I 1837 skapte Louis Agassiz forskrekkelse da han fortalte medlemmene i det sveitsiske naturvitenskapelige forbundet at jorda hadde gjennomgått en istid.

Istiden hadde formet landskapet, og at mye tydet på en hel serie med istider.

Det tok over 140 år før teorier om gjentatte istider fikk gjennomslag blant verdens forskere, og fortsatt er det mye ved istidene vi ikke forstår.

41 000 år

De såkalt mystiske 41 000-års svingningene av isvolum har plaget geologer og klimaforskere i lange tider. Problemet er at ismengden ikke har variert slik den burde ut fra de dominerende teoriene om variasjoner i mengden solenergi som når jordkloden.

Én av årsakene til at dette har vært vanskelig å finne ut, er at endringene i solinnstråling er veldig små. Istidssyklusene er på den andre siden kjempestore endringer. Is eller ikke is har sørget for at havnivået har variert med så mye som 120 meter.

- Det er nokså abstrakt å tenke på disse tidsskalaene og klimaendringene som har funnet sted, men det viktige er å prøve å forstå hvor sensitivt systemet er for endringer i ytre faktorer, som for eksempel solinnstråling eller CO2, sier Kerim Hestnes Nisancioglu ved Bjerknessenteret i Bergen.

Tre sykluser

Hvor mye energi jordkloden får fra sola, varierer i tre sykluser, på 23 000, 41 000 og 100 000 år.

Dette varierer fordi jordkloden ikke går i en rund, men elliptisk bane rundt sola, og fordi jordklodens akse står på skrå. Mengden sol som treffer bakken varierer derfor litt i store tidssykluser med planetens bevegelse.

Akkurat nå er vi inne i en mellomistid, og etter beregningene skal vi være på veg inn i en ny istid om ikke så alt for mange tusen år.

Vår forståelse av forbindelsen mellom disse syklusene og istidene er imidlertid ikke god nok. Forskerne vet fortsatt ikke hvorfor syklusen på 41 000 år dominerte klimaet for mellom tre og én millioner år siden, når det i teorien var syklusen på 23 000 år som burde være den viktigste.

- Et fundamentalt problem

To nye studier gir to mulige forklaringer.

- Dette er et ganske fundamentalt problem som forskere har jobbet med i 100 år. Man har kommet med forskjellige teorier for å forklare innflytelsen sola har på issyklusen, sier Nisancioglu.

Han er forfatter på den ene av studiene som nå er publisert i tidsskriftet Science.

Nisancioglu og medforfatterne foreslår at Antarktis har spilt en mye viktigere rolle enn man har tenkt seg så langt, og forårsaket en utligning av effekten av 23 000-årssyklusen.

Sommersol i nord

Den rådende teorien har vært at mengden sol som treffer bakken i nordlige områder i sommerhalvåret har forårsaket de store svingningene i isvolum.

- De siste 30 årene har den dominerende teorien basert seg på at variasjoner i de store landbaserte isdekkene var drevet av variasjoner i mengden solinnstråling om sommeren, på høye nordlige breddegrader, forklarer Nisancioglu.

Solinnstråling er viktig for snø- og issmelting om sommeren. Hvis noe av snøen overlever sommeren, vil det etter hvert bygge seg opp is. Derfor har man tenkt seg at dette er en veldig viktig drivkraft for å regulere volumet på de store iskappene.

Stemmer ikke

Problemet med denne teorien er at forandringer i sommerinnstråling på høye breddegrader har en syklus på 23 000 år. Dette er på grunn av vandringen av vår- og høstjevndøgn rundt jordens bane.

Dette fører til endringer både i hvor lang sommeren er i forhold til vinteren, og hvor mye solinnstråling som når bakken i sommerperioden.

De faktiske isvariasjonene går imidlertid ikke i takt med denne syklusen.

I tidsperioden fra tre millioner til én million år siden, fulgte endringene i isvolum en periode på 41 000 år. Det er jordens rotasjonsakse som driver denne syklusen. Den gir endringer i den relative mengden solinnstråling på lave og høye breddegrader.

Skjønner ikke mekanismene

De siste tre millioner år har vært preget av istider som blir avbrutt av mellomistider. Denne sykliske variasjonen representerer de største og mest studerte endringene i fortidsklima.

Ved å studere sedimenter som sier noe om havnivåendringer opp gjennom tiden, kan forskerne se hvordan isvolumet på jorden har endret seg. De har etter hvert så gode data at de kan rekonstruere istidene.

Man har tatt opp sedimentkjerner som tar oss hele10-12 millioner år tilbake i tid.

Stabil is i Antarktis?

- Man tror at isen på den nordlige halvkule begynte å komme for rundt tre millioner år siden. Før den tid var det ikke mye is på Nordkalotten. Det var imidlertid is i Antarktis så langt tilbake som for 30 millioner år siden, sier Nisancioglu.

Forskerne har sett for seg isen i Antarktis som veldig stabil, og ikke påvirket så mye av solinnstråling som i nord.

- Solinnstråling er veldig viktig, men på den nordlige halvkule isolert sett, er det ikke nok til å forklare de tidlige istidene. Dersom vi inkluderer Antarktis i bildet og lar denne isen også variere i takt med svingende solstråling, får vi et helt annet bilde, sier Nisancioglu.

Utligning

- Vi har da to iskapper, én over Nord-Amerika og én i Antarktis, som begge responderer om sommeren, men snøsmeltingen er motsatt.

- Når vi ser varme somre i nord i en del år, er det kjøligere somre på den sørlige halvkule. Dette snur etter 10 000 år.

- Iskappene er altså i motsatt fase, og endringene utligner hverandre. Da står vi igjen med responsen på 41 000-årsendrigene, som blir forsterket fordi de er i fase på de to halvkulene.

- Denne syklusen blir dermed stående igjen som dominerende.

Andre forklaringer

Nisancioglu poengterer at teorien kanskje synes logisk, men at den ikke trenger å være riktig. Han regner med at det kommer til å bli en del diskusjon rundt dette, siden den nye teorien utfordrer en teori som har fått dominere en stund.

I den samme utgaven av tidsskrifte Science er det publisert en annen artikkel som kommer med en alternativ forklaring på det samme problemet.

- Teoriene ekskluderer ikke hverandre. Det kan være en kombinasjon av to teorier, sier Nisancioglu.

Naivt

I den andre artikkelen foreslår forfatterne at det er for naivt å bare se på sommerinnstrålingen i juni måned i forbindelse med snøsmeltingen. Det vanlige er nemlig å ta utgangspunkt i solinnstrålingen ved sommersolverv, noe man kan regne seg nøyaktig frem til ved hjelp av planetens bevegelser.

- Forfatterne av den andre studien mener man må integrere hele sommerhalvåret. Man må regne ut solinnstrålingen over hele sommeren, og også hvor mange dager med sol man har i løpet av sommeren.

Det viser seg at jo mer man tar med av solinnstrålingen hele sommeren, jo mindre blir det igjen av 23 000-årssyklusen.

Utligning II

- Denne syklusen har mye å si for enkelte dager, men det jevner seg ut i lengden.

- De årene det er sterk solinnstråling, er sommeren litt kortere, mens de årene det er svakere solinnstråling, viser det seg at sommeren er lenger.

- Dette er altså en annen mulighet for å kansellere ut effekten av 23 000-årssyklusen.

Tilbakevirkning

- Jeg syns fortsatt det er forunderlig at så små endringer kan være nok til å endre det globale isvolumet så mye, sier Nisancioglu.

- I modellene ser vi at de sterke tilbakevirkningsmekanismene er viktige. Når isen begynner å smelte, blir mer landareal synlig, og den hvite og veldig reflekterende overflaten blir borte. Dette gir en forsterkende effekt, slik at ting går mye fortere.

Det som er interessant med artikkelen fra Nisancioglu og kollegaene er at de ser Antarktis som en mer aktiv del av systemet.

Nye forskningsresultater viser nemlig at isen i Antarktis har variert. I perioden 3-1 millioner år siden var klimaet forholdsvis varmt, sannsynligvis varmere enn i dag, og da skal isen i Arktis ha smeltet med en mengde opp til tilsvarende 10-20 meter med havnivå i issyklusene.

Dynamisk Antarktis

- Dette er litt kontroversielt, men det kommer mer og mer data som viser at Antarktis er ganske dynamisk og reagerer mer enn man har trodd på ytre faktorer.

- Det er tankevekkende hvor sensitiv denne isen er, sier Nisancioglu.

Det er veldig mye is i Antarktis. Dersom alt skulle smelte, ville denne isen sørge for at havet steg med 60 meter. Så mye is smelter ikke med en gang. Seismiske data antyder imidlertid at isen i Antarktis kan ha begynt å røre på seg.

- Inngrodd oppfatning

- Med bare overflatesmelting ville det nok ta flere tusen år å smelte denne isen, selv om temperaturen steg med 10 grader celsius. Selv om du har en isblokk stående på pulten om sommeren, blir den ikke borte med en gang.

- Derfor er det en litt inngrodd oppfattning om at denne isen er trygg, sier Nisancioglu.

Han mener det kan finnes andre mekanismer enn overflatesmelting, en mer dynamisk respons på temperaturendringene, og hurtigere mekanismer, som kan bety at isen i Antarktis kan endre seg raskere enn man har trodd.

Fjelltopper

- Det er ikke mye data om isen i Antarktis. Det er ikke noe særlig land å snakke om, og dermed har man ikke avsetninger på land som i Arktis. Her kan man se avsetninger og avleiringer som viser endringer i isen over tid.

- Men det finnes fjelltopper som stikker opp i Antarktis. Her har man funnet antydninger til marine avsetninger som kan dateres. Dataene viser at en del av isen var smeltet i bestemte perioder bak i tid, i perioden for 3-1 millioner år siden.

Nisancioglu bemerker at isen i Vest-Antarktis, som er delvis flytende, er mer ustabil enn resten av isen i dette området.

- Svake drivkrefter har skapt store endringer tidligere, sier han.

Vanskelig å modellere

For klimaforskerne er det en utfordring å få med iskappene i sine modeller. Det er vanskelig å modellere innlandsisen riktig, og man jobber fortsatt med å sjekke at responsen i modellene stemmer.

- Ismodellene har fortsatt en vei å gå før vi kan stole på dem, sier Nisancioglu.

- Den grunnleggende fysikken er forstått, men det er mye som ikke er inkludert i modellene. For eksempel har modellene som IPCC bruker tatt med direkte snøsmelting og avrenning, men ikke såkalte “surges”, hvor breen slipper store ismasser ut i vannet og isen smelter veldig fort.

- Det er mulig at det er snakk om raske endringer i is som man ikke klarer å modellere, sier Nisancioglu.

Referanse:

M. E. Raymo, L. E. Lisiecki, Kerim H. Nisancioglu; Plio-Pleistocene Ice Volume, Antarctic Climate, and the Global 18O Record; publisert online 22. juni, 2006; Science DOI: 10.1126/science.1123296.