I de store klimamodellene ligger sjøisen i nord som en hvit, seig honningklatt. Klimamodellenes sjøis beveger seg sakteflytende og mykt. Problemet er at isen i den virkelige verden ikke oppfører seg slik. Den er snarere rigid og sprekker opp i lange linjer.

Så hvordan kan man få modellene til å representere isen litt mer realistisk?

Dette er noe Einar Ólason, forsker ved Nansensenteret og Bjerknessenteret for klimaforskning i Bergen, har jobbet med, sammen med kollegaer helt siden 2014.

Sprekkene kan spores på satellittbilder. De er åpne i en dag eller to før de lukkes igjen. Selv om slike sprekker og åpninger i sjøisen er godt kjent, har ikke klimamodellene klart å gjenskape dem på en god måte.

Gjennom arbeidet med ismodellen kalt neXtSIM har forskerne prøvd å løse problemet. Og i løpet av 2022 publiserte Ólason med kolleger tre vitenskapelige artikler der modellene viser gode takter.

Det er i sprekkene ting skjer

Først litt om hva som skjer i samspillet mellom den iskalde luften i Arktis, islaget og det relativt varme havet under.

­– I det iskalde Arktis fungerer isen som et godt isolasjonsmateriale mot sjøvannet. Isen ligger som en barriere mellom luft som lett har en temperatur på –40 grader, og havet under, som normalt har en temperatur på –2 grader, sier Ólason.

Han forklarer at temperaturkontrasten er nærmere førti grader, og der isen sprekker opp, begynner ting å skje.

Sammenlignet med polarluften er havoverflaten relativt varm. Når vannet møter luften, begynner vann å fordampe. Sjøvannet i overflaten er ganske ferskt, men når vannet gir fra seg vanndamp, blir det saltere. Saltere vann er tyngre og synker nedover i vannlagene.

Slik forstyrres stabiliteten i vannsøylen, der man hadde et lag øverst med lett og ferskt vann like under isen. Også i den stabile, kalde luften over vannet forstyrres balansen.

Stigende vanndamp skaper lokale værendringer.

Brukte kunnskap fra bergmekanikk

Nå, i løpet av 2022, kunne Ólason og kollegaene endelig si at de har en modell som klarer å gjenskape virkelighetens is. I en studie behandler de isen ved hjelp av læren om hvordan faste materialer sprekker opp.

– Ideen kom fra Frankrike. I Grenoble finnes forskere som kan mye om reologi. Det er læren om hvordan materialer beveger seg og sprekker opp. Berggrunnen er et eksempel. Den sprekker opp i lange linjer slik man kan se ved jordskjelv, sier han.

Ved å behandle sjøisen med teknikker fra bergmekanikk har sjøismodellørene i Bergen nå klart å modellere sprekker som oppstår og lukker seg igjen på samme måte og ved samme hyppighet som observert via satellitter.

I denne videoen forteller Einar Ólason mer om hva som skjer når sjøis sprekker opp.

Vind er viktig

I en annen studie ble den samme ismodellen brukt til å gjenskape en hendelse fra senvinteren i 2013. Da sprakk en stor isflate i Beauforthavet nord for Alaska opp. Dette skjedde fra midten av februar til midten av mars.

Studien ble ledet av Jonathan Rheinlænder ved Bjerknessenteret og Nansensenteret.

Et sterkt høytrykk forårsaket vind som rev i isen og drev løs is ut gjennom Beringstredet. Fordi denne isen var dannet samme år, var den tynnere og derfor kunne lettere sprekke opp enn eldre og tykkere is.

I filmen under kan du se hvordan sprekkene spredte seg fra lengst vest i Beauforthavet og gjennom hele havområdet på noen uker.

Nå, når den tykke, flerårige sjøisen i Arktis i stor grad blir erstattet av tynnere ettårsis, blir den også svakere og mer utsatt for påvirkning av vind, slik man kan se i hendelsen fra Beauforthavet fra 2013 som vist i videoen over.

Kjenner man disse mekanismene i isen, og også klarer å beskrive dem i modellen, kan man også klare å varsle slike hendelser.

Målet er at modellen neXtSIM også kan brukes til å varsle sjøisens bevegelser for bedrifter som opererer i Barentshavet og i Arktis.

I det lange løp

Den tredje publikasjonen i rekken handler om videreutvikling av reologi i ismodellen. Dermed kan modellen på sikt også brukes i lange tidsskalaer, slik man gjør i de store klimamodellene.

De store klimamodellene regner ut klima over lange tidsskalaer, gjerne over hundre år. I ismodellen oppdaget forskerne at den laget en del feil når modellen gikk over noen år.

Tenk på et værvarsel – modellen som regner ut været, fungerer fint et par dager fram, men blir mer usikker om det går en uke eller to. På samme måte begynte ismodellen å lage egne problemer.

­– Vi så at om vi kjører den opprinnelige modellen på mer enn ett år, da oppstod det nye problemer. Etter noen år var isen i modellen gradvis blitt bygd opp til å bli urealistisk tykk, sier Ólason.

Betydning for hvordan isen oppfører seg

I tillegg var modellen blitt for tung å kjøre på supercomputerne. Forskerne lanserte Ólason og kollegaene en ny versjon av ismodellen, som løste begge disse problemene.

Hvordan isen oppfører seg i virkelighetens verden, har en del å si for skrugarder og råker.

Skrugarder er høye rygger av is som bygger seg opp på isen der den blir presset sammen. Motsatt oppstår det råker, områder med åpent vann mellom isen der isflakene sprekker opp og driver fra hverandre. Livet i og rundt isen er avhengige av slike formasjoner, for eksempel som bolig for nyfødte selunger.

Dette er noe Ólason og kollegaene jobber sammen med forskere over hele landet, i det store forskningsprosjektet Arven etter Nansen.

Neste skritt for videreutvikling av kunnskapen rundt isens bevegelser blir å jobbe med konsekvensene for biologien som er avhengige av råker og skrugarder i isen.

Referanser:

Einar Ólason mfl.: On the statistical properties of sea-ice lead fraction and heat fluxes in the Arctic. The Cryosphere, 2021. Doi.org/10.5194/tc-15-1053-2021

Jonathan W. Rheinlænder mfl.: Driving mechanisms of an extreme winter sea ice breakup event in the Beaufort Sea. Geophysical Research Letters, 2022. Doi.org/10.1029/2022GL099024

Einar Ólason mfl.: A new brittle rheology and numerical framework for large-scale sea-ice models. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 2022. Doi.org/10.1029/2021MS002685

Artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Bergen

Universitetet i Bergen er én av over 80 eiere av forskning.no. Deres kommunikasjonsansatte leverer innhold til forskning.no. Vi merker dette innholdet for å tydelig skille formidling fra uavhengig redaksjonelt stoff.
Her kan du lese mer om ordningen.

Les også disse sakene fra UiB:

• 

  Også under vann kommer høsten senere enn før

• 

  Jenter med symptomer på ADHD selvskader seg mest

• 

  Arkeologen la flaskepost i vikinggraven. 150 år etter er den nå åpnet

• 

  Forskere: Nå må vi rette fokus mot Europa

• 

  Naturtoppmøte: – Mange av de godene vi mennesker er vant til å høste fra naturen, er truet

• 

  Professor tror amerikanerne er klare for en kvinnelig president

Les flere artikler fra Universitetet i Bergen her.

forskning.no vil gjerne høre fra deg!
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER