1. Er Jorden blevet varmere?

Transkript

1 1. Er Jorden blevet varmere? Af Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo Ja, kloden bliver varmere. Stille og roligt får vi det varmere og varmere. Specielt er det gået stærkt gennem de sidste år altså efter industrialiseringen for alvor satte ind. Figur 1.1 Kloden bliver varmere Den globale temperaturudvikling fra 1850 til Ændringerne i temperaturen er sat i relation til gennemsnitstemperaturen i perioden Gennem de sidste 100 år er den globale temperatur ved overfladen steget med 0,74 C som gennemsnit for hele Jorden. (Fra Danmarks Meteorologiske Institut). Man kan bruge flere forskellige klimamodeller til at fremskrive temperaturerne. Resultaterne af beregninger afhænger naturligvis af de forudsætninger, man sætter ind i modellerne. FN s klimapanel vurderer, at den globale middeltemperatur i slutningen af dette århundrede vil være 2-4 C højere end i dag, hvis ikke vi nedbringer udledningen af CO 2. Det synes måske ikke af meget, men det kan have afgørende betydning for en række forhold. Flere forskere mener, at vi må have en koncentration af CO 2 i atmosfæren på under 350 ppm, hvis vi skal undgå alvorlige klimaproblemer (ppm betyder parts per million dvs at der for hver 1 million luftmolekyler er 350 molekyler CO 2 ved 350 ppm). I forbindelsen med klimatopmødet i København i december 2009 lod flere kirker rundt om i landet derfor deres klokke slå 350 slag for at gøre opmærksom på den kritiske tærskelværdi. Koncentrationen af CO 2 er allerede oppe på næsten 390 ppm, og et af målene med klimatopmødet var derfor at tage initiativer, der bringer CO 2 koncentrationen ned under 350 ppm igen et mål der kun i begrænset omfang lykkedes. Stort set alle er enige om, at det er bydende nødvendigt, at den globale temperatur for hele verden ikke stiger med mere end to grader i forhold til den temperatur, vi havde før industrialiseringen satte ind. Kloden kan, mener man, nok tilpasse sig en stigning på to grader, men derudover går det rigtigt galt. Denne grænse, når vi, når mængden af CO 2 i atmosfæren er på 450 ppm. 1

2 Det går hurtigst i de arktiske områder Fremtidens klima i de arktiske områder er særligt bekymrende. Her regner klimaforskere nu med, at temperaturen i gennemsnit stiger 7 til 8 grader inden for de næste hundrede år. Temperaturstigningerne rammer vidt forskelligt i Grønland. I Sydgrønland regner man med, at temperaturen stiger med ca. 2 grader inden for de næste hundrede år, mens vintertemperaturen langs Grønlands østkyst stiger med hele 12 grader. Figur 1.2 Arktis tør De arktiske områder er i særlig grad ramt af temperaturstigningerne hvor havisen og gletsjere smelter med stor fart. (Foto: Peter Bondo Christensen). Arktiske områder er mere udsatte for opvarmning end den øvrige jordklode. Det skyldes, at når is og sne tør og forsvinder fra de arktiske områder, har det en selvforstærkende effekt. Sne og is reflekterer størstedelen af de indkomne solstråler og sender dem retur til atmosfæren og verdensrummet. Man kalder det, at is og sne har en høj albedo. Albedo kommer af det latinske ord alba, der betyder hvid. En overflades albedo fortæller netop noget om hvor stor en del af solens stråling der reflekteres. En helt hvid overflade reflekterer 100 %, mens en helt sort overflade absorberer hele strålingen og reflekterer 0 %. Sne og is har en albedo på op til 90 %. Når is og sne smelter, bliver jorden, klipperne og havet eksponeret for solens stråler i længere tid. De nu mørke områder reflekterer kun ca. 20 % af solens stråler og absorberer derfor solens stråler. Jorden og dermed atmosfæren bliver derfor varmere. Det åbne hav har en albedo på kun 10 %. Når havisen smelter, bliver der mere og mere bart hav, der absorberer solens stråler og holder på varmen. Jo mindre havis, jo mere varme holder havet på og det er igen med til at reducere mængden af havis. En meget uheldig spiral er startet, se figur

3 Figur 1.3 Havisen smelter Et areal havis af størrelse med Danmark smelter hver år. (Foto: Peter Bondo Christensen). Figur 1.4 Selvforstærkende effekt Sne og is reflekterer op til 90 % af solens stråler, mens det åbne hav og den bare jord kun reflekterer %. Når sne og is smelter har det derfor en selvforstærkende effekt, der er med til at varme Arktis op meget hurtigere end man ser det på den øvrige del af kloden. (Fra ACIA). 3

4 Da atmosfæren over de arktiske områder er mindre end andre steder på Jorden, går det hurtigere med at varme atmosfæren op her. Alle faktorer til sammen betyder, at opvarmningen af Arktis går meget stærkere end resten af kloden. Fremtidige klimascenarier FN opererer med forskellige modeller for fremtidens klima, der bygger på forskellige forudsætninger. To af de klimamodeller, der går igen mange steder bygger på de såkaldte A2 og B2 scenarier. A2 scenariet forudsætter en fortsat høj befolkningstilvækst med en relativ ringe global økonomisk integration. Den teknologiske udvikling fortsætter men ikke i højeste tempo og medfører ikke en effektiv reduktion i udledningen af drivhusgasser. B2 scenariet forudsætter en moderat vækst i befolkningen lavere end i A2. Der kommer lokale løsninger på miljøproblemer, som er økonomisk, socialt og miljømæssigt bæredygtige. Alt sammen vil det medføre en mindre udledning af drivhusgasser end i A2 scenariet. FN s klimamodeller viser, at lufttemperaturen ved jordoverfladen inden år 2100 bliver ca. 2,5 grader varmere på verdensplan, hvis man bruger B2 scenariet, og ca. 4 grader varmere, hvis man bruger A2 scenariet (Figur 1.5). For alle de arktiske områder tilsammen stiger overfladetemperaturen derimod med mindst 5 (B2) - 7 grader (A2). Figur 1.5 Fremtiden ser truende ud Ved brug af forskellige forudsætninger for bl.a. befolkningstilvækst, økonomisk vækst og udvikling af nye miljøvenlige teknologier og en lang række andre faktorer, har FN opsat mange forskellige scenarier, hvorfra man kan modellere, hvor stor udledningen af drivhusgasser bliver og hvor varmt der bliver på kloden i fremtiden. Vælger man A2 scenariet som den mest sandsynlige fremtidige udvikling for verden, fortæller klimamodellerne, at der ca. bliver fire grader varmere på verdensplan inden år 2100 (venstre figur), men at temperaturen stiger næsten dobbelt så meget i de arktiske områder (højre figur). (Fra ACIA). 4

5 2. Drivhusgasser og drivhuseffekt Af Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo Drivhuseffekt Når Solens kortbølgede stråler går gennem atmosfæren, rammer de Jorden og varmer dens overflade op. Så bliver Solens energi lavet om til langbølgede varmestråler, og Jorden sender på et eller andet tidspunkt varmen tilbage til atmosfæren. Men en række gasser hindrer, at en del af varmen fra Jorden slipper ud af atmosfæren igen. Gasserne absorberer varmen, og på den måde ligger de som en dyne over Jorden og tilbageholder varmestrålingen fra Jorden. Vi kalder disse gasser for drivhusgasser. Når atmosfæren skal af med varmen, udsender skyerne og drivhusgasserne varmestråling både opad og nedad mod jordoverfladen, som derved får varmestrålingen retur fra atmosfæren. Figur 2.1 Drivhusgasser holder Jorden varm Drivhusgasserne virker som en slags isolerende lag i atmosfæren. De lader Solens stråler komme ind, men sørger for at varmen ikke så nemt slipper ud igen lige som glasset i et drivhus. Vi kalder derfor fænomenet for drivhuseffekten. (Fra: Naturen og klimaændringer i Nordøstgrønland). Drivhuseffekt er et helt naturligt fænomen. Uden den ville Jordens overflade være ca. 33 grader koldere end den rent faktisk er, og drivhuseffekten er derfor en forudsætning for, vi overhovedet kan leve på Jorden. Drivhusgasser De vigtigste drivhusgasser er vanddamp (H 2 O), kuldioxid (CO 2 ), metan (CH 4 ) og lattergas (N 2 O). CFC-gasser virker både som drivhusgasser og ødelægger det livsvigtige ozonlag, der reducerer mængden af skadelige UV-stråler til Jorden. Disse gasser blev tidligere anvendt i meget stor udstrækning. CFC-gasserne er nu blevet forbudt, men nedbrydningen af den CFC der allerede er i atmosfæren, tager meget lang tid (30-50 år), og de har derfor stadig en effekt i atmosfæren. 1

6 Gennem de seneste 100 år har menneskets aktivitet skabt en ganske betydelig ændring i atmosfærens indhold af drivhusgasser. Koncentrationen af drivhusgasser er steget voldsomt siden begyndelsen af 1900-tallet, hvor industrialiseringen for alvor satte ind. Mennesket sender drivhusgasser i atmosfæren, når vi rydder skovene, når vi brænder kul og olie af i industri og ved transport (H 2 O og CO 2 ); når drøvtyggere i landbruget (f.eks. køer) udskiller metan (CH 4 ) eller når kvælstofforbindelser i jorden omdannes til lattergas (N 2 O). Figur 2.2 Flere og flere drivhusgasser Mængden af menneskeskabte drivhusgasser er øget markant siden industrialiseringen satte ind i begyndelsen af 1900-tallet. Atmosfærens indhold af CO 2 er steget 35 % siden år 1900, og gennemsnitstemperaturen er steget med ca. 0,6 grader. (Bemærk at enheden er i ppb (milliarddele) for metan og lattergas og ppm (milliondele) for kuldioxid). (Fra DMU s Miljøbiblioteksbog: Drivhusgasser). Når temperaturen stiger i atmosfæren, indeholder den også mere vanddamp, hvilket giver en øget drivhuseffekt. På den måde får en varmere atmosfære en selvforstærkende effekt på temperaturudviklingen. I 2007 konkluderede FN s klimapanel IPCC, at størstedelen af den globale opvarmning siden 1950 med stor sandsynlighed skyldes atmosfærens øgede indhold af kuldioxid og andre menneskeskabte drivhusgasser. Figur 2.3 viser, at atmosfærens indhold af CO 2 (den midterste brune kurve) nøje følger forbrændingen af fossile brændstoffer. Mennesket har gennem tusinder af år påvirket atmosfærens indhold af kuldioxid ved at rydde land og skov (den grønne del af den forreste kurve). Men først da forbruget af fossile brændstoffer (olie og kul) for alvor tager fat i begyndelsen af 1900-tallet, stiger atmosfærens indhold af kuldioxid markant (den lyserøde del af den forreste kurve). CO 2 -koncentrationen har ikke været højere i flere tusinde år, end den er nu, og mennesket har på under 100 år brændt fossile brændstoffer af, der har ligget gemt væk i millioner af år. Temperaturen i atmosfæren har svinget lidt gennem de sidste 1000 år, men den er steget voldsomt i takt med at kuldioxid-indholdet i atmosfæren er steget de sidste 100 år (den bagerste røde kurve på figur 2.3). 2

7 Figur 2.3 Mennesket påvirker atmosfæren Sammenhæng mellem menneskets frigivelse af kulstof til atmosfæren (den forreste kurve), atmosfærens indhold af kuldioxid (den midterste kurve) og ændringer af temperaturen i atmosfæren (den bagerste kurve) gennem de seneste 1000 år. Man kan bl.a. bruge årringe i træ og koraller til at se, hvad temperaturen var for hundredvis af år siden, mens man måler kuldioxid i indlandsisens luftbobler for at vurdere atmosfærens indhold af kuldioxid i historisk tid. (Fra ACIA). Målinger viser, at atmosfærens indhold af CO 2 nu i gennemsnit stiger med 2 ppm (milliondele) hvert år, og lige nu er vi oppe på ca. 387 ppm. Men der er stor variation i atmosfærens indhold gennem året det svinger op til 6 ppm på årsbasis. Skove og andre planter optager CO 2 gennem vækstsæsonen og reducerer dermed atmosfærens indhold af CO 2. Om efteråret stopper planternes vækst. Men frigivelsen af CO 2 til atmosfæren fortsætter, og koncentrationen stiger derfor. Da det meste af Jordens landareal findes på den nordlige halvkugle, og da forbruget af fossilt brændsel til opvarmning er stort om vinteren på den nordlige halvkugle, falder svingningerne i atmosfærens CO 2 -indhold sammen med vores sommer og vinter, så koncentrationerne topper i vinterhalvåret (Figur 2.4). 3

8 Figur 2.4 Mere CO 2 i atmosfæren Udvikling i det globale indhold af kuldioxid i atmosfæren. Målingerne (rød linje) er foretaget på Hawaii. Den blå linje viser gennemsnitskoncentrationen, når man korrigerer for sæsonvariationen. Da det meste af Jordens landareal findes på den nordlige halvkugle, svinger atmosfærens indhold af kuldioxid i takt med planteaktiviteten på den nordlige halvkugle også selv om man måler på Hawaii. (Fra DMU s Miljøbiblioteksbog: Drivhusgasser). Der er forskel på drivhusgasser De forskellige drivhusgasser har ikke samme indvirkning på drivhuseffekten. Nogle gasmolekyler har en længere levetid i atmosfæren og er bedre til at absorbere varmen end andre. For at vurdere hvor meget de enkelte gasser bidrager med, beregner man deres GWP-værdi. Det betyder Global Warming Potential. Pr. definition har CO 2 en GWP værdi på 1 og de andre gasser vurderes ud fra denne værdi. GWP er opgjort til 21 for metan og 310 for lattergas. Det betyder at et ton metan bidrager 21 gange mere til drivhuseffekten end et ton kuldioxid. Og et ton lattergas er 310 gange værre end et ton kuldioxid. Man ganger udledningen af de enkelte drivhusgasser med deres GWP og omregner på den måde udledningerne til såkaldte CO 2 -ækvivalenter, som er en fælles enhed for alle drivhusgasser. Dermed er det muligt at sammenligne de enkelte gassers bidrag til drivhuseffekten og at summere effekten af alle drivhusgasser. I figur 2.5 er bidraget fra de enkelte menneskeskabte drivhusgasser omregnet til CO 2 -ækvivalenter. Man kan på den måde direkte sammenligne, hvor meget de enkelte gasser bidrager med. Man kan se at kuldioxid er den vigtigste menneskeskabte drivhusgas. Fra 1970 til 2004 steg den årlige udledning af CO 2 med omkring 80 %. Stigningen i kuldioxid skyldes især brugen af fossile brændsler. En øget landbrugsaktivitet og et øget forbrug af fossile brændsler er årsagen til øgningen i metankoncentrationen, mens stigningen af lattergaskoncentrationen primært skyldes landbruget. Koncentrationen af både kuldioxid og metan er nu langt over de naturlige værdier, der har været gennem de sidste år. 4

9 Figur 2.5 Hvor kommer drivhusgasserne fra? a) Den globale årlige udledning af menneskeskabte drivhusgasser fra 1970 til F- gasser dækker over alle CFC-gasser. b) Den samlede udledning af menneskeskabte drivhusgasser i 2004 (i CO 2 -ækvivalenter) splittet op på forskellige kilder. c) Bidrag fra forskellige erhverv og aktiviteter til den samlede udledning af menneskeskabte drivhusgasser i 2004 (i CO 2 -ækvivalenter). (Fra IPPC/DMI). Figur 2.6 Kvæg udskiller metan Når kvæg og andre drøvtyggere fordøjer deres føde udskilles store mængder metan, som derved bidrager til drivhuseffekten. Målinger viser, at ca. en 1/3 af danskernes bidrag til drivhuseffekten stammer fra landbrugsproduktion med drøvtyggere som den største bidragsyder. (Foto: Per Schriver). 5

10 3. Det globale kulstofkredsløb Af Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo I kulstofkredsløbet bliver kulstof (C) udvekslet mellem atmosfæren, landjorden og oceanerne. Det sker når kemiske forbindelser der indeholder kulstof, f.eks. CO 2, ved hjælp af biologiske og kemiske processer omdannes til nye kulstofholdige stoffer, f.eks. glukose (C 6 H 12 O 6 ) i planter eller hydrogencarbonat HCO 3 - i havet. Figur 3.1 illustrerer det globale kulstofkredsløb og størrelsen af de forskellige kulstofpuljer på Jorden og udvekslingen mellem puljerne. Drivhusgasserne kuldioxid (CO 2 ) og metan (CH 4 ) er vigtige elementer i det globale kulstofkredsløb. Figur 3.1 Kulstofkredsløbet De sorte tal viser hvor meget kulstof der er lagret i de forskellige puljer i gigatons (10 9 tons). De blå tal fortæller hvor meget kulstof, der bliver udvekslet mellem puljerne hvert år. Som man kan se, finder man den største pulje af kulstof i dybhavet. ( Kuldioxid er (bortset fra vand) den drivhusgas, der bidrager mest til drivhuseffekten, fordi koncentrationen af den er størst, og mængden af den stiger kraftigst i atmosfæren. Se også kapitel 2. Spørgsmålet er om årsagen til det er menneskeskabt. Det kan man få svar på ved at se på kulstoffets fordeling og udveksling mellem Jordens kulstofpuljer. Indholdet af kulstof i atmosfæren ville være konstant, hvis der var balance i udvekslingen mellem Jordens kulstofpuljer. Det er der tilsyneladende ikke hvad går galt? 1

11 Udveksling af kulstof med atmosfæren Som figur 3.1 viser, er der på globalt plan stor set balance mellem de naturlige processer på landjorden der binder CO 2 fra atmosfæren, og de processer der frigiver CO 2 til atmosfæren. Ca. 121,8 (121,3 + 0,5) gigatons bindes ved fotosyntese, og 121,6 ( ,6) gigatons frigives ved respirationsprocesser. Planter på landjorden laver fotosyntese. Ved den proces optager de CO 2, og ved hjælp af lysenergi fra solen omdanner de det sammen med vand til organisk stof og ilt: 6CO 2 + 6H 2 O + lysenergi C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Vi kalder produktionen af det organiske stof dannet ved fotosyntese for primærproduktion. Planterne bliver til føde for dyr (planteædere) som igen bliver ædt af rovdyr. Alle organismerne udgør tilsammen en fødekæde, som det organisk bundne kulstof strømmer igennem. Det bundne kulstof bliver frigivet igen gennem respirationsprocesser. Det sker ved planternes egen respiration eller gennem respirationen hos de dyr og bakterier, som æder og nedbryder det organiske materiale, som planterne eller de selv har produceret. Respirationen ser således ud: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O + energi Regnskabet går næsten op, men der bindes 0,2 gigatons mere pr. år ved fotosyntese end der frigives ved respirationsprocesser. Som man kan se midt på figur 3.1, sker der også udveksling af kulstof mellem atmosfæren og oceanerne, idet 92 gigatons bliver fjernet fra atmosfæren og 90 gigatons bliver frigivet til atmosfæren. Her er der tale om fysisk-kemiske processer i oceanerne i kombination med de biologiske processer fotosyntese og respiration. Tilsammen fjerner disse processer netto 2 gigatons kulstof fra atmosfæren, som akkumuleres i oceanerne. Men som man kan se til højre på figur 3.1, er der en ikke ubetydelig proces, der tilfører atmosfæren CO 2. Det er den menneskeskabte afbrænding af fossile brændstoffer som kul, olie og naturgas. Denne udledning af CO 2 til atmosfæren er på 5,5 gigatons om året. Det er noget mere end de naturlige processer på landjorden og i oceanerne kan modvirke, og det forklarer hvorfor indholdet af CO 2 i atmosfæren er stadigt stigende, i dette regnestykke med 2,3 (5,5-0,2-2,0) gigatons om året. Prøver fra iskerneboringer viser da også, at atmosfærens indhold af CO 2 ikke har været højere de sidste 20 millioner år af Jordens historie. 2

12 Figur 3.2 Menneskeskabt CO 2 -udledning En stor del af den menneskeskabte CO 2 -udledning stammer fra afbrænding af fossile brændstoffer som på dette kulfyrede kraftværk. (Foto: Dong Energy). Processerne i oceanerne Men regnestykket ville se meget værre ud, hvis ikke oceanerne havde en kæmpe evne til at optage kulstof fra atmosfæren. Mange forskere arbejder med at kortlægge, hvordan kulstoffet bliver optaget i havet - og hvor meget kulstof havet kan blive ved med at optage, hvis indholdet af CO 2 i atmosfæren bliver ved med at stige. Man ved at oceanernes pulje af kulstof er ca. 50 gange så stor som atmosfærens kulstofpulje. Det skyldes dels at havet er umådelig stort, og dels at vand pr. volumen enhed kan binde langt mere CO 2 end atmosfærisk luft. Når CO 2 bliver transporteret til oceanerne, taler man populært om at det kan ske ved hjælp af en biologisk pumpe eller en fysisk pumpe. Den biologiske pumpe involverer de levende organismer, mens den fysiske pumpe involverer en række fysiske processer. I oceanerne udveksler de to pumper kulstof med hinanden ved en række kemiske processer. Man mener, den biologiske pumpe står for ca. 20 % af transporten af CO 2 til oceanerne, mens den fysiske pumpe står for ca. 80 % af transporten. De to pumper er illustreret på figur

13 Figur 3.3 Pumper i havet Den biologiske pumpe og den fysiske pumpe, som man også kalder dybvandspumpen. (Fra Aktuel Naturvidenskab 3/2007). Den biologiske pumpe I oceanerne foregår fotosyntesen i de øverste vandmasser, hvor planteplankton (fritsvævende alger) udgør havets vigtigste primærproducenter. Selv om disse mikroskopiske alger kun udgør ca. 1 % af Jordens samlede plantebiomasse, optager de alligevel næsten halvdelen af den CO 2, der bliver fjernet fra atmosfæren ved fotosyntese. Som på landjorden strømmer den bundne kulstof gennem fødekæderne, og det meste frigives igen ved respiration. En mindre del af kulstoffet synker imidlertid sammen med plante- og dyreceller ud af de øverste vandmasser og ender i dybhavet. Herved fjerner den biologiske pumpe kulstof fra det globale kulstofkredsløb for en tid. Såvel planteplankton som dyreplankton synker af sig selv, selv om de er levende, men også andet organisk materiale synker ned mod dybhavet. Det kan være døde partikler, der er under nedbrydning af bakterier. Det ser næsten ud som snevejr i vandsøjlen og de mange synkende partikler bliver da også kaldt for marin sne, se figur 3.4. I dybhavet eller på dybhavets bund bliver en del af det organisk bundne kulstof omsat og frigivet som CO 2. Men her vil CO 2 -gassen på grund af det høje tryk på store dybder være fanget i flere hundrede år. En anden del af kulstoffet bliver slet ikke omsat, men aflejres på havbunden. Her kan det blive i millioner af år og kan så omdannes til olie og gas. De fossile brændsler, som vi har afbrændt gennem de sidste 150 år i stadig stigende grad, er altså dannet for millioner af år siden ved processer i havbunden. Det forklarer ubalancen i CO 2 udvekslingen mellem atmosfæren og Jordens øvrige kulstofpuljer. 4

14 Figur 3.4 Marin sne (Foto: Chris Gotschalk). Den fysiske pumpe Havets CO 2 -indhold forsøger til stadighed at komme i ligevægt med atmosfærens CO 2 -indhold. Den gasmængde der kan opløses i vandet, afhænger af det tryk gassen har over vandet. Når atmosfærens indhold af CO 2 stiger på grund af afbrænding af fossile brændsler, stiger trykket af den også. Derfor bliver der opløst mere CO 2 i havoverfladen, som vind og strøm derefter fordeler bl.a. til dybere vandlag. Ved polerne presses CO 2 ud af havvandet, når det fryser. CO 2 diffunderer sammen med salte, der også fryser ud af isen, til isens underside. Man siger der sker en tungtvandsdannelse, da vandet med et højt saltindhold har en større densitet end det øvrige havvand. Det tunge vand synker ned i dybhavet - vi kalder det den fysiske pumpe. Læs mere i kapitel 4. Jo mere tungt vand der dannes ved polerne, jo mere CO 2 transporteres der mod dybhavet. Når isen smelter i foråret, er havvandet derfor undermættet med CO 2, og det trækker CO 2 ned fra atmosfæren. Det gør den fysiske pumpe ganske effektiv. Processen er derfor med til at reducere atmosfærens koncentration af CO 2. Men jo mindre havis der dannes, jo mindre CO 2 vil der blive hevet ud af atmosfæren, og den globale opvarmning er i færd med at reducere mængden af havis ganske voldsomt. Kemiske processer i oceanerne Når CO 2 fra atmosfæren opløses i oceanerne, reagerer hovedparten af det med vand og danner carbonsyre (kulsyre). Den dannede carbonsyre frigiver straks hydroner (brintioner), H +, og danner hydrogencarbonat, HCO 3 - : CO 2 (aq) + H 2 O(l) H 2 CO 3 (aq) H + (aq) + HCO 3 - (aq) Der er tale om en ligevægtsreaktion, hvilket vil sige, at ikke alle CO 2 -molekyler bliver omdannet. Men jo flere der omdannes, jo flere hydroner kommer der i vandet, og så bliver det mere surt (ph falder). Det vil altså sige, at når indholdet af CO 2 i 5

15 atmosfæren stiger, bringer den fysiske pumpe mere CO 2 til oceanerne, som derved bliver mere sure. Primærproducenterne, der jo bruger CO 2 til deres fotosyntese, optager i vand en del af deres kulstof som HCO 3 -. Inde i cellerne omdanner de det så til CO 2, inden det anvendes til fotosyntesen. Fotosyntese modvirker altså isoleret set forsuring af havet, og gør samtidig at der kan optages mere CO 2 fra atmosfæren. I oceanerne findes der også carbonat CO Det er en ion, der dannes når kalk (calciumcarbonat, CaCO 3 ) opløses i vandet: CaCO 3 (s) Ca 2+ (aq) + CO 3 2- (aq) Også her er der tale om en ligevægtsreaktion. Kalken findes på havbunden som aflejringer fra marine dyr og planter med kalkskjold eller kalkskelet, fx snegle, koraller og visse mikroskopiske alger. Kalk kan modvirke forsuringen af oceanerne, idet carbonationerne vil reagere med nogle af hydronerne (H + ) fra carbonsyre, så der dannes mere hydrogencarbonat: CO 3 2- (aq) + H + (aq) HCO 3 - (aq) De viste reaktioner, hvor hydrogencarbonat indgår, fungerer som et buffersystem, der til en vis grad modvirker en forsuring af oceanerne. Reaktionernes indbyrdes påvirkning af hinanden gør, at der i oceanerne er en nogenlunde konstant fordeling af mængden mellem CO 2, HCO 3 - og CO 3 2- på 1 % : 92 % : 7 %. Når indholdet af CO 2 i atmosfæren øges, påvirker det altså i høj grad kemiske processer i havet. Der kommer tilsvarende mere CO 2 i havvandet, hvilket gør det sværere at danne kalk. Det kan man tydeligt se, når man samler ovennævnte reaktioner til én fælles reaktion: CO 2 (aq) + H 2 O(l) + CaCO 3 (s) Ca 2+ (aq) + 2 HCO 3 - (aq) Det skaber problemer for de organismer, som er afhængige af at kunne danne kalk, og kan således direkte nedsætte biodiversiteten (artsrigdommen) i oceanerne. 6

16 Figur 3.5 Kalkflagellat Kalkflagellater er planktonalger med kalkskelet. Når oceanerne bliver surere får algerne sværere ved at danne deres skelet. (Foto: Gert Hansen). Ubalancen i kulstofkredsløbet er voksende Ubalancen i det globale kulstofkredsløb skyldes altså tilførsel af CO 2 til atmosfæren. Lige nu tegner forbruget af fossile brændstoffer sig for 85 % af de samlede udledninger til atmosfæren, mens ca. 15 % stammer fra ændret jordanvendelse (fjernelse af skov o.l.). Siden 2000 er emissionerne fra de fossile brændstoffer vokset med 3,4 % om året, og det ligger nu på et niveau som IPPC i deres fremtidsscenarier har kaldt for Worse case scenariet. Vidste du f.eks. at hver dansker udleder tons CO 2 per år? Men havde vi ikke haft landjorden og primært oceanerne som et effektivt CO 2 dræn ville CO 2 koncentrationen i dag have været 500 ppm. Den er kun på 385 ppm og vokser for tiden med ca. 2 ppm om året. Vore naturlige dræn - landjorden og havet - har faktisk fjernet godt halvdelen af den CO 2, vi har sendt ud i atmosfæren gennem de sidste 150 år. Men forskerne er bange for at det effektive CO 2 dræn bliver mindre effektivt i de kommende år. På landjorden betyder de højere temperaturer mangel på vand og næringsstoffer. Det gør tilsammen at der bindes mindre CO 2 i planterne. Oceanerne bliver varmere og dermed kan de ikke binde så meget CO 2, da opløseligheden af CO 2 i vand aftager med temperaturen. I det varmere vand nedbrydes det organiske materiale også hurtigere, og CO 2 sendes dermed hurtigere tilbage til atmosfæren. Når overfladevandet bliver varmere, sker der også en kraftigere lagdeling af vandsøjlen, hvor det koldere og næringsrige bundvand holdes væk fra de øverste lag, hvor solens lys sikrer fotosyntese og dermed at planktonalgerne binder CO 2. 7

17 Figur 3.6 Oceanerne bliver varmere og varmere Her er ændringerne i oceanernes varmeindhold (målt i joule) siden 1951 vist idet alle tal er relateret til året Den sorte streg angiver gennemsnit af målte værdier, og det grå område viser størrelsen af usikkerheden på målingerne. (Figur fra synteserapport fra den internationale klimakonference i København, marts 2010). Havet bliver langsomt surere og surere pga. de øgede kulstofoptag, og det betyder at der dannes færre og færre kalkskeletter, der også binder og fjerner kulstof fra vandet. Forskerne forudser også at klimaforandringerne fører til flere kraftige storme i fremtiden, og at det kan være med til at afgasse CO 2 fra havet og bringe det tilbage til atmosfæren. Alt tyder på, at forbruget af de fossile brændsler øges i årene fremover. Samtidig frygter vi med rette et stort input af både CO 2 og CH 4, når den permafrosne jord med de store lagre af organisk stof tør (læs mere i kapitel 9). Hvis vores gode naturlige kulstofdræn samtidig begynder at melde pas, vil ubalancen i kulstofkredsløbet for alvor accelerere. Det vil føre til en yderligere opvarmning af Jorden - en ond cirkel som vi gerne skal have brudt. Det er derfor uhyre vigtigt at tilegne sig en adfærd og finde nogle teknologiske løsninger for samfundets og den enkeltes energibehov, der er CO 2 -neutrale og bæredygtige. 8

18 4. Havisen reduceres Af Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo Havisens udbredelse Den kraftige opvarmning af de arktiske områder har allerede slået igennem med en række synlige effekter. Tydeligst af alt er måske, at havisen i disse år forsvinder med rasende fart. Man kan tydeligt følge havisens udbredelse på billeder taget af satellitter. Ud fra sådanne billeder kan man se hvor meget af havisen, der forsvinder hvert år. Figur 4.1 Havisen forsvinder Havisens udbredelse i Arktis i september 1979 (venstre billede) og september 2007 (højre billede). Gennem de seneste 30 år er der forsvundet et areal af havisen, der er mere end 50 gange større end Danmark. (Figur fra NASA baseret på satellitfotos). Havisen bygger op gennem vinterhalvåret og smelter væk gennem sommerhalvåret. I september måned har isen sin mindste udbredelse. Når man sammenligner udbredelsen af havisen fra år til år, sker det derfor altid på observationer foretaget i samme måned. I 2007 var udbredelsen af havis på et absolut minimum, og mange var bange for, at vi nu havde nået et såkaldt tipping point et punkt, hvor der ikke længere er nogen vej tilbage og at tabet af havis herfra vil gå rigtigt stærkt. Heldigvis gik det ikke så galt, og der kom mere havis både i 2008 og Men som man kan se på figur 4.2, var den samlede udbredelse af havis lige så lille ved udgangen af 2009, som den var ved udgangen af Mængden af havis varierer fra år til år og påvirkes af en række faktorer som f.eks. de fremherskende vinde, havstrømme og vinterens temperaturer. Nogle år er der mere havis end andre år, men ser man på situationen samlet gennem de seneste 30 år, er der sket en dramatisk reduktion i det areal, der normalt er dækket af havis i august/september måned. Der er faktisk forsvundet et areal, der svarer til 50 gange Danmarks areal. 1

19 Figur 4.2 Der er mindst havis i sensommeren Den daglige udbredelse af havis opgivet som millioner km 2 hav, der har mere end 15 % isdække. Den mindste udbredelse er i september måned, hvorefter havisen begynder at bygge op igen. Kurverne viser den gennemsnitlige udbredelse i årene (grå linje), den gennemsnitlige udbredelse i årene (lysblå linje) og årene 2007 (blå linje) samt 2009 (stiplet linje). (Figur fra National Snow and Ice Data Center). Figur 4.3 Der bliver mindre havis i Arktis Her er udbredelsen angivet for august måned gennem de seneste 30 år. (Figur fra National Snow and Ice Data Center). Havisen i fremtiden Forskellige klimamodeller fortæller os, hvor varmt det bliver i fremtiden. Man beregner bl.a. hvor mange mennesker vi bliver på jorden; hvor meget energi hvert menneske vil bruge, og hvor mange drivhusgasser vi omtrent vil udlede i fremtiden. Så putter forskerne disse tal i en model, der fortæller hvor varm atmosfæren bliver under de forudsagte forhold. Ud fra sådanne beregninger kan man også vurdere hvor meget havis, der vil være i fremtiden. Og det er et dystert billede, der tegner sig. En middelbetragtning af alle 2

20 modeller viser, at der stort set ikke er havis tilbage om sommeren på den nordlige halvkugle ved århundredeskiftet. Samtidig med at udbredelsen af havis bliver mindre og mindre, bliver den tilbageblevne havis også tyndere og tyndere. Visse steder er tykkelsen af isen allerede reduceret med op til 50 %. Det ser desværre ud som om virkeligheden indhenter modellerne indenom. Havisen forsvinder hurtigere end modellerne spår, og fortsætter udviklingen i samme tempo, antager forskerne at Arktis er isfrit om sommeren før år Figur 4.4 Virkeligheden overhaler modellerne De fleste klimamodeller forudsiger at sommerens havis forsvinder fra de arktiske egne før slutningen af dette århundrede. Men reelle målinger af havisen viser, at det går hurtigere end modellerne fra FN s panel af klimaforskere IPCC spår. Fortsætter afsmeltningen i samme takt som nu, tyder alt på at Arktis er isfrit om sommeren allerede før år 2040 altså om få årtier. (Figur Wand & Overland 2009). Havisen er vigtig for havstrømme Når havvand fryser til is, fryser gasser og salte ud af isen. Saltene samles og opkoncentreres i den såkaldte brine (engelsk for saltopløsning), der pga. af det opløste salt har et lavere frysepunkt og en højere densitet end det øvrige havvand. Brinen løber i små kanaler inde i selve havisen ned mod undersiden af isen - og ender i havvandet under isen. Derefter synker brinen på grund af dens højere densitet ned mod havbunden. Det vil altså sige at når havisen dannes i de arktiske områder, så er det en medvirkende faktor til at danne vand med en højere densitet såkaldt tungt vand, og det har stor betydning for verdens havstrømme. Området ud for Nordøstgrønland, hvor tungtvandsdannelsen er særlig vigtig, kalder man også for oceanernes kolde hjerte. Området virker som en gigantisk pumpe, der er med til at holde nogle af de vigtigste globale havstrømme i gang. Det kolde og salte vand med den høje densitet falder til bunden og danner der en undersøisk strøm, der løber syd på. Samtidig trækker en overfladestrøm varmere vand nordpå i form af Den Nordatlantiske Strøm, som er en forlængelse af Golfstrømmen. Man kalder det enorme system af havstrømme for Den thermohaline cirkulation eller for Havets transportbånd. For at drive de globale havstrømme er det altså meget vigtigt, at der dannes koldt, saltholdigt vand med en høj densitet i forbindelse med at havisen dannes i de arktiske områder. Forskerne frygter, at Golfstrømmen bliver svækket når temperaturen stiger og dannelsen af havis bliver reduceret voldsomt. Sker det, får det en drama- 3

21 tisk effekt på hele klodens klima. I Danmark vil det trods den globale opvarmning blive koldere, da det er Golfstrømmen, der varmer os op. Figur 4.5 Den thermohaline cirkulation Når overfladevandet i Arktis nedkøles og bliver mere saltholdigt, får det en højere densitet og synker mod havbunden. Herfra løber det kolde vand sydpå som en gigantisk undersøisk havstrøm, der fortsætter gennem verdenshavene. Det kolde vand fra nord presses ind under det varmere vand i de tropiske områder af det Indiske Ocean og Stillehavet. Det skaber en varm nordgående overfladestrøm, der på et tidspunkt bliver til Golfstrømmen. Vandet løber hele vejen tilbage til Nordatlanten og Grønlandshavet. Her afkøles vandet atter og en ny cyklus starter. Turen rundt for et enkelt vandmolekyle med den thermohaline cirkulation tager flere hundrede år. (Figur fra Aktuel Naturvidenskab 1/2009). Havisen er også vigtig for kulstofkredsløbet Som nævnt bliver der også presset gasser ud af havvandet, når det fryser. Det gælder således også for det kuldioxid og den ilt, der er opløst i havvandet. Gasserne diffunderer til den salte brine, der løber mod isens underside, og de forsvinder sammen med brinen ned i dybhavet. Jo mere havis der dannes, jo mere CO 2 transporteres der mod dybhavet. Når isen smelter i foråret, bliver havvandet derfor undermættet med CO 2, og det trækker CO 2 ned fra atmosfæren. Dannelsen af havis fungerer altså indirekte som en fysisk pumpe, der trækker CO 2 ud af atmosfæren og sender det ned i dybhavet. Processen er derfor med til at reducere atmosfærens koncentration af CO 2, og jo mindre havis der dannes, jo mindre CO 2 vil der blive hevet ud af atmosfæren. Forskerne ved endnu ikke, hvor vigtig denne proces er, og hvad den betyder for det globale kulstofbudget. Når der bliver mindre is, kommer der også mere lys til havets alger, der så kan lave mere fotosyntese og dermed binde mere CO 2. Man må derfor vurdere begge processer samlet for at vurdere, hvad den mindre havis betyder for CO 2 -balancen mellem det arktiske havområde og atmosfæren. Andre konsekvenser af havisens forsvinden En række arktiske dyr er knyttet til havisen, og de går en uvis fremtid i møde i takt med at havisen forsvinder. Det gælder f.eks. sæler, der opdrætter deres unger i 4

22 huler i havisen. Isbjørnen har havisen som fangstområde, hvor den primært jagter sæler. Den klarer sig kun dårligt på land. Men mindre havis omkring Grønland åbner op for nye kommercielle interesser. Det gælder bl.a. eftersøgning af olie og mineraler. Mange firmaer er allerede i gang med jagten på det sorte guld, og mange står klar i kulissen. Muligheden for nye transportveje med store skibe er også rykket meget nærmere med den mindre havis. I 2008 observerede man for første gang siden satellitovervågningen af Arktis begyndte midt i 1970'erne, åbent vand og ingen is nord for Canada og nord for Sibirien på samme tid. Figur 4.6 Nye transportveje? Satellitbilleder viser i 2008 for første gang åbent vand både nord om Canada (Nordvestpassagen til venstre) og nord om Sibirien (Nordøstpassagen til højre). (Foto: ESA). Ruten nord om Canada kaldes populært Nordvestpassagen, mens ruten nord om Sibirien kaldes Nordøstpassagen. Nordøstpassagen har af og til været åben, mens Nordvestpassagen åbnede første gang for få år siden her var Nordøstpassagen imidlertid lukket. Figur 4.7 Sejlads gennem Arktis sparer tid og penge Åbent vand i Arktis åbner mulighed for at reducere sejltid og transportudgifter drastisk eksempelvis ved sejlads fra Rotterdam til San Francisco eller til Yokohama. (Figur UNEP). Kan man sejle gennem Arktis, sparer man masser af tid og ikke mindst brændstof. Men det er et risikofyldt farvand på grund af havisen, og ved påsejling kan der ske store miljøkatastrofer. 5

23 5. Indlandsisen smelter Af Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo Indlandsisen på Grønland Grønlands indlandsis er den næststørste ismasse i Verden kun overgået af Antarktis iskappe. Indlandsisen dækker 80 % af Grønlands areal og indeholder tre millioner km 3 frosset ferskvand. Den er i gennemsnit to km tyk og består af sammenpresset sne fra flere hundrede tusinde år. Den globale opvarmning får også Indlandsisen og gletsjerne fra Indlandsisen til at smelte. Man ser det tydeligt på Grønland, hvor gletsjerne i den sydlige del bliver tyndere ved randen hver år. Figur 5.1 Smeltende gletsjer Store mængder ferskvand tilføres havet, når Indlandsisen smelter, og det er medvirkende til at verdenshavene stiger. Men tilførslen af ferskvand kan på sigt også påvirke havstrømmene på hele kloden bl.a. ved at mindske tungtvandsdannelsen, se også kapitel 4. (Foto: Peter Bondo Christensen). 1

24 Når man skal vurdere hvor meget ferskvand, der netto løber fra Grønlands indlandsis og ud i havet, må man måle både på nedbør, på afsmeltning som vand fra gletsjere og på hvor mange isbjerge Indlandsisen kælver med. Klimaforandringerne betyder, at der kommer mere og mere nedbør over Grønland. Over Indlandsisen sker det primært som sne, og lige nu vokser den centrale del af Indlandsisen med ca. fem cm om året. Forskerne angiver tal mellem en og syv centimeter, for det er svært at måle den nøjagtige tilvækst på Indlandsisen. Man bruger primært satellitter til at måle hvor meget sne der kommer, men når det bliver varmere, ændrer sneen struktur og pakker sig på en anden måde. Det kan satellitterne ikke se. Indlandsisens massebalance Lige nu er der en positiv overflademassebalance for Indlandsisen der kommer mere sne til end der smelter fra overfladen. Men forskerne er bange for, at denne balance er tippet inden for bare 30 år. Så smelter der mere fra overfladen end der bliver tilført. Ved kanten af Indlandsisen er afsmeltningen af sne og is øget dramatisk, og der frigøres flere og flere isbjerge fra Indlandsisen. Disse størrelser er meget vigtige, når man skal vurdere hvor meget ferskvand, der samlet løber fra Indlandsisen og ud i havet. På satellitbilleder har man siden 1979 fulgt den rand af Indlandsisen, hvor sommervarmen smelter isen til sloss-ice eller vandpytter. Denne zone er blevet større og større, og især gennem de seneste år er området der tør op om sommeren, trukket meget længere ind i landet, se figur 5.2. Figur 5.2 Indlandsisen smelter Figuren viser det areal af Grønland i millioner kvadratkilometer (10 6 km 2 ), der hvert år siden 1979 er tøet op gennem sommeren. (Data fra Konrad Steffen og Russel Huff, CIRES, University of Colorado at Boulder). 2

25 Når smeltevandet trænger ned i sprækker af isen, tør isen endnu mere, og vi oplever igen en selvforstærkende effekt i opvarmningen af Arktis. I visse områder får det større mængder af is til at glide ud over klippekanten og ud i havet. Det øger ferskvandstilførslen til havet og får verdenshavene til at stige. Frem til 1990 var Indlandsisen nogenlunde i ligevægt. Der blev årligt tilført godt 500 GT (gigatons = 10 9 tons). Ca. halvdelen af det smeltede og den anden halvdel forsvandt som isbjerge. Iskappens sundhedstilstand Forskerne betegner den samlede balance i massen af Indlandsisen som iskappens sundhedstilstand. Den er god når der er ligevægt. Men gennem de seneste år har sundhedstilstanden ikke været god iskappen bliver nu gradvist mindre. De fleste forskere er enige om, at der nu i gennemsnit smelter ca. 350 GT fra Indlandsisen hvert år. Samtidig frigiver Indlandsisen ca. 430 GT som isbjerge. Den årlige produktion af isbjerge er steget med 30 % gennem de seneste ti år. Så selv om der kommer mere sne til Indlandsisen er massebalancen nu negativ, se tabel 5.1. Tabel 5.1 Mere sne men mindre Indlandsis Beregnede tal for til- og fraførsler af Indlandsisen i Grønland. Tallene er angivet dels som et gennemsnit for de sidste 50 år og dels for de sidste 5-10 år. Man ser en meget dramatisk udvikling, hvor nettotabet fra Indlandsisen vokser. (Data fra Dorthe Dahl-Jensen, Niels Bohr Institut, Center for Is og Klima, Københavns Universitet). Sne, der akkumulerer på Indlandsisen (GT per år) Afsmeltning af vand fra Indlandsisen (GT per år) Tab af isbjerge fra Indlandsisen (GT per år) Massebalance (GT per år) Gennemsnit for de sidste 50 år Gennemsnit for de sidste 5-10 år Et årligt tab på 430 GT isbjerge fra Indlandsisen svarer til, at hver person på Jorden kunne få 174 liter rent drikkevand hver dag året rundt. Ser man samlet over de sidste 50 år, er der ikke sket et væsentligt nettotab fra Indlandsisen. De 30 GT der er angivet i tabel 5.1, ligger indenfor de usikkerheder der er på sådanne opgørelser. Men indenfor de seneste år har Indlandsisen tabt betydelig masse til havet og i perioden 2007 til 2009 er tallet så stort som 260 GT per år. Det er værd at understrege, at der nu sker et nettotab af Indlandsisen til havet selv om overfladebalancen for indlandsisen er positiv. Indlandsisen vokser altså i højden, men da der smelter en masse vand ved kanterne og frigives en masse isbjerge taber Indlandsisen samlet masse. 3

26 Figur 5.3 Indlandsisen smelter (Foto: Magnus Elander). Vandstanden stiger i havene Nettotabet fra Indlandsisen er medvirkende til at vandstanden stiger i verdenshavene. Effekten er stor, både fordi der kommer mere ferskvand ud i havet, og fordi vandet fylder mere når det bliver varmere. For tiden stiger havniveauet med godt tre mm om året og gennem de sidste 20 år er havet steget med fire-fem cm, se tabel 5.2. Tabel 5.2 Vandstanden stiger i verdenshavene Den bedst mulige oversigt over tilførsel af ferskvand til verdenshavene fra de vigtigste kilder. Det er vigtigt at understrege, at der er stor usikkerhed på de enkelte tal. (Data fra Dorthe Dahl-Jensen, Niels Bohr Institut, Center for Is og Klima, Københavns Universitet). Kilde Bidrag til vandstandsstigning i mm per år Indlandsisen Grønland 0,5 Iskappen Antarktis 0,5 Mindre gletsjere (primært på den nordlige halvkugle) 1,1 Vand fra land 0,2-0,3 Termisk udvidelse 0,4-1,0 Samlet 2,7-3,7 I februar 2007 forudsagde FN s klimapanel, IPCC, at vandet i verdenshavene vil være steget med mellem 17 og 59 cm i år Men siden da har flere forskningsresultater peget på, at det er for optimistisk et skøn. De seneste vurderinger fra AMAP (Arctic Monitoring and Assessment Programme) siger, at verdenshavene vil være steget med en meter når vi når frem til år Det er meget alvorligt for mange lavtliggende lande, se figur

27 Figur 5.4 Vandstanden stiger Den globale vandstand gennem de sidste 2000 år og forudsigelser af vandstanden frem mod år IPCC forudsagde i 2007 en vandstandsstigning på cm i år Men forudsigelserne tog ikke højde for produktionen af isbjerge fra Indlandsisen en faktor der er steget med 30 % gennem de seneste ti år. De nyeste tal fra AMAP indeholder denne faktor og fortæller at vandstanden kan stige med op til en meter i (Fra A. Grinsted: Climate dynamics, 2009). Forskerne beskriver iskapperne på Grønland og ved Antarktis som de vågnende kæmper. Og det er tabet af is og vand fra disse kæmper, der for alvor er begyndt at sætte ind, og som kan give verdenssamfundet uoverskuelige problemer. Gennem de sidste ti år er stigningen i den globale vandstand øget fra 1,8 mm pr. år til nu 3,4 mm per år. Af denne havstigning regner forskerne med, at de store ismasser lige nu bidrager med ca. en mm pr. år, men at det tal vil stige med 0,1 mm pr. år hvert år fremover. Tabet af Indlandsisen på Grønland bidrager lige nu med ca. 15 % af den samlede globale havstigning. Iskappen på Antarktisk bidrager med lidt mere, mens gletsjere rundt om i verden bidrager med godt 30 %. Ud over de angivne bidrag, får de enkelte kilder vandstanden til at stige yderligere gennem den termiske udvidelse af vandet, da vandet fylder mere når det bliver varmere. Skulle al Indlandsisen på Grønland smelte, har man regnet ud at verdenshavene stiger med seks-syv meter, mens iskappen på Antarktis vil få verdenshavene til at stige med 57 meter, hvis den smelter. 5

28 6. Livsbetingelser i Arktis Af Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo Arktis er den del af den nordlige halvkugle, hvor gennemsnitstemperaturen i den varmeste måned (juli) er under C. På figur 6.1 kan man se udstrækningen af det arktiske område. Som man kan se, ligger Grønland i området. Figur 6.1 Arktis De arktiske zoner, som de er defineret af CAFF (Conservation of Arctic Flora and Fauna). Befinder man sig i Grønland i vinterhalvåret, oplever man store mængder sne, kulde og mørke, men heldigvis også frostklart vejr og nordlys. Om sommeren oplever man lyse nætter. Nord for Polarcirklen, der krydser Grønland ca. 1/3 oppe i landet, er der midnatssol om sommeren. Jo nærmere man kommer Nordpolen, jo større forskel er der på lyset og årstiderne. Helt mod nord i byen Qaanaaq er der midnatssol i knap fire måneder og tilsvarende fire måneder med mørke - men dog nordlys - om vinteren. 1

29 Figur 6.2 Nordlys over Grønland Nordlys opstår når Solens elektrisk ladede partikler støder sammen med molekyler og atomer i Jordens atmosfære. (Foto: Peter Bondo Christensen). Man definerer også Arktis som landet, der ligger nord for trægrænsen og med denne definition består Arktis af 7,5 millioner km 2 eller ca. 5,5 % af landoverfladen på Jorden. Dyr, planter og andre levende organismer må være godt tilpasset for at overleve i Arktis. Ud over de lave temperaturer både sommer og vinter og et langvarigt is- og snedække i vinterperioden, har Arktis som nævnt lange perioder med manglende eller kun lidt sollys. Det er temmelig ekstreme forhold at leve under, og kun få arter har tilpasset sig det miljø. Arktis er derfor fattig på arter. Man siger at området har en lav biodiversitet. Ved Grønland foregår det meste liv i den del af havet der ikke er frosset eller langs kysten. Længere inde på land er jorden dækket af et permanent snelag Indlandsisen, som nogle steder er flere kilometer tyk. Kuldetilpasninger Der er mange forskellige måder at være tilpasset kulde. Pattedyr og fugle, som er ensvarme dyr, producerer selv deres varme og opretholder derved en ensartet kropstemperatur. Men det er dyrt at holde varmen i Arktis, og dyrene forsøger at undgå et alt for stort varmetab ved enten at være udstyret med et tykt pels- og fedtlag, som fx isbjørnene, eller med et isolerende spæklag, som fx hvalrosserne har. 2

30 Figur 6.3 Isbjørn og hvalros Isbjørn, hvalros og sæl holder varmen bag et isolerende spæklag og en tyk pels. (Foto: Manuel Elviro Vidal og Peter Bondo Christensen). Men selv med en varm pels eller et tykt spæklag er varmetabet på dyrenes lemmer relativt større end på resten af kroppen på grund af lemmernes store overflade. Mange dyr reducerer dette varmetab ved hjælp af det såkaldte modstrømsprincip, der fungerer ved, at blodårerne med det varme blod, der løber fra kroppen mod arme og ben (arterier), ligger tæt omsluttet af blodårerne med det køligere modsatstrømmende blod (vener). Hermed overføres varmen fra arterierne til venerne, og blodet bliver varmet op, inden det løber tilbage i kroppen. På denne måde afgiver dyrene heller ikke så meget af varmen til de kolde omgivelser, se figur 6.4. Figur 6.4 Varme poter i en kold verden Cirkulationen af blod i et ben hos arktiske dyr sker som varmeudveksling ved modstrømsprincippet. Varmen overføres fra den tilførende arterie til den fraførende vene. 3

31 De små pattedyr overlever ved at tilbringe vinteren beskyttet under et tykt lag sne. Det er fx sådan lemmingerne overlever (se kapitel 10). Fuglenes fjer er en god isolering mod kulden. Nogle gange kan der være op til 100 graders forskel mellem temperaturen i luften og fuglenes høje kropstemperatur (-50 C og +45 C). Der er kun fire fugle, der kan overleve den barske højarktiske vinter: Ravn, sneugle, fjeldrype og hvidsisken. Ravn og sneugle er store fugle, og sneuglen har masser af fjer, der dækker ben og næb. Hvidsisken er derimod en lille planteæder og man ved faktisk ikke rigtig, hvordan den overlever vinteren i mørke, hvor det meste af vegetationen er dækket af sne. Figur 6.5 Sneugle og ravn Fuglene bruger fjer til at isolere sig mod kulden. (Foto: Gilg & Sabaed/GREA og Lars Holt Hansen). Alle andre organismer end pattedyr og fugle er vekselvarme. Det betyder at deres temperatur svinger i takt med omgivelsernes. Derfor er der som regel kun mulighed for aktivitet eller vækst i den korte frostfrie periode af året, og dyr som padder og krybdyr mangler da også helt i Arktis. De fleste vekselvarme smådyr overlever den arktiske kulde ved at lægge æg, som kan tåle kulden, mens andre smådyr eller fisk tilpasser sig frostgrader ved enten at lade sig underafkøle eller ved at være decideret frysetolerante. Ved underafkøling danner dyret enten glycerol eller nogle sukkerstoffer i kropsvæsken, som sænker væskens frysepunkt. De frysetolerante dyr danner nogle såkaldt antifryseproteiner, så kropsvæsken tåler at fryse, idet proteinerne sørger for, at der sker en kontrolleret dannelse af iskrystaller i kropsvæsken. Arktiske planter har udviklet en særlig strategi for at klare frosten. De sender hurtigt vand ud af cellerne, så der ikke når at blive dannet iskrystaller inde i cellerne, når det fryser. Nogle insekter har en slags anti-frostvæske i kroppen så de kan modstå temperaturer helt ned til 12 graders frost uden at fryse til is. Andre arter kan tåle at blive frosset ned, og for at beskytte sig mod iskrystallernes skadelige virkninger på cellerne i kroppen har insekterne en høj koncentration af bestemte sukkerstoffer i blodet og i kropsvæsken. Et varmere Arktis giver ændrede livsbetingelser Den lange kuldeperiode i Arktis udgør en naturlig barriere over for biologisk invasion fra andre egne af verden, da de fleste levende organismer har svært ved at 4

32 overleve det ekstreme klima. Men i takt med at klimaet ændrer sig i Arktis, ændrer livsbetingelserne for planter og dyr sig også, og det betyder at nye arter vil indvandre. Figur 6.6 Moskusoksen Moskusoksen er med sin tykke pels godt tilpasset den ekstreme vinterkulde i Nordøstgrønland. Den har også lagre af et særligt fedtvæv (brunt fedt), der forbrændes hurtigere end normalt fedtvæv og dermed udvikler varme, når den udsættes for ekstrem kulde. Omvendt er den også god til at regulere varmen om sommeren. På ryggen har den et lyst område, som man kalder sadlen, hvor der kun er en smule pels. Her kan den øge blodtilførslen, når det er varmt, og derved afgive ekstra varme. (Foto: Peter Bondo Christensen). Umiddelbart vil et mildere klima betyde, at flere dyr og planter kan overleve i Arktis. Det ser man allerede eksempler på i Nordøstgrønland. Her er vækstsæsonen forlænget med omkring 50 %. Det har givet mere føde til fx moskusokserne, og bestanden er visse steder vokset med op til 30 % gennem de sidste 10 år. Langtidseffekterne er dog vanskelige at spå om. Man kan godt forestille sig at moskusokserne på længere sigt vil få sværere ved at skaffe føde, fordi mere sne og hyppigere tøvejr om vinteren danner skorper af is, som dyrene har svært ved at gennembryde i deres jagt på føde. Lemmingen, som er den eneste gnaver i Grønland, mærker også det varmere klima. De overlever den strenge vinter dybt under sneen. Her har de fred for sultne rovdyr, og her bygger de deres reder og sikrer flere kuld af unger. Uden sneens beskyttelse forsvinder mange af dem i maven på grådige rovdyr. Så kommer der ikke nær så mange unger til verden, og færre lemminger spiller ind på hele fødekæden. Polarræven får færre unger, når der er få lemminger, og kjover får kun unger på vingerne i år med rigtig mange lemminger (se kapitel 10). 5

33 Figur 6.7 Isbjørnens liv er knyttet til havisen Det er primært på havisen, at isbjørnen jager sæler og opfostrer sine unger. Jo mindre havis, der er, jo større problemer får isbjørnen med at skaffe føde nok til sig selv og sine unger. (Foto: Peter Bondo Christensen). Figur 6.8 Hvalrossen skal hvile sig, når den har spist gennem flere døgn Hvalrossen spiser gennem flere døgn og så skal den hvile sig. Spiser de tæt på land ynder de at hvile sig på en strand. Er de langt fra land må de ty til en isflage. (Foto: Peter Bondo Christensen). 6

34 Visse dyr er helt afhængige af stabile isforhold på havet. Det gælder bl.a. sæl, isbjørn, narhval og hvalrosser. Havisen kan være et godt opholdssted, bl.a. med huler til ungerne, og et helt nødvendigt jagtområde. Når havisen svinder ind, påvirker det i høj grad de dyr, der på en eller anden måde er knyttet til de specielle forhold her. 7

35 7. Hvordan ser økosystemer ud i Arktis? Af Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo Man skelner mellem to områder i det arktiske: Lav-arktis og Høj-arktis. I Lavarktis er gennemsnitstemperaturen i varmeste måned mellem 5 og 10 C, mens den i Højarktis er under 5 C. Hvor det lavarktiske område ophører, starter det subarktiske område. Subarktis er ikke en del af Arktis ligesom subtroperne ikke er en del af troperne. Det kolde klima er årsag til at biodiversiteten er lav i Arktis. I Lavarktis findes omkring 600 forskellige arter af levende organismer, mens antallet af arter i Højarktis kun er ca Kun et mindre antal af arterne findes i begge zoner. Det er på bunden af fjorde og i havet langs med kysterne, man finder de fleste arter i Arktis. Med et varmere klima bliver udbredelsen af det højarktiske område mindre og mindre, og det truer de arter, som kun findes der. Figur 7.1 Arktis De arktiske zoner, som de er defineret af CAFF (Conservation of Arctic Flora and Fauna). 1

36 Landskabet i Arktis er træløst Intet sted i Arktis finder man skov. I den inderste del af fjordene i Sydgrønland er der enkelte områder med forkrøblede birkeskove, men det er kun fordi klimaet her er mildere, og derfor slet ikke er arktisk men subarktisk. Det arktiske klima er ganske enkelt for koldt og vækstsæsonen for kort til at træer trives, og i stedet for skove ser man krat og hede. Der findes også beskyttede skråninger med lav og ofte frodig plantevækst, tørre vindeksponerede stepper og våde kær. Kun i Lavarktis ser man krat, og grænsen mellem Højarktisk og Lavarktis har generelt stor betydning for biodiversiteten - dvs. antal og forskellighed af arter. Figur 7.2 Arktiske landskaber a. Det lavarktiske landskab kan have en forholdsvis rig vegetation med krat her bl.a. med kvan. b. Det højarktiske landskab er præget af store ensartede tundraflader, hvor der ikke er meget føde at finde. (Fotos: Peter Bondo Christensen). Den arktiske sø artsfattig og med en simpel fødekæde I de kystnære områder i Grønland findes der liv i et utal af ferske søer, damme, bække, vandløb og elve. Nogle af søerne er gennem de senere år blevet grundigt undersøgt. Mange af søerne er isdækkede otte-ti måneder om året. Tilmed er de dækket af et lag af sne, hvilket i høj grad mindsker mængden af det lys, der trænger ned i vandet. Søerne har et ganske lavt indhold af næringsstoffer, som primært bliver tilført fra smeltet sne og is. Der er altså mange begrænsninger for, at et rigt og varieret samfund af organismer, der laver fotosyntese, kan udvikle sig. Når det er småt med primærproducenter, er der tilsvarende dårlige muligheder for de øvrige led i fødekæden. Søerne er derfor artsfattige og har simple fødekæder. 2

37 Figur 7.3 Fødekæde i arktisk sø Fødekæden består af planteplankton, der bliver spist af dyreplankton (protozoer, dafnier og vandlopper), som selv er føde for lidt større vandlopper og damrokker. Disse bliver igen spist af fjeldørreder, der således er toprovdyr i fødekæden - altså en meget kort fødekæde. Fødekæden indeholder dog også en såkaldt mikrobiel løkke, hvor organisk materiale fra alger og fæces m.m. fra andre organismer bliver optaget af bakterier, som selv bliver ædt af protozoer eller dafnier. (Fra Naturen og klimaændringerne i Nordøstgrønland). Det er ganske afgørende for artssammensætningen i en sø, om der er fisk til stede. Hvis søerne er meget lavvandede, er de bundfrosne om vinteren, og så overlever ingen fisk. Fiskene holder antallet af dafnier nede, og dafnierne dominerer i søer uden fisk. Det økologiske samspil er kompliceret På trods af de forholdsvis simple fødekæder i Arktis er der alligevel et kompliceret samspil mellem det omgivende miljø og de enkelte led i fødekæden fra planter over planteædere til rovdyr. En nøgleart i de højarktiske område er halsbåndlemmingen, en hamsterlignende lille graver på ca. 60 g. Som nøgleart spiller den en helt central rolle for fødekædens sammensætning. Den graver gange, og dens fæces gøder jorden. Det giver grobund for en rig sammensætning af planter, som den lever af. Samtidig er den føde for en række rovdyr som polarræv, lækat, sneugle og lille kjove. Når klimaet ændrer sig, og måske direkte påvirker én plante- eller dyrearts overlevelse, fx lemmingens, kan denne virkning have en indirekte effekt på andre led i fødekæden. Det gør det meget vanskeligt at forudse effekterne af klimaforandringer på et helt økosystem. Figur 7.4 viser hvordan man kan forestille sig klimaet påvirker en arktisk fødekæde. 3

38 Figur 7.4 Klimaet påvirker fødekæden Den klimatiske påvirkning af denne forsimplede fødekæde kan være enten direkte (fuldfarvede røde pile) på de enkelte led i kæden eller indirekte (stiplede røde pile), hvor den klimatiske effekt føres fra et led til det næste. Derudover kan klimaet påvirke samspillet mellem de enkelte led (gule pile), men også konkurrencen mellem individer inden for samme art (sorte pile). Figuren viser også lemmingens centrale placering i fødekæden. (Fra Naturen og klimaændringerne i Nordøstgrønland). 4

39 8. Arktiske marine økosystemer ændrer sig A Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo Young Sund er et fjordsystem, der ligger i Nordøstgrønland i det højarktiske område. Det arktiske marine økosystem er - i forhold til marine økosystemer på lavere breddegrader - især begrænset af lys, og af at være isdækket en stor del af året, mens den lavere temperatur betyder mindre. Isen lægger sig som et låg på fjorden i otte-ti måneder, og isen dækkes af et tykt snelag som for de ferske økosystemer, se kapitel 7. Fra november til februar er solen under horisonten, men selv når solen er på himlen, betyder is- og snedækket, at kun 1 % af lysstrålingen når ned i vandet til gavn for primærproducenterne. Alligevel er der en imponerende artsrigdom i fjorden. På fjordbunden, hvor der er mørkt og -1,6 C året rundt, kan man på én kvadratmeter finde mere end hundrede forskellige arter af bunddyr. De dominerende organismer er især slangestjerner og muslinger. Det er sandsynligvis det stabile om end ekstreme miljø med kulde og mørke, der skaber den store artsdiversitet. Figur 8.1 Stor artsdiversitet på fjordbunden a. Det myldrer af liv på havbunden af de arktiske fjorde og kystnære farvande. b. Slangestjerner og muslinger. (Fotos: Peter Bondo Christensen). De fleste af dyrene på havbunden er detritusædere. Det vil sige at de lever af dødt organisk materiale fra bakterier, alger og dyr, som drysser ned gennem vandsøjlen og lægger sig på bunden. Bunddyrene er selv fødekilde for en lang række dyr i området. Muslinger er den foretrukne føde for hvalrosser, der dukker op om sommeren. De har en særlig fangstteknik, hvor de dykker ned og suger muslingens ånderør og dens bløddele ud af skallerne. En hvalros kan i løbet af de seks minutter den er neddykket, typisk nå at indtage omkring 50 muslinger. Læs mere på følgende link: Figur 8.2 viser et typisk fødenet fra området. 1

40 Figur 8.2 Forsimplet fødenet fra Young Sund Udgangspunktet for fødenettet er planktonalgerne. De giver føde til dyreplankton som f.eks. vandlopper og andre små krebsdyr, der igen er føde for forskelligt fiskeyngel. Fisk, fugle og f. eks. Grønlandshvalen lever både af større dyreplankton og fiskeyngel. Fisk bliver ædt af sæler, som igen bliver spist af isbjørne. Alge- og dyreplankton leverer dødt organisk materiale til fjordbundens dyr, og muslingerne tjener der som føde for hvalrosser. Sukkertang vokser i mørke Primærproduktionen i Young Sund er domineret af planktonalgerne, som vokser i den korte isfrie sommerperiode. Men de store brune makroalger bl.a. sukkertang - er også en vigtig primærproducent i Young Sund, hvor de står for 20 % af produktionen. De findes i et bælte fra 5 til 20 meters dybde og kan vokse op til halvanden meter i længden om året. På lavt vand bliver planterne ødelagt af isen, og på dybere vand er der for lidt lys. De store alger vokser paradoksalt nok mest om foråret, hvor isen forhindrer lyset i at trænge ned i vandet. Den vokser ved hjælp af oplagret energi fra den forgangne sommer og ved at optage næringssalte, som der er rigeligt af i vandet i forårsmånederne. Ved at vokse inden lyset kommer, når algen at danne en stor bladplade, så den er klar til at fange så meget lys som muligt i løbet af den korte sommer. Om sommeren må den konkurrere med planktonalgerne om både lys og næringssalte. Et varmere klima vil betyde, at den isfrie periode bliver længere. Det vil påvirke økosystemets sammensætning. 2

41 Figur 8.3 Sukkertang og andre store brunalger kan blive mere end seks meter lange (Foto: Peter Bondo Christensen). Klimaforandringerne ændrer fødekæden I havet er fødekæderne helt afhængige af det første led nemlig primærproduktionen. Planktonalgerne blomstrer op så snart de får lys nok i foråret. Som regel sker det, når havisen går. Når det sker, eksploderer algernes produktion. Det går så hurtigt, at de inden for få uger opbruger næringsstofferne i de øverste vandlag. Planktonalgerne søger derfor dybere ned for at få fat i de nødvendige næringsstoffer, men her dybere nede bliver de begrænset af de ringe lysmængder og forårsopblomstringen bliver derfor meget kortvarig. Vandloppen Calanus er en nøgleorganisme i det marine økosystem. Vandlopperne sender den mad planktonorganismerne har dannet, videre i fødekæden. De skal være klar til at spise de mange planktonalger i den korte periode, de findes i de øvre vandmasser. 3

42 Figur 8.4 En marin nøgleorganisme Vandloppen Calanus hypereboreus er en ægte arktisk vandloppe, der har kolossal betydning for de marine fødekæder i Arktis. Vandlopperne tilbringer vinteren i de dybe vandlag. Her opholder de sig i en slags dvaletilstand. Når algernes forårsopblomstring sætter ind, svømmer de op til overfladen og guffer algerne i sig. Vandlopperne opbygger fedt, som er den vigtigste fødekilde for mange andre dyr herunder masser af fiskelarver. Med klimaforandringerne forsvinder havisen tidligere og tidligere. Det betyder at forårsopblomstringen kommer tidligere og forskerne har set tilfælde, hvor vandlopperne ikke har været klar til at æde algerne de er simpelthen kommet for sent op fra det dybe vand. Sker det bliver det katastrofalt for de næste led i den marine fødekæde for så mangler den vigtige næring, se figur 8.5. Der findes tre vigtige vandlopper i de arktiske områder: Calanus hypereboreus; Calanus glacialis og Calanus finmarchicus. De to førstnævnte er det man kalder ægte arktiske arter, der hovedsageligt findes i de arktiske områder. Den sidstnævnte Calanus finmarchicus er derimod en tempereret art, der primært findes i det atlantiske vand. Men alle tre arter er altså også til stede langs kysterne af f.eks. Grønland og forskerne er bange for, at Calanus finmarchicus bliver dominerende, når havet omkring Grønland bliver varmere. Calanus finmarchicus indeholder 25 gange mindre fedt end Calanus hypereboreus og er derfor en meget dårligere fødekilde for de næste led i fødekæden. Det kan få alvorlige konsekvenser for fiskeriet omkring Grønland, som er en af landets vigtigste indtægtskilder. Men forskerne ved stadig ikke meget om, hvordan fødekæderne kommer til at se ud i et varmere hav omkring Grønland. En længere isfri periode kan give en højere primærproduktion, hvis bakterier i vandsøjlen kan regenerere tilstrækkelige mængder af næringsstoffer. Omvendt bliver der en større tilførsel af ferskvand dels som nedbør dels som afsmeltning fra land. Det kan føre til en stærkere lagdeling af vandsøjlen, der gør det sværere for det næringsrige bundvand at nå op til planktonalgerne i de øvre belyste vandlag. 4

43 Figur 8.5 Vandlopperne kommer for sent I et varmere Arktis forsvinder isen på havet og fjordene tidligere. Planktonalgerne får derfor tidlige lys nok til at starte forårsopblomstringen (2.-aksen viser mængden af planktonalger målt som koncentrationen af klorofyl a i μg/l). Hvis vandlopperne, der lever i de dybe vandlag ikke når op til overfladelaget i tide, får de ikke den vigtige føde. Så øger de ikke deres antal og opbygger den vigtige fedtreserve i samme grad. Det smitter af på alle de næste led i fødekæden. 5

44 9. Er jorden i Arktis en tikkende bombe af drivhusgasser? Af Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo I det højarktiske Nordøstgrønland ligger forsøgsstationen Zackenberg. Her undersøger danske forskere, hvordan organisk stof bliver omsat i jorden. De har udvalgt forskellige undersøgelsesområder, hvor landskabet har hver sin karakteristiske vegetation og jordbund. Forskerne måler bl.a. hvor mange af drivhusgasserne kuldioxid (CO 2 ) og metan (CH 4 ), jorden frigiver. Det er ikke ligegyldigt hvilken af drivhusgasserne, der frigives, for metan er som drivhusgas 23 gange stærkere end CO 2. Kuldioxid eller metan som slutprodukt ved nedbrydningen Når organisk stof bliver nedbrudt i jorden, frigiver det kulstof (C) enten som CO 2 eller CH 4, afhængig af hvor meget ilt, der er i jorden. Hvis jordbunden er forholdsvis tør, er der meget ilt, og så frigives der især CO 2. I modsætning hertil indeholder en vandmættet jord kun små mængder ilt. Det betyder, at det organiske stof omsættes betydeligt langsommere, og at der ophobes tørv. Mangel på ilt betyder også, at der bliver dannet metan i forbindelse med omsætningen. Temperaturen spiller en stor rolle for, hvor meget organisk stof der omsættes. På figur 9.1 er der vist målinger af CO 2 -frigivelse fra jorden i løbet af en sommer. Figur 9.1 Jorden frigiver CO 2 til atmosfæren, når bakterier omsætter planterester Jo mere jordbundstemperaturen stiger, jo mere CO 2 frigives der fra områder bevokset med rypelyng (lilla cirkler) og kantlyng (grønne firkanter). (Figur fra Naturen og klimaændringerne i Nordøstgrønland). Man kan tydeligt se temperaturens effekt, og at der hersker forskellige forhold på de undersøgte områder. Området med rypelyng ligger på en såkaldt afblæsningsflade. Det vil sige, at jorden er vindeksponeret og tør. Det lave vandindhold giver jorden en højere temperatur om sommeren og forklarer dermed den høje omsætning af kulstof. Området med kantlyng ligger mere beskyttet. Her bliver sneen liggende længe, og jorden er derfor koldere og mere fugtig end jorden under rypelyng. 1

45 Jorden frigiver altså CO 2 om sommeren når organisk stof bliver omsat. Men planterne optager også CO 2 når de laver fotosyntese. For at få et indtryk af om områderne samlet frigiver eller optager CO 2 over en vækstsæson, har forskerne målt udveksling af kuldioxid med atmosfæren over et helt årti. Målinger viser, at der i disse områder er balance, således at den mængde CO 2 der bliver bundet ved fotosyntese, frigives igen ved planternes og dyrenes respiration samt ved nedbrydning af organisk stof i jorden. I forhold til den globale opvarmning, er disse jorde derfor formodentlig hverken en skurk eller en helt, der enten forværrer eller forbedrer atmosfærens indhold af drivhusgasser. Våde områder frigiver mere metan Men forskerne undersøgte også våde områder, der ligger i lavninger neden for permanente snefaner. Her er jorden våd hele sommeren, og disse områder viser helt andre resultater. For det første er der en langt større produktion af planter end i de tørrere områder. For det andet frigives store mængder af både CO 2 og CH 4 gennem vækstsæsonen. Det er helt i overensstemmelse med målinger fra andre våde områder i Arktis. Figur 9.2 Kæruld indikerer fugtig jord Der vokser ofte kæruld, når jorden er vandmættet. Sådanne områder sender meget metan op i atmosfæren, når jorden bliver varmere. (Foto: Peter Bondo Christensen). Der vokser som regel kæruld på de vandmættede jorde. Planterne har hule stængler der transporterer ilt ned til rødderne i den iltfattige jord. Men stænglerne virker også som skorstene, der hurtigt og effektivt kan transportere metangassen op i atmosfæren fra jordens dyb. Og forskerne har gjort endnu en ny opdagelse: Når vækstsæsonen slutter, finder de endnu en stor frigivelse af metan når jorden fryser, se figur 9.3. Faktisk frigives der i denne indfrysningsperiode lige så meget metan som gennem hele den egentlige vækstsæson. Gennem en årrække har det været kendt, at indholdet af metan i det arktiske var højt i efteråret uden at man kunne forklare hvorfor. Med denne nye opdagelse er man således kommet langt videre i forståelsen af hele samspillet omkring frigivelse af metan fra Arktis til atmosfæren som udgør et betydeligt bidrag til drivhuseffekten. 2

46 Figur 9.3 Metan fryser ud af jorden De mørkeblå cirkler viser gennemsnitsmålinger af flux af metan (højre skala) i sommersæsonen 2007 for seks målekamre, og stregerne viser standardafvigelsen mellem målekamrene. Man kan også se jordens temperatur i forskellige dybder (rød: 5 cm; grøn: 10 cm; blå: 15 cm: temperaturskala på venstre side). De nedadrettede pile angiver hvornår jorden fryser. Forskerne har vist, at når jorden fryser ind om efteråret, presses der lige så meget metan ud af jorden som gennem sommerperioden. (Figur fra Nature, vol. 456, december 2008). Forskerne har også målt kulstofindholdet i jorden på de meget fugtige områder, og de fandt at de fugtige jorde ophober mere kulstof end de frigiver. Fotosyntesen binder altså mere kulstof (organisk materiale) end der nedbrydes. Det er i modsætning til, hvad man har målt i de tørre områder, hvor der er balance i systemet. Når der ophobes kulstof i jorden, modvirker det drivhuseffekten. Men sluteffekten er ikke entydig. For hvis det samme system frigiver forholdsvis meget CH 4 i forhold til CO 2, er det kritisk, da metan som nævnt er ca. 23 gange stærkere som drivhusgas end kuldioxid. Forskerne følger derfor meget nøje, hvad der sker med det arktiske landskab de kommende år i takt med den globale opvarmning. Arktis er blandt de områder på Jorden, hvor de største temperaturstigninger finder sted. Sne og is kaster varmen tilbage, men når sneen smelter, suger den mørke jord i stedet varmen til sig og holder på varmen, se også kapitel 1. Det har altså en selvforstærkende effekt, at is og sne smelter væk i Arktis. Det er endnu uvist om den øgede temperatur fører til, at landskabet udvikler sig i retning af mere fugtige jordbundstyper pga. mere nedbør og snesmeltning eller til mere tørre jordtyper pga. højere varme. De fugtige jordtyper frigiver metan og bidrager derfor mere til drivhuseffekten. Hvis det derimod pga. varmen bliver mere tørt, er det sandsynligt, at der bliver omsat mere kulstof i tidligere våde områder. Så vil den samlede mængde kulstof der frigives til atmosfæren sikkert stige, men drivhuseffekten kan vise sig at blive mindre, fordi andelen fra metan falder. 3

47 Figur 9.4 Foråret kommer sent i de arktiske områder (Foto: Peter Bondo Christensen). Når permafrosten forsvinder En meget stor del af jorden i de arktiske områder er permanent frosne. Man kalder det permafrost, og udbredelsen af permafrost er en ubekendt faktor i kulstofregnskabet mellem atmosfæren og jorden. Den permafrosne jord indeholder store mængder ophobet gashydrater og organisk materiale. Gashydrater er en kemisk forbindelse, hvori der forekommer vandmolekyler, se figur 9.5. De dannes som regel under tryk og ved lave temperaturer. Gassen er fanget af de frosne vandmolekyler, og er pakket på en meget tæt måde: Af 1 liter gashydrat kan man udvinde ikke mindre end 163 liter gas, når jorden tør. I den permafrosne jord er størstedelen af gashydraten dannet af fossil methangas, og man taler derfor om methanhydrat. 4

48 Figur 9.5 Skematisk tegning af gashydratstrukturen (Fra hydrate_wirklich.html). Tør permafrosten som følge af temperaturstigninger, frigives både CO 2 og CH 4. Det vil accelerere den globale opvarmning yderligere. Forskerne kan se, at afstanden fra jordoverfladen til den permafrosne jord år for år bliver større, se figur 9.6. Mere og mere jord tør altså, og forskerne er derfor bange for, at jorden i Arktis er en tikkende bombe af drivhusgasser. Figur 9.6 Der bliver længere til permafrosten Store områder med permafrost tør hvert år i Arktis. Ved Zackenberg kommer det bl.a. til udtryk ved, at man som årene går, må grave dybere og dybere for at komme ned til permafrosten, uanset om man graver under tør eller fugtig jord. (Figur fra Naturen og klimaændringerne i Nordøstgrønland). 5

49 10. Lemminger frygter sommer Af Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo Den grønlandske halsbåndlemming, Dicrostonyx groenlandicus, er den eneste gnaver i Grønland. Den er udbredt i Nordøstgrønland og er med sin adfærd og sin tykke pels tilpasset et liv i det barske klima. I den godt otte måneder lange vinter opholder den sig under et tykt beskyttende snelag, hvor den graver lange gange i jagten på føde. Under sneen bygger lemmingerne også fine reder af græs og mos, hvori de føder deres unger. Figur 10.1 Halsbåndlemming Grønlands eneste gnavere her i sommerdragt, skal passe godt på, når den våger sig uden for sine gange der lurer sultne fjender overalt. (Foto: Lars Holst Hansen). Halsbåndlemmingen har mange fjender Om sommeren lever de i gange i jorden og mellem store sten, men de bliver nødt til at bevæge sig ud i det åbne landskab efter føde. Det gør dem sårbare, for under åben himmel er de et nemt bytte for deres fjender, som især er polarræven og den lille kjove. Begge rovdyr tager for sig af retterne om sommeren, mens de må undvære lemming på menuen om vinteren. 1

50 Figur 10.2 På smalkost gennem vinteren Om vinteren har polarræven svært ved at få fat i lemmingerne, der lever beskyttet under sneen. (Foto: Niels Martin Schmidt). Gennem vinteren forhindrer et tykt snelag polarræven i at finde lemmingerne, og da den lille kjove er en trækfugl, ankommer den først til Nordøstgrønland når vinteren er forbi. Derfor vokser bestanden af lemminger gennem vinteren, mens der sker et godt indhug i bestanden gennem sommeren. Tre ud af fire lemminger bliver spist gennem sommeren. Perioden hvor sneen smelter og lemmingerne er tvunget til at flytte fra deres vinterboliger, er særlig kritisk for lemmingerne. Figur 10.3 På jagt efter lemming Om sommeren er polarræv (a) og lille kjove (b) to af de vigtigste rovdyr, som lemmingen skal vare sig for. (Fotos: Lars Holst Hansen). Bestandssvingninger ændrer mønster Biologerne har gennem flere somre talt antallet af lemmingreder og på den måde opgjort svingningerne i bestandene på to geografisk adskilte steder i Nordøstgrønland (se figur 10.4). 2

51 Figur 10.4 Antallet af lemminger svinger i karakteristiske bølger Bestandsopgørelser af lemming ved Zackenberg og Trail Ø i Nordøstgrønland angivet som antal lemmingreder pr. hektar. Som man kan se, er der et karakteristisk mønster i bestandssvingningerne. Cirka hvert fjerde år topper antallet af lemminger. Disse svingninger er især bestemt af det såkaldte rovdyr-byttedyr forhold. Der er fire rovdyr, der jagter lemmingerne i Nordøstgrønland. Det er sneugle, lille kjove, polarræv og lækat. Når der er mange lemminger, fanger rovdyrene mange lemminger, og rovdyrene bliver i stand til at sætte mange unger i verden. Det øger igen presset på lemminger. Et stort indhug i lemmingerne giver færre dyr til at føre bestanden videre, og bestandsstørrelsen af lemming dykker. Så er der mindre mad til rovdyrene og der bliver færre af dem. Antallet af lemminger bygger atter op, og efter et par år får rovdyrene atter kronede dage ringen er sluttet. Figur 10.5 Flere fjender - sneugle og lækat Polarræven er det rovdyr (prædator), der tager flest lemminger, mens sneuglen kun tager få dyr i Zackenbergområdet. Der er ikke mange sneugler i området ganske enkelt fordi, der ikke er mange lemminger. Forsvinder lemmingerne, forsvinder sneuglen også fra området. (Foto: Gilg & Sabaed / GREA). Lækatten kan jagte lemminger året rundt, da den også kan fange dem i deres gange under sneen. Her er lækatten i sin sommerdragt. (Foto: Niels Martin Schmidt). 3

52 Der er en iøjnefaldende overensstemmelse i det mønster de to bestande ved Zackenberg og Trail Ø svinger med (figur 10.4). Normalt ville man tro, at så sammenfaldende svingninger skyldes, at de to lemmingbestande blander sig med hinanden - eller at de er under påvirkning af samme bestand af rovdyr. Men de to undersøgte områder ligger ca. 220 km fra hinanden og er adskilt af fjorde, bjerge og gletsjere. Derfor mener forskerne at klimaet i høj grad er medvirkende til at synkronisere de to bestande dvs. er med til at bestemme hvilke år, der har den største bestand af lemminger. Får klimaændringer bestandene til at kollapse? Men gennem de seneste ti år er der gået kuk i svingningerne. De er blevet mere uregelmæssige, og antallet af lemminger er faldet. Sådanne sammenbrud af normalt regelmæssige bestandssvingninger er et fænomen som er blevet observeret flere steder de senere år på den nordlige halvkugle, bl.a. også hos lemminger i Norge. Også svingninger hos andre dyr, f.eks. insekter, er blevet uregelmæssige. Biologerne mener, at den globale opvarmning er den spiller der sætter en kæp i maskineriet. Gennem de sidste ti år er vinterperioden i Nordøstgrønland aftaget med 60 dage. For ti år siden dækkede sne og is landskabet gennem 220 dage om året. Nu er det bare 160 dage. Modeller viser, at især et senere tidspunkt for vinterens komme udvisker de karakteristiske mønstre i populationsbestandene. Et snedække har nemlig to positive effekter på lemmingebestanden: Dels dæmper sneen store temperatursvingninger dels giver sneen som nævnt beskyttelse for lemmingerne. Uden sne bliver de jagtet hårdt af polarræven. Under sneen er de kun truet af lækatten. Klimaforandringerne giver også en længere periode hvor det skifter mellem tø og frost og det er rigtig skidt for lemmingerne. Endelig bliver sommerperioden længere. Og er der noget lemmingerne frygter, så er det sommeren hvor rovdyrene har let spil. Et varmere Arktis ser alt i alt ud til at give betydeligt færre lemminger. Figur 10.6 Tø og frost Arktiske dyr har svært ved at begå sig i områder, der tør og fryser mange gange gennem forår og vinter (Foto: Peter Bondo Christensen). 4

53 Når de karakteristiske svingninger i lemmingbestandene udviskes, er det et første tegn på at den vigtige relation mellem lemming og dens rovdyr er truet, mener biologerne. Og det er skidt også for de rovdyr, der har lemming på deres menu. Kjover får kun unger på vingerne i de år hvor der er mange lemminger og bestanden af kjover kan derfor blive truet i takt med at lemmingerne forsvinder. Polarrævene får færre unger i år med få lemminger. Bliver det helt skidt med lemming, kan rævene i sidste ende begynde at spise æg og fugleunger og dermed øge presset på andre arters overlevelse. Sneuglen bliver helt væk hvis der ikke er lemminger. Alt i alt kan fraværet af lemminger få vidtrækkende konsekvenser for en lang række rovdyr i det arktiske område. 5