Odense Højskoleforening, 23/10 2008 Jordens Klima - hvad iskernerne fortæller om vores dynamiske klima Sune Olander Rasmussen centerkoordinator og klimaforsker (postdoc) Center for Is og Klima Niels Bohr Institutet Københavns Universitet Temperatur- og CO 2 -observationer Temperatur: globale værdier siden ca. 1850 (tv), regionale værdier siden ca. 1750 CO 2 -målinger siden 1958 (th)
Professor Willi Dansgaard Massespektrometri
Isotopforhold som termometer 16 O 17 O 18 O 9977 : 3 : 20 p(h 18 2 O) p(h 16 2 O) der "mistes" H 2 18 O ved fordampning Isotopforhold som termometer 18 O 0 for nedbør Willi Dansgaards idé: Er andelen, der mangler, temperaturafhængig?
Isotopforhold som termometer Willi Dansgaard The abundance of 18 O in atmospheric water and water vapour Tellus 5, 1953 koldere forhold lavere 18 O (dvs. mere negativ) 1 ~ 1,67 C Iskerne-klimatologiens fødsel "In certain areas on the Greenland Ice Cap is a distinct layer formation caused by melting in the summer season. this offers the possibility by measurements of the 18 O in these layers of ice to determine climatic changes over a period of time of several hundred d years of the past.... thousand Willi Dansgaard in The O18-abundance in fresh water, Geochimica et Cosmochimica Acta 6, 1954
Isotopforhold som palæo-termometer og til dateringsværktøj Iskerner som klimaarkiv
Iskerne-klimatologiens fødsel "In certain areas on the Greenland Ice Cap is a distinct layer formation caused by melting in the summer season. this offers the possibility by measurements of the 18 O in these layers of ice to determine climatic changes over a period of time of several hundred years of fthe past.... An investigation will be undertaken as soon as the opportunity offers. Willi Dansgaard in The O18-abundance in fresh water, Geochimica et Cosmochimica Acta 6, 1954 Den første dybdekerne: Camp Century
Den første dybdekerne: Camp Century Videnskabelig iskerneboring ved DYE-3
Det bedste borested (troede man): GRIP og GISP2 Temperatur-rekonstruktion fra GRIP iskernedata
Temperatur-rekonstruktion fra GRIP iskernedata? Iskerner udboret fra Indlandsisen Camp Century NEEM NGRIP GISP2 Camp Century (1391 m) CRREL, US Army, 1966 DYE-3 (2037 m) Danmark, USA og Schweiz, 1981 GRIP (3029 m) Fælleseuropæisk, 1992 Kendetegn for Grønlandske nd iskerner: Boret i områdermed 19-50 cm sne om året. GRIP GISP2 (3053 m) Årlag kan identificeres 60.000000 år tilbage. USA, 1993 Klimadata rækker 123.000 år tilbage. DYE-3 NGRIP (3090 m) Internationalt projekt, 2003 NEEM (~2540 m) Internationalt projekt, 2007-2012
Et udvalg af de antarktiske iskerner EPICA DML DOME FUJI Kendetegn for Antarktiske ke iskerner: Boret i områder med 2-25 cm sne om året. Årlag kan Vostok WAIS ofte Divide ikke id identificeres. Klimadata rækker op til 800.000 EPICA år tilbage. DC Byrd Hvordan en iskerne bores Feltarbejde under kolde og barske forhold
Det danske iskernebor Design : S. B. Hansen Det danske iskernebor
NorthGRIP borehal Iskernehåndtering
Prøveudskæring Urenheder Synlige lag og surhedsgrad Gas Isotoper ( 18 O) Iskernernes styrke Data om klimaets udvikling og forcering registreret samme sted Rækker langt tilbage i tiden med høj tidslig opløsning og god dateringspræcision Mange forskellige typer af information Mange forskellige typer af information om klimasystemets komponenter
Eksempler fra iskerneforskningen CO 2, CH 4 og temperatur 800.000 år tilbage i tiden Iskerner indeholder fortidens atmosfære
Temperaturer og drivhusgas koncentration fra Antarktiske iskerner 1790 ppm 2008 386 ppm Istidens afslutning drivhusgasser D (dvs. temperatur) CO 2 CH 4 ~800 år
Istids- mellemistids-svingningerne: Milankovitch-forcering Jordaksens hældning : 21,8º 24,4º. Periode ~ 40.000 år Jordbanens eccentricitet. Strålingsforskel mellem perihelium og apheilum 7% 30%. Periode ~ 100.000 år Årstid ved perihelium. Periode ~ 21.000 år. Milankovitch-svingninger i mængden af solstråling på Jorden Disse variationer er ikke til i sig selv nok at starte en istid... men klimasystemet indeholder feedbacks, der forstærker effekten
Feedbacks / Tilbagekoblingsmekanismer CO 2 -feedback: Atmosfærens temperatur stiger Overfladevandet i verdenshavene opvarmes Havet absorberer mindre CO 2 fordi opløseligheden af CO 2 falder Drivhuseffekten forstærkes og atmosfæren opvarmes CO 2 -indholdet i atmosfæren stiger Feedbacks / Tilbagekoblingsmekanismer Is-albedo-feedback: Temperaturen stiger i et område tæt ved havisgrænsen Havisen smelter hurtigere Hvide flader (høj refleksion) erstattes af mørke flader (høj absorbtion) Områder opvarmes Området absorberer mere solstråling
Eksempler fra iskerneforskningen Istidsklimaets dynamik Temperatur-rekonstruktion fra GRIP-iskernedata
Radar-profil fra området omkring NordGRIP Årlagstykkelse I dag: 19 cm Holocæn is Midt-Holocæn: 12 cm Preboreal: 6 cm Yngre Dryas: 3 cm Bølling: 4-5 cm Istidsis Sen istid: 1-2 cm Tidlig istid: < 1 cm Eem-tidens is Eem-tiden: ~1 cm Bratte klimaændringer ved istidens slutning Holocæn (nuværende mellemistid) Yngre Dryas (kold periode) Bølling-tid (varm periode) Istidens afslutning
Anatomien af bratte klimaændringer Første tegn: Støvindholdet begynder at falde Til sidst: Lokale forhold ændres: f.eks. temperatur og havismængde Næste fase: Cirkulationen i Nordatlanten ændres over 1-3 år Eksempler fra iskerneforskningen De bedste analogier De bedste analogier til fremtidens klimaudvikling
Temperaturer og drivhusgas koncentration fra Antarktiske iskerner MIS-11 Eem-tiden NordGRIP Eem-data ~3 Temperaturen i den sene Eem-tid: 3 forskel i 18 O: ~ 5 C varmer end i dag Slutningen af Eem-tiden: langsom afkøling, og så et lille hop
Indlandsisen under Eem-tiden Kilde: modeldata fra IPCC AR4 kapitel 6 Derfor borer vi igen
NEEM-projektet og Center for Is og Klima En ca. 2500 meter lang iskerne Kortlægge klimaet gennem Eem-tiden Måle CO 2 i grønlandske iskerner nye detaljerede undersøgelser Forbedre modeller for klimaets udvikling ved at forstå feedbacks og klimaprocesser bedre Forbedre forståelsen af iskappernes klimarespons Læs mere om forskningen ved Center for Is og Klima og NEEM-projektets fremskridt på www.isogklima.dk og www.neem.ku.dk
(Vand på overfladen) Varmt (Holocæn) Koldt Varmt Koldt (Istiden) Foto : Hans Oerter, AWI Bremerhaven Foto : Hans Oerter, AWI Bremerhaven