligere ved å studere iskjerner fra Grønland og Antarktis. Når komprimert snø gradvis endres til is, fanger den luft i bobler som inneholder atmosfæren på den tiden. Vi kan ta prøver av iskjerner for å rekonstruere fortidens atmosfære men disse iskjernene tar oss bare omtrent en million år tilbake i tid.

For å gå lengre tilbake i tid undersøker vi sedimentkjerner fra havbunnen. Sedimentene bygger seg opp år etter år når skjell fra plankton og andre organismer drysser ned og legger seg lag på lag på havbunnen. Vi kan bruke isotoper (kjemisk identiske atomer som bare avviker i atomvekt) av bor ifra skallene til det døde planktonet for å rekonstruere endringer i surheten i sjøvannet. Fra dette kan vi regne ut nivået av karbondioksid i havet – og atmosfæren!

Siden 1850 har temperatur på Jorden økt med 1.14°C, og samtidig har CO2 konsentrasjonen i atmosfæren økt fra 317 til over 400 PPM (husk at nivået var 280 PPM i over 10 000 år, og at det sakte steg fra 280 PPM til 317 PPM fra 1700 til 1958. Klimagassutslipp nådde en ny høyde i fjor, og satte oss på sporet for en gjennomsnittlig temperaturøkning på 3 grader C i dette århundre om vi ikke reduserer utslippene våre.  Vi vil runde 1.5 grader C innen 2030. Så mens klima brukte hundredetusener av år på å bli 3 grader C i Pliosen, slipper vi nå ut klimagasser så raskt at vi snart har samme temperatur som for 4 millioner år siden. Og husk at 3 grader C er et globalt gjennomsnitt. I Pliosen var både Arktis og Antarktis mye varmere med stor is smelte og øket havnivå. Denne forsterkningen av oppvarming på høye breddegrader observerer vi for eksempel på Svalbard i dag. https://www.uib.no/matnat/124314/svalbard-er-blitt-4-grader-varmere-p%C3%A5-femti-%C3%A5r

Når kan vi regne med at temperaturen «tar igjen» CO2-nivået?

Som i spørsmålet over, så har vi allerede «investert» i 1.5°C oppvarming, dette temperaturnivået når vi innen 10 år eller kortere med de utslippstrendene vi har i dag. Om vi ikke klarer en energiomstilling og store utslippskutt, så ligger vi an til å nå temperaturer på ~3 grader C i løpet av dette århundre.

Og betyr det at bare vi fanger nok CO2 når vi har nådd nullutslipp, så ordner vi alt?

Det spørs hvor lang tid det tar før vi når nullutslipp. En fare er at flere av jordens viktige økosystemer bukker under før vi somler oss til å få ned globale utslipp. Tropiske korallrev, økosystemet under sjøisen i Arktis og regnskoger er økosystem som kanskje ikke kan re-etableres selv om vi på sikt klarer å redusere global oppvarming ved hjelp av å fange CO2. Og akkurat nå så har vi ikke teknologi eller løsninger av en så stor skala som må til for å fange opp CO2 på en slik skala vi snakker om.

Jeg har hørt om noe som heter Yngre dryas en klimaperiode på slutten av istiden, som var rask – hva var det?

Yngre Dryas (YD) var en kort kuldeperiode fra 12900 til 11700 år, helt på tampen av oppvarmingen etter den siste istid. I noen får hundrede år så gikk klimaet tilbake til nær-istids-klima. Dryas kommer fra den alpine villblomsten Dryas octopetalia, og pollen i innsjøer og myrer fra denne tiden er en indikator på iskaldt klima. Pollendata viser at klima gikk fra å bli stadig mildere (fra en istid til en mellomistid) men at det så smalt tilbake til iskalde forhold. De mest detaljerte rekonstruksjonene av YD finner vi i iskjernene på Grønland. De viser at atmosfæren lokalt ble endret i løpet av noen få ti-år og at det ble 4-10 C grader kaldere.  Isbreer gikk frem, havstrømmene ble forstyrret, det ble tørrere, skog ble erstattet av tundra (med Dryas octopetalia), endret bo og jakt-mønster for mennesker, og massedød av istidsfauna som mastodonter, mega bison, skrekkulv osv. På Vestlandet hadde den store innlandsisen smeltet tilbake og lå langt inne i fjordene. I løpet av noen få hundrede år vokste isen og skubbet frem en stor morene (YD morenen) som en kan følge langs hele kysten (raet på østlandet). Bland annet Herdla ble avsatt av den raskt voksende YD isen. Det er ulike teorier for hva som utløste YD: tapning av enorme mengder med ferskvann fra bredemte sjøer i nord Amerika som rant ut i Atlanterhavet og forstyrret Golfstrømsystemet, kaldere vestavinder og mer havis (som også forstyrret havstrømmene) eller et meteoritt. Jeg har forsket på en lignende hendelse som YD (men ikke så kald) som skjedde for 8200 år siden. Da brast en enorm smeltevannsdam i nord Amerika og havstrømmene ble forstyrret og det ble kaldt i 70 år https://science.sciencemag.org/content/319/5859/60.abstract https://www.bjerknes.uib.no/artikler/nyheter/havstrommene-kan-forandre-seg-fort Så jeg holder en knapp på smeltevann også for YD hendelsen.

Er terskler i klimasystemet det samme som vippepunkter?

JA! Vippepunkt er hendelser i stor skala som endrer et naturlig system for alltid, og som ikke kan endres tilbake. I alle fall ikke i overskuelig fremtid. Hvis vi for eksempel passerer et punkt der alle jordens korallrev dør, har vi tapt de økosystemene. Vi kan ikke få dem tilbake. Tim Lenton, professor ved University of Exeter beskriver dette veldig godt: Med vippepunkt pleier vi egentlig å mene en kritisk terskel der en bitteliten endring kan få et helt system til å endre seg eller utvikle seg radikalt og irreversibelt. Altså at man ikke kan endre det tilbake igjen like lett. Lenton skiller også mellom vippepunkter og vippeelementer: Hvis vippepunktene er selve terskelen, er vippeelementet den delen av klimasystemet som står i fare for å passere en slik kritisk terskel. https://energiogklima.no/to-grader/ekspertintervju/ekspertintervjuet-vippepunkter-er-viktige-a-vite-om/

Kan man si noe om nedbøren i så fjern fortid?

Å rekonstruere fortidens nedbør er ikke rett frem, men vi kan bruke proksy data som indikerer endret nedbør.  Proksy i paleoklima er noe som opptrer istedenfor, stedfortredende eller som representant for. Dryppsteiner i huler er en god proksy for nedbør.  De vil naturlig vokse hurtigere når det er mye nedbør som siver ned i hulene og bidrar til at dryppsteinene vokser, mens de stagnerer under tørre forhold.  Om en kobler resultater fra dryppstein i huler med for eksempel sedimentkjerner fra innsjøer, så kan kjernene brukes til å rekonstruere nivået på vannet i innsjøen. Da har man to indikatorer som sier noe om nedbør, avrenning og magasinering. Også pollenkorn forteller oss om planetene som har vokst i et område over flere tusen år har vært planter som trives under tørre forhold eller mer fuktige, nedbørsrike forhold. Også kjemiske analyser av tre-ringer fra gamle stubber viser oss om klima har vært fuktig eller tørt.  Paleoklima data er som et puslespill, det må en del hjørner til før vi kan fylle ut alle bitene, men jo mer multi-proksy analyser vi gjør (der vi tar i bruk og kombinerer hele verktøykassen) desto bedre rekonstruksjoner kan vi få.  Nedbør rekonstruksjoner er ikke lett, men en del vet vi!

Har havstrømmene endret seg i forhold til isdekket – ref. fortid og fremtiden til Golfstrømmen?

Golfstrømsystemet er en del av et stort globalt transportbånd som vi kaller den termohaline sirkulasjonen. Varmt salt vann transporteres i overflaten mot høye breddegrader, hvor det blir avkjølt (avgir varme til atmosfæren) synker ned og transporteres mot tropene hvor det strømmer opp til overflaten langs ekvator, varmes opp og begynner på ferden mot høye breddegrader igjen. Hele systemet styres av temperatur (termo) og saltinnhold (haline): to faktorer som styrer tettheten til vannmassene. Mitt fagfelt er paleoseanografi som er er studiet av havets historie i den geologiske fortiden med hensyn til sirkulasjon, kjemi, biologi, geologi og biologisk produktivitet. Paleoseanografer rekonstruerer havstrømmer og klima tilbake over millioner av år. Blandt annet har vi sette at når tettheten blir endret, f.eks ved at det strømmer ut enorme mengder smeltevann som under Yngre Dryas kuldeperiode (se over) og under 8200 hendelsen, forstyrres havstrømmene.  Dette skjer også når det bygges opp store isdekker som under siste istid.  Istidens Golfstrøm nådde bare opp til Portugal og globalt var dette store transportbåndet svekket. Det er flere rekonstruksjoner fra alle verdenshav som viser av havstrømmene både responderer hurtig på klimaendringer og er med på å drive klimaendringer. For å si litt om hva som vil komme til å skje med havstrømmene fremover gir jeg ordet til min kollega Ulysses Ninnemann som skriver om dette i Eregi & Klima: https://energiogklima.no/to-grader/ekspertintervju/ekspertintervjuet-havsirkulasjonen-svekkes-i-nord-atlanteren/c

Som en mye brukt formidler, hvordan reflekterer du rundt det å snakke om et dystert, alvorlig budskap uten å fremstille situasjonen som håpløs?

Jeg er klimaoptimist!  Og jeg er det fremdeles, selv etter nesten to tiår med formidling av klimaforskning og stadig stigende globale temperaturer og utslippsnivå. Jeg er opptatt av å ikke bare dele forskning og kunnskap med mine kollegaer i inn og utland, men også sørge for at forskningen er samfunnsrelevant og danner et kunnskapsgrunnlag for beslutningstagere. Jeg har tro på å omsette forskning til kunnskap som brukes for å skape en bedre verden.  Og der politikerne har vært trege i avtrekkeren, så ser jeg at industri, bank, finans og mange lokalmiljø er på ballen og bidrar til energimomstilling, og fokus på et grønt skifte. Derfor er jeg optimist!

Vi har mer enn nok kunnskap fra klimavitenskapen til å vite at klimaendringene er menneskeskapte. Men det er fremdeles mye vi søker mer kunnskap om. Innenfor klimaforskningen nå – er det noen temaer som man er spesielt opptatt av å forstå bedre?

Vi forstår stadig mer av det intrikate klimasystemet på vår dynamiske hjemmeplanet. Men det er også mye vi jobber for å forstå.  Det å forske på hvordan mennesker endrer klimaet, krever eksperter fra mange forskjellige områder. Fysikere, kjemikere, geologer, matematikere, biologer, atmosfære forskere, oseanografer og samfunnsvitere, listen fortsetter. Forskere som studerer jordens klima, utarbeider beskrivelser av naturlige klimaendringer, hvordan mennesker samhandler med miljøet, hvordan disse interaksjonene forårsaker endringer, og hvordan målinger kan gjøres.

Metodene som er utviklet for å måle jordens klima blir stadig mer sofistikerte. Det er instrumenter på satellitter som måler stigende havnivå og overflatetemperatur i havet, landoverflater og atmosfære. Men satellittinstrumenter ser ikke under overflaten. For kanskje den viktigste komponenten i jordens klima, og kanskje den vanskeligste å måle, er havet som dekker over 70 prosent av jordens overflate. I løpet av de siste tiårene og til og med århundrene har mennesker brukt forskjellige teknikker for å måle hav, fra bøtter som ble dratt gjennom havvannet for å samle prøver, til moderne autonome fartøy som måler havet dag og natt gjennom året og rapporterer data via satellitter. En viktig ny utvikling siden 2005 er bruk av flåter/glidere som dukker opp og ned for å ta prøver av de øverste 2000-meter av havet mht temperatur og saltinnhold. Disse gjør det mulig for oss å beregne økningen i varme og endringene i surheten i havvannet. Det virker kanskje logisk at vår forståelse av havet har blitt bedre og bedre etter hvert som målemetodene våre har blitt mer sofistikerte. Det er riktig, men i et klimaperspektiv må vi studere hvordan dagens forhold i havet skiller seg fra for 10, 20 eller 100 år siden. Havet er varmere nå fordi vi har sluppet ut mye klimagasser, men hvor mye varmere? Hvordan sammenligner vi dagens sofistikerte målinger med de gamle grove måledataene? Dette er noe vi jobber mye med å forstå!

Hvor mye mer klimagasser vil vi slippe ut? Vi kan ikke si hvor mye jorden vil varme de neste årene med mindre vi vet hvor mye mer klimagasser som vil havne i atmosfæren. Hvor mye varmere vil det bli? Hvilke regioner kommer til å bli tropiske paradis? Hvilke blir et uutholdelig fuktig helvete? Det ville være nyttig å vite. Dessverre gjør vi ikke det, og derfor forsker vi på det. Hvor raskt vil havnivået stige? Vil vi ha tid til å få temperaturene ned igjen før havet stiger mer enn noen få meter? Vi vet lite om hvor mye handlingsrom vi har. Hvor alvorlig er klimatrusselen mot livet på Jorden? Problemet for planter, dyr og mennesker som lever i dag er at de og vi har tilpasset oss det uvanlig stabile klimaet de siste par tusen årene, er vi rustet til å takle hurtig oppvarming? Blir det flere orkaner? En våtere og varmere atmosfære øker drivstoffet til ekstreme hendelser som orkaner, men blir det mere og flere ekstreme orkaner?  Vil El Niño bli påvirket av globale oppvarming? Hvilke vippepunkt finnes i klimasystemet og ikke minst når de vil inntreffe? Amazonas kan bli gressletter. Store mengder metan kan frigjøres fra undersjøiske hydrater. Havstrømmene kan endres og isen på Grønland smelte. Og vi skjønner kanskje ikke nok i tide å gjøre noe med det. Et hett forskningstema er også klimaprognoser, som er sannsynlige utsagn om fremtidige klimaforhold på tidsskalaer fra sesonger til tiår eller lenger, og på romlige skalaer fra lokale til regionale og globale ved bruk av ulike klimamodeller.