Klimaændringer og Den Nordatlantiske Dybhavspumpe

Et projekt af Vejleder: Peter Frederiksen Efterår 2009 K1-modul, Geografi Roskilde Universitet

Forsiden illustrerer hvorledes golfstrømmen og den nordatlantiske strøm transporterer varmt saltholdigt overfladevand fra ækvator mod nord. Strømmen giver Europa milde og våde vintre og en temperatur højere end ved New Foundland på samme breddegrad. Abstrakt. Formålet med denne opgave er, at analysere klimaændringernes påvirkning af den nordatlantiske dybhavspumpe. I opgaven gennemgås og analyseres fortidens, nutidens og fremtidens dybhavspumpe. Via sedimenter og iskerner kan fortidens variationer bestemmes, mens nutidens tilstand bestemmes ud fra direkte observationer og målinger. Fremtidens dybhavspumpe kan kun bestemmes ud fra modelsimulationer, baseret på data fra fortiden og nutiden. Det gennemgås hvilket faktorer og mekanismer der driver dybhavspumpen og hvilke faktorer der tidligere har givet variationer i dybhavspumpens tilstand. De primære mekanismer der undersøges er temperaturstigning og øget ferskvandsinput, da begge faktorer tidligere har påvirket dybhavspumpen. Øget smeltevand, øget nedbør og øget flodudledning i dybhavspumpens formationsregion reducerer saltholdigheden i overfladevandet og kan derved forhindre konvektion. Dybhavspumpen er imidlertid omgivet af store usikkerheder. Få målinger og uenigheder blandt eksperter besværliggøre klare og konkrete konklusioner. Konklusionen er at dybhavspumpen formation blev reduceret med 0-30 % i det 20 ende århundrede. Mens der i perioden år 2000-2100 forventes en nedgang i dybhavspumpens effektivitet på 0-50 %. 2

Indholdsfortegnelse. 1.0. Problemfelt... 4 2.0. Problemformulering... 5 3.0. Metode... 6 4.0 Resultater... 11 4.1. Klimaændringer, Dybhavspumpens drivkraft og de fysiske mekanismer.... 11 4.2. Introduktion.... 11 4.3. Klimaændringer.... 11 4.4. Oceanernes cirkulation og de fysiske mekanismer bag.... 13 4.5. Dybvandspumpen og THC... 14 4.6. Beskrivelse af dybhavspumpen.... 15 4.7. Forklaring bag dybhavspumpens virke... 17 4.8. Naturlige svingninger... 19 4.9. Den nordatlantiske dybhavspumpes tidligere variationer... 20 4.9.1. Temperatursving i den Holocene periode.... 23 4.9.2. Opsummering.... 24 5.0. Klimaændringer og dybhavspumpen i det 20 ende århundrede.... 26 5.1. Introduktion.... 26 5.2. Dybhavspumpen i det 20 ende århundrede... 26 5.3. Opsummering.... 30 6.0. Klimaændringer og dybvandspumpen i det 21 ende århundrede.... 32 6.1. Introduktion.... 32 6.2. Den nordatlantiske dybvandspumpe i det 21 ende århundrede... 33 6.3. Mekanismerne bag reduktionen i dybhavspumpens effektivitet.... 35 6.4. Kritik af modeller.... 40 6.5. Opsummering.... 42 6.6. Konsekvenser ved en nedgang i dybhavspumpens formationsproces... 43 7.0. Diskussion af resultaterne.... 44 8.0. Konklusion... 49 9.0. Litteraturliste... 50 3

1.0. Problemfelt. De senere år har klimaændringer og særligt de formodede menneskeskabte klimaforandringer fået øget fokus. Gennemsnitstemperaturen er steget med 0,7 C, siden den industrielle revolution (Holden, 2008: 600) og ligeledes er CO 2 koncentrationen i atmosfæren steget. IPCC 1 har over fire rapporter, med stadig større sikkerhed, konkluderet at den primære årsag til temperaturstigningen, er stigningen i atmosfærisk CO 2. Med den stigende interesse for menneskeskabte klimaændringer er det centralt at vi formår at adskille naturlige klimasvingninger fra menneskeskabte i klimaforudsigelser. Her udgør oceanerne og dets cirkulation en vigtig rolle. Oceanerne har en høj varmekapacitet og antages at være mekanismen bag klimavariationer på kort sigt (årtier) og på langt sigt (årtusinder) (Seidov et al, 2001: vii). På grund af den energi oceanerne modtager ved ækvator vil havstrømme transportere den oplagrede varme mod polerne. Golfstrømmen og den nordatlantiske strøm gør at temperaturen i Europa er op til 10 C højere end ved samme breddegrad på Canadas østkyst (Se afsnit 4). Den primære drivkraft bag denne proces er dybhavspumpen i Nordatlanten, der gennem konvektion trækker varmt saltholdigt overfladehavvand via den nordatlantiske strøm mod Nordatlanten. Afkølingen i Norskehavet og Grønlandshavet øger havvandets densitet, hvorfor konvektion opstår og havvandet vil synke til et dybere niveau og strømme syd på (DMI1, 1999). Mekanismen bag dybhavspumpen er havvandets densitet, der bestemmes ud fra saltholdighed og temperatur. Med klimaændringerne, og derved temperaturstigning, samt øget ferskvandsinput i den nordatlantiske region, er det sandsynligt at dybhavspumpens effektivitet allerede er reduceret (Stocker et al, 2001: 283). Reduktionen vil derfor betyde at temperaturen i Europa ville falde, som følge af den mistede energi fra den nordatlantiske strøm. Temperaturen i Europa er før blevet reduceret indenfor få år på grund af dybhavspumpen og den thermohaline cirkulations 2 (THC) variationer. Ud fra iskerner, sedimenter etc. menes det at 1 IPCC = Intergovernmental Panel on Climate Change 2 Thermohaline græske ord for varme (thermo) og salt (haline). 4

dybhavspumpen har tre naturlige stadier: Slået fra, ændret geografisk placering og sidst en stærk dybhavspumpe (se afsnit 4.9). Der har været en kausal forbindelse mellem dybvandspumpen og pludselige klimaændringer de seneste 60.000 år. Flere fortidige temperaturudsving tilskrives ændringer i havcirkulationen, på trods af den direkte kausale mekanisme ikke er helt tydelig (IPCC, 2007: 397). Den fysiske mekanisme bag variationerne antages at være temperatur og ferskvandsinput, hvor især ferskvandsinput fra isflager af kontinentstørrelse formentlig har iværksat en ændring i THC (Thorpe et all, 2001: 3102). Men meget tyder på at klimaændringerne allerede har påvirket de fysiske betingelser for dybhavspumpens formationsproces. Både temperaturen og ferskvandsinputtet er steget i nyere tid, men der er uenighed om ændringerne har ført til en svækket dybhavspumpe. Bryden et al, 2005 har fundet en reduktion i dybhavspumpen på 30 % fra 1957 2004, mens IPCC ikke har målt en ændring (Bryden et all., 2005: 655; Dickson, 2002:832). Med viden om klimaet, samt fortidens og nutidens cirkulationer, kan klimamodeller kalibreres til kvalificerede scenarier om fremtidens cirkulation, under påvirkning af en øget atmosfærisk CO 2 - koncentration. Flere forsøg med modeller indikerer, at en øget koncentration af atmosfærisk CO 2 vil sænke dybhavspumpens formationsproces med 25 50 % i det 21 ende århundrede (Bryan, 2005: 2385; Rahmstorf, 2000: 253). Ligeledes er der modeller der ingen ændring indikerer, selv ved en fordobling af den atmosfæriske CO 2 -koncentration (ibid.). Med en reduktion i dybvandspumpens effektivitet på 0-50 % ved forøget CO 2 -koncentration i det 21 ende århundrede, samt de konsekvenser en reduktion kan medføre, er det nødvendigt med en forståelse for dynamikkerne bag dybvandspumpen. Det er derfor relevant at undersøge nærmere hvordan klimaændringer har påvirket, og vil påvirke, dybhavspumpen, hvorfor følgende problemformulering kan opstilles: 2.0. Problemformulering. Hvordan har klimaændringerne påvirket den nordatlantiske dybhavspumpe i det 20 ende århundrede? og hvordan forventes klimaændringerne at påvirke den nordatlantiske dybvandspumpe i det 21 ende århundrede? 5

3.0. Metode. Problemformulering: Hvordan har klimaændringerne påvirket den nordatlantiske dybhavspumpe? Og hvordan forventes klimaændringerne at påvirke den nordatlantiske dybvandspumpe i det 21 ende århundrede? Resultater Del 1. Klimaændringer, dybhavspumpen fysiske karakteristika og naturlige variationer Del 2. Hvordan har klimaændringer i det 20 ende århundrede påvirker dybhavspumpen? Del 3. Hvordan forventes klimaændringer at påvirke den nordatlantiske dybhavspumpe i det 21 ende århundrede? Diskussion. Diskussion af resultaterne. Konklusion. Besvarelse af problemformulering. For at besvare problemformuleringen så bredt, præcist og nuanceret så muligt er det nødvendigt at opstille nogle arbejdsspørgsmål det er relevant at undersøge: Hvordan har dybhavspumpen tidligere varieret og hvilke mekanismer vurderes at være årsagen? Hvordan har klimaændringerne i det 20 ende århundrede påvirket dybhavspumpen? Hvordan forventes klimaændringerne at påvirke dybhavspumpen i det 21 ende århundrede? 6

På baggrund af problemfeltet bliver den logiske struktur i opgaven, en kronologisk gennemgang af dybhavspumpen i den nordatlantiske region. Det skal understreges at resultaterne primært omhandler mekanismerne bag ændringer og udsving. Dybhavspumpen og dens variationer er præget af stor usikkerhed og manglende data. Derfor er det nødvendigt, bredt at analysere hvorfor resultaterne varierer. Variationen i resultaterne skyldes de to faktorer der bestemmer densiteten saltholdighed og temperatur. Fokus i resultatafsnittet er således lagt på ferskvandsinput fra smeltevand, havis, flodudledning, nedbør, samt temperaturstigning. Både hvordan faktorerne har påvirket dybhavspumpen i det 20 ende århundrede og hvordan faktorerne forventes at påvirke dybhavspumpen i det 21 ende århundrede. Del 1: Del 1 omhandler derfor klimaændringer, havcirkulation, THC og dybhavspumpen og naturlige variationer. For at give en forståelse for årsagen til at undersøge dybhavspumpen, gives en grundig introduktion til klimaændringer med fokus på den nordatlantiske region Her er der målt en øget nedbør og en øget temperatur. To faktorer der påvirker densiteten og skaber en stabil vertikal søjle, hvilket sænker konvektionsprocessen (Se del 1). Dernæst beskrives og forklares oceanernes cirkulation. Havvandet modtager energi fra Solen som oplagres i overfladevandet. Forskellen i temperatur mellem polerne og ækvator samt coriolis-effekten 3 skaber betingelserne for bevægelse i oceanerne. Efter denne korte introduktion er det nødvendigt at beskrive og forklare THC og dybhavspumpen. Dybhavspumpen drives af forskellen i saltholdighed og temperatur, hvilket skaber konvektion i Grønlands og Norskehavet. Konvektionen skaber det nordatlantiske dybvand som derefter strømmer sydpå. Imidlertid er der interne naturlige svingninger i dybhavspumpens effektivitet. For mere præcist at kunne adskille klimaændringer fra naturlige svingninger, er det nødvendigt at undersøge naturlige variationer i dybhavspumpen. 3 Når luft/vand strømmer mod polerne, afbøjes det til højre i den nordlige hemisfære og til venstre i den sydlige. 7

Sidst gennemgås fortidigere variationer og hvordan dybhavspumpen tidligere har varieret i effektivitet, samt hvilke mekanismer det er bag udsvingene. Fortidens variationer giver indblik bag disse mekanismer og derfor en mulighed for at kalibrerer modeller. Kun ved at forstå fortidens og nutidens dybhavspumpe, kan der postuleres hypoteser om fremtidige variationer og tilstande. Det gennemgås derfor, hvordan istider og mellemistidernes klima har påvirket dybhavspumpen. Generelt er der tre naturlige stadier i dybhavspumpen varierer imellem slukket, varm eller en ændret geografisk placering. Hele del 1 udgør således fundamentet for del 2 og 3 Del 2. I del 2 analyseres dybhavspumpens tilstand i dag. Artikler og databaser vil udgøre det empiriske grundlag. Nogle målinger indikerer at der har været en nedgang i effektiviteten siden 1950 erne, hvor målinger startede, mens andre mener at der ikke har fundet en ændring sted. Her analyseres mekanismerne (temperatur, gennemstrømning og ferskvandsinput) og begrundelserne for uoverensstemmelser om klimaændringers påvirkning på dybhavspumpen. Del 2 leder derfor over i del 3. Først undersøges dybhavspumpens udvikling i det 20 ende århundrede til nu. Mens del 3 analyserer dybhavspumpens forventede udvikling fra nu til år 2100. Del 3: Klimaændringernes påvirkning af dybhavspumpen i det 21 ende århundrede Her analyseres hvordan klimaændringer antages at påvirke dybhavspumpen i det 21 erde århundrede. Nogle modeller indikerer en nedgang, mens andre indikerer en stabil dybhavspumpe. Med variationer i modellernes forudsigelser, er det nødvendig at gå bag om modellerne og analysere mekanismer og begrundelser for hvorfor der er uoverensstemmelse. Generelt forudser alle modeller et øget ferskvandsinput i regionen og en øget temperatur, hvilket påvirker densiteten i formationszonen. Ferskvandsinputtet kommer fra floder, smeltevand, nedbør og reduceret havis. Den generelle temperaturstigning påvirker særligt de højere breddegrader, hvor der ventes lokale temperaturstigninger på 10 C ved Arktis (Se del 3). Analysen bliver således en analyse af mekanismerne bag modellernes forudsigelser. 8

Som det ses er der uenigheder, manglende data og usikkerheder forbundet de faktorer der påvirker og forventes at påvirke dybhavspumpen. Derfor er en analyse af klimaændringernes påvirkning relevant i en fortidig, nutidig og særligt fremtidig kontekst. Diskussion. Diskussionen bliver derfor en diskussion af resultaterne og de usikkerheder, manglende data og uenigheder der præger dybhavspumpen og modellerne. Vi har meget begrænsede målinger der omhandler dybhavspumpen, hvilket illustreres i de uenigheder der er analyseret i del 1 og 2. Konklusion: Besvarelse af problemformulering Målet med opgaven er kritisk og nuanceret, at analysere klimaændringernes påvirkning af dybhavspumpen. Målet er ikke at fremtvinge et rigtigt scenarie, men bredt at gennemgå de mulige scenarier modeller frembringer, og særligt mekanismerne bag. Opgaven vil ikke gennemgå opstillingerne i de anvendte modeller, da opgavens fokus er resultaterne og argumenterne bag. Både modeller der ikke venter en reduktion, og modeller der venter en reduktion i dybhavspumpens effektivitet gennemgås. Det giver en bedre og mere nuanceret forståelse for mekanismerne og usikkerhederne bag modellerne. Med store forskelle i modellernes scenarier, afsluttes med en kort kritisk gennemgang af de usikkerheder vi er nødt til at forholde os til når modeller anvendes. Da jeg har meget begrænset mulighed for selv at gennemføre forsøg med dybhavspumpens effektivitet, vil jeg anvende data, observationer og modeller fra anerkendte forskere på området. Der er flere metoder til at måle dybhavspumpens effektivitet; via satellitovervågning, måling af strømmen i vandet, temperatur og saltmålinger etc. Litteraturen der anvendes i opgaven kommer fra grundlæggende bøger om klima, havstrømme og generelle geografiske og geofysiske fakta. Den primære empirikilde er videnskabelige artikler fra anerkendte tidsskrifter og organisationer som Science, AAAS, IPCC og databaser fra DMI, Arctic Survey etc. Via artikler er det muligt at anvende data fra nye målinger og observationer og fastholde dem med grundlæggende fakta. Da målinger og data er få vil 9

artiklerne ofte argumentere i modstridende retninger og ligge vægt på forskellige faktorer. Målingerne er meget begrænset og der er derfor ofte uenigheder mellem artiklerne og forskerne. Der anvendes derfor et bredt udvalg af artikler for, at skabe en nuanceret forståelse for eventuel konsensus og uenigheder om dybhavspumpen. 3.1. Afgrænsning. Dybhavspumpen og THC er et komplekst system, med mange processer og mekanismer der påvirker. Ligeledes er klimaændringer et endnu mere komplekst og overordnet spørgsmål. Opgaven afgrænses fra at gennemgå klimaændringerne generelt, men vil meget specifikt være indsnævret til den del af klimaændringerne, der har betydning for THC og dybhavspumpen. At opgavens fokus er dybhavspumpen i Nordatlanten, indsnævrer unægtelig det faktum at THC indvirker i flere regioner på globalt plan. Ligeledes er der dybvandspumper i andre regioner både labradorstrædet øst for Grønland og Weddel-havet ved Antarktis (Rahmstorf, 2002: 208). Årsagen til afgrænsningen er af erkendelsesmæssige årsager. Desuden er det dybhavspumpen i Grønlandshavet og Norskehavet der har størst direkte betydning for både THC og temperaturen i Europa (Se del 1). Fokus er Nordatlanten, men opgaven inddrager data og observationer fra hele kloden, men kun så længe de har relevans for dybhavspumpen i Nordatlanten. Jeg erkender at man ikke kan drage induktive konklusioner på baggrund af enkelte observationer, da hele systemet er forbundet. Men for at give en præcis beskrivelse og diskussion af dybhavspumpen i Nordatlanten er det nødvendigt at udelukke et eventuelt samspil med andre fænomener og faktorer. 10

4.0 Resultater. 4.1. Klimaændringer, Dybhavspumpens drivkraft og de fysiske mekanismer. 4.2. Introduktion. I denne del beskrives, forklares og analyseres dybhavspumpens nuværende tilstand. Først beskrives klimaændringerne i det 21 ende århundrede som IPCC s modeller forudsiger dem. Her introduceres de parametre og eksterne faktorer der har indvirkning på dybhavspumpens effektivitet. Dernæst beskrives oceanernes cirkulation, THC og dybhavspumpen og hvad det præcist er begreberne dækker over etc. Dernæst følger en forklaring på dybhavspumpen, hvor det forklares hvilke faktorer der driver dybhavspumpen. Sidst gennemgås dybhavspumpens naturlige variationer, på kort sigt og langt sigt. 4.3. Klimaændringer. Klimasystemet er drevet af energi fra solen. Siden 1900 er temperaturen steget med 0,7 C og accelereret stærkt siden midten af 1970 erne. (Holden, 2008: 83-84). Den primære antagelse er at denne stigning skyldes at den atmosfæriske CO 2 koncentration er steget. Siden den pre-industrielle periode, er CO 2 - koncentrationen i atmosfæren steget fra 280 380 ppm (parts per million), med afbrænding af fossile brændstoffer som primær kilde til stigningen (IPCC, 2001: 37). Ligeledes er koncentrationen af metan (CH 4 ) og nitrooxid (N 2 0) steget over samme periode. Analyser af iskerner dokumenterer at koncentrationen af drivhusgasser er højere end de sidste 650.000 år (Ibid.). Drivhusgasser som CO 2, metan, vanddamp etc., absorberer og reflekterer den langbølgede stråling Jorden udsender, og forhindrer derved strålingen i at slippe ud af atmosfæren. Jo større koncentrationen af drivhusgasser der er i atmosfæren, jo mere infrarød stråling forhindres i at slippe ud af atmosfæren og atmosfærens temperatur stiger derfor. Denne simple introduktion indikerer at temperaturen er steget de seneste 100 år og ventes at stige i det 21 ende århundrede med en gennemsnitsstigning på mellem 2 C og 7 C alt efter udledningsscenarium, som figur 1 illustrerer (IPCC, 2001: 46). IPCC har forskellige scenarier 11

alt efter udledning. A1-scenariet indikerer økonomisk vækst og en øget population indtil 2050 og en hurtig transition til grøn energi. I A1 stiger den atmosfæriske CO 2 -koncentration fra 380 ppm, over A1B med 710 ppm til A1F1 960 ppm (Holden, 2008: 602). I A2-scenariet forventes ligeledes stigende population og teknologisk udvikling, dog i mindre grad. Den atmosfæriske CO 2 -koncentration stiger til 860 ppm i 2100 (ibid.). Sidst er B1 med samme udvikling som A2, men med hurtigere økonomiske, sociale og miljømæssige omstillinger. Den atmosfæriske CO 2 -koncentration stiger til 540 ppm i 2100 (Ibid.: 603). Dybvandspumpens geografiske placering, gør at klimaændringerne i større grad vil påvirke, da især højere breddegrader ventes at opleve den største temperaturstigning (IPCC, 2001: 46). På baggrund af temperaturstigningen ventes også en ændring i det hydrologiske mønster. Ændringerne består i mere smeltevand, større udledning fra floder og øget vanddamptransport fra ækvator mod højere breddegrader (ibid.: 49; IPCC, 2008: 26). Temperatur og øget ferskvandsinput er eksterne faktorer der påvirker dybvandspumpen som drives af saltholdighed og temperatur (Se længere fremme). Figur 1 illustrerer IPCC s temperaturstigninger ved forskellige realistiske udledningsscenarier. A2 scenariet indikerer en mulig temperaturstigning på op til 5,5 C. 12

Figur 2 viser de forskellige CO 2 -koncentrationer ved IPCC s udledningsscenarier. 4.4. Oceanernes cirkulation og de fysiske mekanismer bag. Jorden modtager mere energi ved ækvator i form af kortbølget stråling, end ved polerne på grund af dens sfæriske form. Som følge af differencen i modtaget energi mellem ækvator og polerne, skabes en varmetransport via atmosfæren og oceanerne (Van Eken, 2007: 1). Varmeenergien oplagres i havet der har en høj specifik varmefylde på ca. 4000 J/ kg -1 / C -1 4, hvor atmosfæren har 1000 J/ kg -1 / C -1 (Stewart, 2005: 5.1). Derved er vands varmefylde højere end vi finder på det meste af landjorden, hvor sten eksempelvis har en varmefylde på 800 J/ kg - 1 / C -1 (Van Eken, 2007: 3). Nær ækvator rammer solens strålingsvinkel lige på overfladen på grund af jordens sfæriske form, hvilket giver en lav refleksion af energi. Ydermere har vand en meget lav albedoværdi (Holden, 2008: 92), så derfor absorberes og lagres energien i de øverste lag af overfladevandet ved ækvator. Oceanernes øverste lag, hvor varmen oplagres, varierer med årstid og sted, men er gennemsnitligt 100 m dybt og har en varmekapacitet på 400 MJ/m 2 C (Holden, 2008: 59; Van Eken, 2007: 3). Den høje varmekapacitet gør at oceanerne fungerer som langsigtet stabilisator mod pludselige klimavariationer eller kan omvendt via ændringer i havstrømme påvirke klimaet på tidsskalaer fra årtier, over århundrede til årtusinder (Ibid: 4). En årlig variation af cirkulære rotationer, skabes af vinde der leder varmt overfladevand fra ækvator mod polerne og ligeledes koldt havvand fra polerne mod ækvator. Coriolis-effekten afbøjer vandstrømmen således at den drejer mod højre på den nordlige halvkugle og venstre i 4 Specifik Varmekapacitet= Mængden af energi det kræver at opvarme 1 kg vand 1 grad celsius. 13

den sydlige. Sådan skabes den nordatlantiske rotation, 5 der via golfstrømmen og den nordatlantiske strøm, er medvirkende mekanisme bag transporten af varmt havvand mod Europa. (Holden, 2008: 61). Andre mekanismer af større betydning for transporten af varmt havvand er den thermohaline cirkulation og mere specifikt dybhavspumpen. 4.5. Dybvandspumpen og THC. Der er tre fysiske mekanismer der skaber bevægelse i oceanerne direkte bevægelse i overfladen skabt af vind, bevægelse via tidevand og densitetsbevægelse (Kuhlbrodt et al., 2007: 3). Der er fortsat tvivl om hvilken betegnelse der præcist beskriver de processer der driver dybvandspumpens cirkulation. Toggweiler og Russel (2008) har publiceret en artikel der argumenterer for at vind og tidevand skaber bevægelsen der driver cirkulationen (Toggweiler et all, 2008: 286; Stewart, 2005: 13). Rahmstorf (2003) hævder, i tråd med den udbredte forståelse, at vind og tidevand indvirker på cirkulationen, men at den primære drivkraft er i forskellen mellem saltholdighed og temperatur (Rahmstorf, 2003: 699). Vinddrevne havstrømme og THC er ikke isolerede begreber, men et sammenspil. Der er to drivkræfter, men ikke to cirkulationer. Vind, temperatur og saltholdighed er alle faktorer, der indvirker på samme cirkulation. Fokus i opgaven er den del af cirkulationen der drives af densitet og ikke vind, nemlig dybhavspumpen. Den dybe havcirkulation har mange navne - Afgrundscirkulationen Thermohaline cirkulation Det store transportbånd Sydlige cirkulationssystem 6 (Stewart, 2005: 13) Udover de mange navne, er der i Atlanterhavet flere vertikale lag i sydligt gående retning. De øverste 1200 m drives primært af vinde og andre atmosfæriske forhold. Herunder (1200 5000 m) er dybvandet. Det øverste dybvand i Atlanterhavet (1200-3000 m) oprinder fra konvektion i 5 Oversat fra gyre: hvirvel, cirkulation eller rotation. 6 Oversat fra : Meridional overturning circulation 14

Labradorhavet sydvest for Grønland, mens den nedre del af dybvandet (3000-5000 m) oprinder fra Grønlandshavet og Norskehavet i Nordatlanten. Nederst er det antarktiske bundvand med den højeste densitet (Bryden et al, 2005: 656). Fokus er, som beskrevet, dybvandet der oprinder i Nordatlanten og mere præcist selve dybhavspumpen i Nordatlanten. Dybvandspumpen i Nordatlanten drives af forskellen i densiteten, bestemt ud fra temperatur og saltholdighed. Ferskvand har en densitet på 1000 kg/m 3, mens havvand har en gennemsnitlig densitet på 1027 kg/m 3. Stiger saltholdigheden i vandet, stiger densiteten af havvandet også. Temperaturen indvirker således, at stiger temperaturen falder densiteten, mens fald i temperaturen øger densitet. (se figur 3) Stiger densiteten af vandet proportionalt med dybden er den vertikale søjle stabil. En ustabil søjle er karakteriseret ved, at havvand af højere densitet er placeret over havvand med lavere densitet. Således vil en vertikal udjævning forekomme og vandet sættes i bevægelse. Figur 3 viser densiteten i havvand som funktion af temperatur og saltholdighed. (σ t = ρ 1000 eller densiteten = 1027 kg/m 3-1000= 27). Bemærk hvis σ t >24,7 er maksimal densitet under frysepunktet. Eksempelvis ses det at en temperatur på 0 C og saltholdighed på 34 ppt har samme densitet på ca. 27,3, som havvand med en temperatur på 13,5 C og saltholdighed på 37 ppt. 4.6. Beskrivelse af dybhavspumpen. Figur 4 illustrerer den geografiske placering af dybhavspumpen. Den nordatlantiske dybvandspumpe er en drivkraften bag THC og er geografisk placeret ved Norskehavet, Grønlandshavet og Danmarkstrædet (DMI1, 1999). Indstrømningen af varmt saltholdigt vand fra ækvator (orange pile) transporteres fra ækvator gennem Atlanterhavet henover Grønland- Skotland højderyggen og ind i Norskehavet og Grønlandshavet (Hansen et al, 2008: 16). 15

Figur 4: Illustration over den nordatlantiske strøm og dybhavspumpens geografiske placering. Varmt saltholdigt vand (rød/orange)transporteres via den nordatlantiske strøm til Norskehavet og Grønlandshavet og synker. Derefter strømmer dybvandet syd på (blå) Derudover transporteres store mængder salt fra ækvator mod formationszonen, hvilket medvirker til at opretholde den høje densitet i de øvre lag. Når havvandet afgiver varmeenergien afkøles det, så densiteten øges og overfladevandet synker til bunds og strømmer sydpå som nordatlantisk dybvand som figur 4 illustrerer (blå pile). Gennem transport af varmt havvand, holdes regionen varmere end samme breddegrad ved Canadas kyst, og holder regionen isfri (Ibid.). Efter denne korte beskrivelse af dybhavspumpens geografiske placering og betydning, er det nødvendigt at forklarer mekanismerne bag. 16

4.7. Forklaring bag dybhavspumpens virke. Årsagen til dybhavspumpens geografiske placering i Norskehavet og Grønlandshavet skyldes at de fysiske betingelser for konvektion er til stede her. Den fysiske proces der skaber det nordatlantiske dybvand opstår når den nordatlantiske strøm rammer havvandet fra det arktiske ocean, Norskehavet og Grønlandshavet samt kolde vestenvinde. Fordampning og vinde transporterer varmeenergien væk og overfladevandet afkøles til 2-4 C(Se figur 4) (Holden, 2008: 62). Hvis den afkølende vind er kold nok, skabes der havis, hvilket udskiller salt og derved øger saltholdigheden i det resterende overfaldevand (Stewart, 2005: 13). Afkølingen øger densiteten af havvandet og den vertikale søjle bliver ustabil, da havvand med en større densitet ligger i overfladevandet. Den ustabile søjle skaber en vertikal densitetsbestemt udjævning af havvandet, hvilket er den grundlæggende fysiske drivkraft bag dybvandspumpen (Holden, 2008: 60). Den nordatlantiske havstrøm transporterer 40 Sv 7 relativ varmt overfladevand med en saltholdighed på gennemsnitligt 35,8 ppt 8, fra ækvator mod nord (Stewart, 2005: 13.1; Broecker, 1997: 4). Ved afkølingen blandes den nordatlantiske strøms saltholdige overfladevand med havvand fra det arktiske hav. Det arktiske havvand har en saltholdighed på ca. 32 ppt, som figur 5 illustrerer, hvilket efter afkølingen giver en saltholdighed på 34.9 ppt (Broecker, 1997: 1584). Herefter synker det blandede overfladevand og danner det nordatlantiske dybvand med en strøm på ca. 6 Sv og en temperatur på 2 C (Broecker, 1997: 1584) (Det resterende fordampes eller returneres som overfladevand til labradorstrømmen, portugalstrømmen eller tilbage via den nordatlantiske rotation). Dybvandet der formes ved konvektion i Norskehavet og Grønlandshavet transporteres efterfølgende mod syd. Transporten af dybvandet forhindres af Grønland-Skotland højderyggen der opdeler det nordlige Atlanterhav i to bassiner (se figur 7) (Van Eken, 2007: 132). 7 Sv Sverdrup 1 Sv = 10 6 m 3 /s = 0,001 km 3 /s Ppt. Parts per thousand 17

Figur 5 illustrerer saltholdighedens geografiske distribution. Som det ses er saltholdigheden højere langs ækvator og falder gradvist mod polerne. Figur 6 illustrerer temperaturens geografiske distribution i januar måned. Som det ses er temperaturen højere ved Irland og Skandinavien end samme breddegrad ved Canada. 18

Dybvandspumpen er geografisk placeret i det nordlige bassin hvorfra dybvandet strømmer mod syd med en hastighed på 1 m/s. Det sydlige flow der tilbageholdes af højderyggen udledes via tre kanaler Danmarkstrædet, Færø-Shetlandskanalen og Island-Færøryggen (Se figur 4)(Van Eken, 2007: 132). Efter at have passeret højderyggen trækker det kolde dybvand en stor del af det overliggende overfladevand med en lavere densitet, med ned af højderyggen, som figur 7 illustrerer (Van Eken, 2007: 137). Figur 7: Illustration af dybhavspumpen. Dybhavspumpen afkøler det saltholdige havvand fra den nordatlantiske strøm så det synker og accelererer henover Grønland-Skotland- højderyggen og syd på. Udover dybvandsformationen i Norske og Grønlandshavet, foregår en del af konvektionen syd og vest for Island, som ligeledes indfanges af dybvandet der strømmer fra Norske og Grønlandshavet (figur 7). Samlet giver det en mængde af sydlig-gående nordatlantisk dybvand på ca. 12-14 Sv, med naturlige udsving på ± 1-3 Sv (Broecker, 1997: 1584; Vellinga et al, 2008: 293). 4.8. Naturlige svingninger. Målinger af dybhavspumpen er få, så kvantitative beregninger omhandlende interne svingninger er vanskelige (Latif et al, 2005: 4631). Desuden er der kun oceanografiske observationer fra de seneste 100 år, hvorfor store ændringer og udsving i THC ikke er observeret (Van Eken, 2007: 269). 19

Da målinger kun går 100 år tilbage, er der lavet modelsimulationer af THC og det antages at dybhavspumpens styrke er mellem 12 og 17 Sv med en gennemsnitstrøm på 14 Sv (Delworth et al, 1999: 1483). Årsagerne bag naturlige udsving skyldes bl.a. variationer i atmosfæriske forhold, som vind, varme og tryk der giver svingninger på ±1-3 Sv i dybhavspumpens effektivitet (Vellinga et al, 2008: 293). Den nordatlantiske oscillation (NAO) antages at være den primære mekanisme bag udsvingene (Frankignoul et al, 2009: 1). Ved positive faser er forskellen mellem lavtryk ved Island, og højtryk ved Azorerne stor, hvilket skaber en stærk NAO. Ved en stærk NAO øges nedbøren i den nordatlantiske strøm, hvilket svækker formationsprocessen (Ibid.; IPCC, oceans, 2007: 397). Ligeledes antages den nordatlantiske rotation at indvirke. Når rotationen er stærk, reduceres indstrømningen af varmt havvand til dybhavspumpens formationszone, mens indstrømningen øges ved en svag rotation (Ibid.) Ved at gennemkøre modeller uden ændringer i eksterne faktorer, kan naturlige udsving måles. Kobles derefter eksterne faktorers påvirkning på modellen, kan naturlige udsving og eksterne faktorers påvirkning identificeres og måles. 4.9. Den nordatlantiske dybhavspumpes tidligere variationer. På længere tidsskala er det muligt at påvise endnu større udsving end et par Sv. Dybhavspumpen har tidligere varieret fra lukket ned, over anden geografisk placering til meget effektiv. Tidligere markante udsving bliver karakteriseret ud fra tre stadier lukket ned, kold og varm, alt efter Nordatlantens fysiske karakter (Rahmstorf, 2002: 208). I kolde stadier (istider) skete dybvandsformation syd for Island, mens varme stadier (mellemglaciale perioder) var dybvandspumpen lokaliseret i Norskehavet og Grønlandshavet. Når off stadiet (Heinrich events), satte ind ophørte dybvandspumpen i Nordatlanten, mens dybvand fra den antarktiske pumpe fyldte Atlanterhavet (see saw effekten)(ibid.: 209). 20

Figur 8: Figuren illustrerer havvandstemperaturen fra 60.000 10.000 år før hvor tid genskabt ud fra oxygen 18 isotoper fra sedimenter. Den grønne linje er målt gennem sedimenter i det subtropiske Atlanterhav, mens den blå er fra iskerneboringer i Grønland. Hvert H(n) repræsenterer Heinrich events og D/O events er tilskrevet med tal (Rahmstorf, 2002: 209). I højre side ses oxygen-isotop 18 koncentrationen. Ud fra oxygen isotoperne 16 og 18 koncentrationen i sedimenter, kan temperaturen aflæses. Ved høje isotop 16 O er meget ferskvand låst fast i gletsjere og temperaturen lav (Glaciale). Ved højt 18 O mens er temperaturen varmere og ferksvand ikke låst fast (mellemglaciale) (Holden, 2008: 569). En reduktion i dybvandspumpens formationsproces tilskrives Heinrich events 9, hvor store isflager menes at have revet sig løs fra gletsjerne (Maslin et all, in Seidov ed. et all, 2001: 22). Isflagerne smeltede i Atlanterhavet og bidrog derved betydeligt til ferskvandsinput og derved reduktion i dybvandspumpens effektivitet. Som figur 8 illustrerer, bidrog Heinrich events til en yderligere nedkøling af det nordatlantiske oceaners overflade på 1-2 C, samt en reduktion i saltholdigheden på 4 ppt. (Ibid.: 23). Smeltning af isbjergene betød en reduktion i den regionale temperatur på 3-6 C. Hyppigheden for disse events var hver 7200 ± 2400 år i perioden fra 60.000 10.500 år før vor tid (Ibid.) (Se figur 8). Både begyndelsen og enden på Heinrich events markerer en hurtig transition på et par årtier (Maslin et all. in Seidov et all, 2001: 23). 9 Heinrich events er målt fra sedimenter i Atlanterhavet, der er så store at de kun kan være transporteret via isbjerge. Ligeledes er det er det målt fra sedimenterne at dybvandspumpens effektivitet blev stærkt reduceret, hvis ikke lukket under Heinrich events (Rahmstorf, 2002: 211) 21

Imellem Heinrich events er der hyppigere Dansgaard/Oeschger (D/O) events med en frekvens på 1500 år. D/O events er karakteriseres ved gradvis afkøling og et pludseligt opsving i temperatur på 5-8 C indenfor ca. 30 år (Holden, 2008: 576; Rahmstorf, 2002: 210). Mekanismen bag antages at være en øget koncentration af smeltevand eller isflager fra Grønland og Island, der lukker ned for dybvandspumpens effektivitet (Rahmstorf, 2002: 210). Når ferskvandsinputtet er smeltet, accelererer dybvandspumpen op igen og temperaturen i regionen stiger hurtigt. Den præcise mekanisme bag disse events er fortsat uklar, men meget tyder på at ferskvandsinputtet fra isflagerne påvirker overfaldevandets saltholdighed og derved dybvandspumpens effektivitet. Formationen af det nordatlantiske dybvand kan svækkes af to processer. Den atmosfæriske polarfront forhindrer den nordatlantiske strøm i at transporterer varmt overfladevand helt til Norskehavet. I stedet vil dybhavsformationen ske syd for Island (figur 9)(Ibid.: 26). Eller hvis store ferskvandsinput fra smeltevand, floder og nedbør løber ud i formationszonen og svækker dybvandsprocessen, hvorfor Europa vil afkøles (ibid.). Ud fra sedimenter er det påvist at D/O og Heinrich events bringer sedimenter fra polarområdet ud i Atlanterhavet. Disse sedimenters størrelse gør at de sandsynligvis oprinder fra isflager, hvoraf Heinrich events udgør de største flager (Stocker et all. in Seidov et all, 2001: 279). Henrich-events og D/O events er forbundet og Heinrich events følges af en varm D/O event som figur 8 illustrerer. Efter en D/O event falder temperaturen indtil næste Heinrich event forekommer. Det vurderes at årsagen er, at faldet i temperaturen har fået gletsjerne til at vokse imellem Heinrich events (Rahmstorf, 2002: 212). Den mest accepterede hypotese på denne hurtige transition i klimaudsving kaldes den bipolære Seesaw-effekt (Broecker in Seidov et all, 2001: 55 ). Den asynkrone temperaturudvikling mellem Grønland og Antarktis under flere af Heinrich og D/A events, indikerer at temperaturen påvirkes af dybvandspumpens effektivitet. Under mellemglaciale perioder transporteres varmt havvand fra den sydlige hemisfære mod Nordatlanten, hvilket køler Antarktis. Når en Heinrich event forekommer, skaber smeltevandet densitetsreduktion og dybvandsdannelsen standses. Derfor tager den antarktiske dybvandspumpe over. Det betyder at 22

der ikke transporteres varmt havvand fra den sydlige hemisfære nordpå, men fra nord mod syd, hvorfor havet i den sydlige hemisfære opvarmes (Maslin et all. in Seidov et all, 2001: 26). Når isflagen er smeltet øges densiteten af overfladen igen og den nordatlantiske dybvandspumpe starter op. At Seesaw effekten starter D/O events, er den almene opfattelse (Broecker in Seidov et all, 2001: 55; Rahmstorf, 2002: 210). Der er således flere indikationer på at ferskvandsinput påvirker dybvandspumpens effektivitet. Figur 9 illustrerer topografien i Atlanterhavet med Grønland-Skotland højderyggen og hvordan den nordatlantiske dybvandspumpe tidligere har ændret karakter. Første billede illustrerer dybvandspumpens placering (Norskehavet) i mellemglaciale perioder. I glaciale perioder forskydes dybvandspumpen til syd for Island. Sidst illustreres perioder hvor dybvandspumpen er lukket ned og ingen dybvandsformation forgår. (Den blå pil illustrerer det antarktiske bundvands udbredelse, mens den lilla er det nordatlantiske dybvand). (Rahmstof, 2002: 209) 4.9.1. Temperatursving i den Holocene periode. Jorden har oplevet stigende opvarmning siden 18.000 år før hvor tid afbrudt af flere kolde perioder (Holden, 2008: 576). De mest pludselige udsving i temperaturen, forekom under Younger Dryas. Younger Dryas var en kort og kold periode der forekom for ca. 10.000-11.000 23

år siden. Det antages at årsagen til denne kolde og korte periode var smeltevandsinput fra gletsjere, der forårsagede en reduktion i dybhavspumpens formationsproces (Marchal et al, 1999: 341). Iskerneboringer fra Grønland indikerer en afkøling, mens iskerneboringer fra Antarktis indikerer en opvarmning under Younger dryas (Ibid.: 351). Det forklares med seesaw effekten som figur 9 illustrerer. Ligeledes var der for 8200 år siden en reduktion i temperaturen, som skete umiddelbart efter at store smeltevandsfloder fra Nordamerika strømmede ud i Atlanterhavet (Alley et all. In Seidov et all, 2001: 58). Det er alment antaget at det var store mængder smeltevand (9500 km3) fra Lake Agassiz 10 der påvirkede dybvandspumpens effektivitet, da det flød gennem Hudsonstrædet og ud i Atlanterhavet (Broecker, 2003: 1519; Kleiven et al, 2008). 100 år efter ferskvandsinputtet var den nordatlantiske dybvandsformation fortsat stærkt reduceret, hvilket bekræfter dybhavspumpens følsomhed overfor ferskvandsinput. Ydermere påviser modelforsøg med samme ferskvandsmængde en reduktion i temperatur i de berørte områder i Nordatlanten af samme grad som iskerner og sedimenter frembringer (Kleiven et al, 2008). Med sammenfald mellem ferskvandsinput, temperaturstigning og iskernedata er det nærliggende at bekræfte at dybvandspumpen er følsom overfor ferskvandsinput. 4.9.2. Opsummering. Den menneskelige aktivitet antages at være årsag til at CO 2 -koncentrationen er steget. Med denne stigning er fulgt en stigning i temperaturen på 0,7 C i det 20 ende århundrede. En temperaturstigning der påvirker de fysiske faktorer der driver dybhavspumpen. Dybhavspumpen drives af densiteten bestemt ud fra temperatur og saltholdighed. Når den nordatlantiske strøm når Grønlands og Norskehavet afkøles overfladevandet og densiteten forøges og skaber en ustabil søjle. Den ustabile søjle udjævnes og strømmer syd på og det nordatlantiske dybvand skabes. Dybhavspumpen er ikke et statisk fænomen, men har naturlige svingninger fra få år over årtusinder og flere stadier hvor formationsprocessen kan være slukket, reduceret eller anden geografisk placering. Dybhavspumpen varierer på baggrund af eksterne faktorer, som ferskvandsinput og temperatur. 10 Lake Agassiz. Gletsjersø i Minnesota/Dakota og Canada etc. der opstod ved den seneste istids tilbagetrækning. Samlet vandmængde var mere end the great lakes på grænsen mellem USA og Canada 24

At ændringer i den nordatlantiske dybvandspumpes effektivitet tidligere har været forårsaget af ferskvandsinput er foreløbig en teori, men meget peger i retning af at både Heinrich og D/O events har på virket dybvandspumpen. Ligeledes har smeltevandsfloder i nyere tid også påvirket dybhavspumpen. Det er derfor relevant at konkludere at dybhavspumpen er følsom overfor ændringer i eksterne faktorer som ferskvandsinput og temperatur. To faktorer der vurderes at være øget i det 20 ende århundrede og forventes at øges i det 21 ende århundrede. 25

5.0. Klimaændringer og dybhavspumpen i det 20 ende århundrede. 5.1. Introduktion. I denne del analyseres hvordan eksterne faktorer har påvirket og påvirker dybhavspumpen. Klimaændringerne har betydet en stigning i temperatur, hvilket reducerer overfladevandets densitet. Når densiteten falder skabes en mere stabil søjle og konvektionsprocessen reduceres. Her analyseres de eksterne faktorer som øget flodudledning, øget smeltevand, øget nedbør, reduceret havis og temperaturstigning. For at konkludere en eventuel nedgang, undersøges også om gennemstrømningen i de tre udledningskanaler er ændret. 5.2. Dybhavspumpen i det 20 ende århundrede. Der er dokumenteret en relation mellem densiteten i havvandet i Grønlands og Norskehavet, Arktiske ocean og dybhavspumpens effektivitet (Vellinga et al, 2008: 302). Ferskvandsinputtene i Nordatlanten oprinder fra en øget flodudledning, øget smeltevand og øget nedbør og en reduceret mængde havis. Der er observeret en stigning på 7 % (0,004 Sv) 11 i euroasiatiske floders udledning af ferskvand til det arktiske ocean siden 1930 erne (Peterson et al, 2002: 2171). De euroasiatiske floder udleder 0,06 Sv ferskvand ud i arktiske ocean (se evt. 5) og sænker derved densiteten i det havvand der afkøler den nordatlantiske strøm i Norskehavet (Ibid: 2172). Nye målinger indikerer at de euroasiatiske floders udledning fra 1987-2007 steg 11,8 km 3 /år, i forhold til 1936-2007 hvor stigningen var 2,7±0,5 km 3 /år (NOAA, 2009). I perioden 2000-2007 var den samlede udledning 171 km 3 større end gennemsnittet fra 1936-2000 (Ibid). På det nordamerikanske kontinent er der ligeledes observeret en stigning i flodernes ferskvandsudledning på 6 % ved det arktiske hav. Udledningen til det arktiske ocean er steget fra 520 km 3 /år til 550 km 3 /år i den målte periode 1973-2008 (NOAA, 2009). Den samlede ferskvandsudledning fra hele det nordamerikanske kontinent og det euroasiatiske kontinent med udløb i det arktiske ocean, er ifølge Walsh et al, (2009) på 11 Der er opstillet et skema i opsummeringen, for at give en overskuelig præsentation af de mange tal i afsnittet 26

4300 Km 3 /år 12 (Ca. 0,14 Sv). Der er siden 1921 sket en lineær stigning på 0,7-1,4 Km 3 / år (Walsh et al, 2009). Årsagen til stigningen er kortere vintre, mere udledning af smeltevand og øget nedbør i de nordlige breddegrader (Ibid.) Der er også målt en stigning i smeltevandudledningen fra Grønland. I 2007 var udledningen højere end tidligere målt (Mernild et al, 2009: 13). I perioden 1995 2006 var afsmeltningen gennemsnitligt 389±57 km 3 /år, mens der i 2007 var 523 km 3 afsmeltning (0,016 Sv) (Ibid.). Ahlstrøm (2009) påviser ligeledes en øget afsmeltning. De senere år har afsmeltningen ændret karakter fra at være nogenlunde i balance til en markant afsmeltning. Ifølge Ahlstrøm er der målt en afstrømning på 6 mio. kg/s. (ca. 0,006 Sv)(Ahlstrøm, 2009: 8). Senest har Arctic Monitoring and Assesment Programme (AMAP) i 2009 publiceret en rapport, der vurderer at indlandsisen har et større underskud af massebalance. Massebalancen defineres som isens tilvækst (snefald) fratrukket isens tab (smeltevand og isflager der river sig løs.) (AMAP, 2009: 8-9). Fra 1995-2000 lå det årlige underskud gennemsnitligt på 55 Km 3 /år, mens det fra 2003-2006 er steget til 176 Km 3 /år (ibid.:9). Der er målt en reduktion i mængden af havis i det arktiske ocean.. I 2008 var mængden af havis mindre end normalen, og der har været en generel nedgang år for år (Proshutinsky et al, 2009). Temperaturen ved Arktis var i 2008 3 C over gennemsnittet, og skabte derved langt mere smeltevand fra isflager end tidligere. Johannessen et al.,(1999) har beregnet at stigningen i mængden af smeltet havis de seneste årtier har bidraget med en stigning i ferskvandsinput på 0,01 Sv (Rahmstorf, 2000: 252). Det sidste ferskvandsinput er nedbør. Nedbøren er steget i de højere breddegrader og mere præcist i dybhavspumpens formationszone, siden 1979. (IPCC2, 2008: 17). Siden 1946 er den gennemsnitlige vinternedbør forøget i Nordatlanten og Nordeuropa (IPCC, 2008: 93). Figur 10 illustrer hvordan nedbøren er steget procentuelt i dybvandspumpens formationszone. Alle faktorer tyder på et øget ferskvandsinput i Norskehavet og Grønlandshavet hvor dybhavspumpen er lokaliseret. 12 1 Sv = 31536 km 3 /år (Walsh et al, 2009) 27

Figur 10: Figuren viser procentuel nedbørsstigning per årti fra 1979 2005 i forhold til 1961 1990 gennemsnit (IPCC, 2008: 17) Ligeledes er der dokumenteret en stigning i temperatur af både atmosfære og ocean i den nordatlantiske region. Østerhus et al, har observeret en stigning i temperatur i Grønlandshavet og Norskehavet på 0,1 ± 0,02 C/år i perioden 1987 1995. I perioden 1950-1987 er ingen signifikant stigning målt (Østerhus et al, 1999: 3298). En stigende temperatur i formationszonen er med til at reducere densiteten i det nordatlantiske dybvand (Se figur 3). Målinger i dybvandspumpen effektivitet foretages i de kanaler der transporterer dybvandet fra formationszonen og ud i Atlanterhavet. Der er fortsat stor usikkerhed om hvorvidt gennemstrømningen i kanalerne er svækket. Hansen et al (2001) vurderer at overflowet mellem Island Skotland delen er reduceret med 0,5 Sv fra 1950 2000, hvilket svarer til en reduktion på 20 % i overflowet (Hansen et all, 2001: 928). Dickson et al (2002) har observeret at saltholdigheden i dybvandet der strømmer gennem Færø-Shetland-kanalen er faldet lineært med 0,01 ppt/per årti siden midten af 1970 erne (Dickson et all., 2002: 835; Latif et all, 2006: 4634). Saltholdigheden i dybvandet der transporteres via Danmark-strædet antages ligeledes at være reduceret. Dickson et al (2002) har målt en reduktion på 0,013 ppt/ per årti siden midten af 28

1970 erne (Dickson et al, 2002: 835). Latif et al (2006) har ligeledes fundet at saltholdigheden i Danmarkstrædet er faldet fra 1970 til 2000 med 0,03 ppt eller 0,024 kg/m 3, hvilket korrelerer med Dicksons målinger for Færø-Shetlandskanalen. Men via modelsimulationer fandt Latif et al ydermere et fald i temperaturen af dybvandet i Danmarkstrædet. Faldet i temperaturen øger densiteten af dybvandet, således at det modsvarer reduktion i saltholdigheden på 0,012 kg/m 3 (50 % af den målte reduktion)(latif et al, 2006: 4634). En reduktion i saltholdigheden på 0,012 kg/m 3 reducerer dybvandspumpens effektivitet med 1 Sv (Latif et al, 2006: 4634). Curry et al, (2005) fandt ligeledes en reduktion i saltholdigheden i dybhavsstrømmen i Danmarkstrædet, men trods reduktionen har der været en stabil gennemstrømning på 3 Sv fra 1986-1999(Curry et al, 2005: 1771). Bryden et al, 2005 har ved 25 N målt en drastisk nedgang i det nordatlantiske dybvand i perioden 1957-2004. En nedgang i dybhavspumpens effektivitet på over 30 %. (Bryden et al, 2005: 656) 13. Generelt er der stor uenighed om dybhavspumpens tilstand. Med naturlige variationer på et par Sv og ingen observationer der strækker sig over længere tid, er det svært at påvise en nedgang i gennemstrømningen. IPCC vurdere at der trods variationer i gennemstrømningen i de tre dybvandskanaler, ikke er en veldokumenteret nedgang i THC (IPCC, oceans 2007: 397). Selvom ferskvandsinputtet er steget i Nordatlanten, er Atlanterhavet et relativt saltholdigt ocean. Wallace Broecker har beregnet østenvindenes transport af atmosfærisk vanddamp fra Atlanterhavet til Stillehavet til 0,25±0,10 Sv (Broecker 2001: 55). Ligeledes transporteres atmosfærisk vanddamp fra Atlanterhavet over Europa, Afrika og Asien, således at den samlede eksport fra Atlanterhavet er 0,32 Sv. (Broecker, 1997: 1583). I dag udjævnes balancen via inflow på 1 Sv fra Stillehavet via Beringstrædet og Polarhavet med en saltholdighed på 32 ppt (se evt. figur 5)(Broecker, 1997: 1584). Men som beskrevet er der tendenser til at saltholdigheden i Nordatlanten reduceres. Som det ses er der uenigheder om hvorvidt dybhavspumpen er svækket de senere år. Forskellen ligger angiveligt i metoden til at fastslå en nedgang eller fortsat stabil dybhavspumpe. På den ene side har vi målinger der dokumenterer en stigning i temperaturen og et fald i saltholdigheden to faktorer der påvirker densiteten og derfor giver en svækket 13 Til trods er den nordlige transport via golfstrømmen fortsat intakt og Bryden et al, argumentere for at nedgangen i dybvandet har ført til en stigning i det øverste 1000 m sydlige transport fra 12,7 Sv 22,8 Sv (Ibid.) 29

dybhavspumpe. Omvendt har vi målinger der ikke indikerer en reduceret gennemstrømning af nordatlantisk dybvand. På grund af See Saw-effekten viser en stærk dybhavspumpe høje temperaturer i den nordlige del af Atlanterhavet og lavere temperaturer i den sydlige del af Atlanterhavet. En svag dybhavspumpe viser lave temperaturer i den nordlige del og høje temperaturer i den sydlige del af Atlanterhavet (Latif et al, 2005: 4631). Latif et al (2005) har observeret en høj temperatur i Nordatlanten og en lavere temperatur i det sydlige Atlanterhav og derfor en fortsat stabil dybhavspumpe med naturlige variationer på 1-3 Sv (Ibid.: 4635) Imidlertid indikerer alle målinger en reduceret saltholdighed i Nordatlanten som følge af øget ferskvandsinput. 5.3. Opsummering. Af de eksterne faktorer der påvirker dybhavspumpen, er der observeret en stigning i temperaturen og et øget ferskvandsinput. Skemaet indikerer de forskellige ferskvandsinput Euroasiatiske og nordamerikansk ferskvandsudledning i det arktiske ocean 4300 Km 3 /år eller 0,l4 Sv Smeltevand fra Grønland Ahlstrøm: 0,06 Sv Mernild: 0,016 Sv Nedbør Steget mellem 3 og 30 % per årti siden 1979 Hav-is Smeltet hav-is har bidraget med øget ferskvandsinput på 0,01 Sv de seneste årtier Både ferskvandsinput og temperaturstigning giver en lavere densitet og derved en mere stabil formationssøjle. Der er ligeledes målt en reduceret saltholdighed i dybvandet, der gennemstrømmer de tre kanaler i Grønland-Skotland højderyggen. Dette har tilsyneladende ikke påvirket dybhavspumpens gennemstrømning, der ifølge observationer, fortsat er stabil. Bryden har dog målt en nedgang i dybvandets gennemstrømning på 30 %. Men den målte reduktion kan skyldes naturlige svingninger på ±3 Sv per årti. 30

Meget sparsomme observationer samt en meget kort måleperiode gør det vanskeligt at konkluderer på hypotesen om en nedgang. Derfor må konklusionen være at dybhavspumpen er reduceret fra 0 30 % i effektivitet, da Bryden har målt 30 % nedgang, hvor majoriteten ingen nedgang har fundet. 31

6.0. Klimaændringer og dybvandspumpen i det 21 ende århundrede. 6.1. Introduktion. I del 1 og del 2 påvises det hvilke faktorer der bestemmer dybhavspumpens effektivitet og geografiske sted, samt tidligere udsving og mekanismerne bag. Der er nogle eksterne parametre der har ændret sig ved nutidens dybhavspumpe, siden målinger blev påbegyndt. Der er observeret en temperaturstigning i den nordatlantiske region Der er målt øget ferskvandsinput i den nordatlantiske region Ligeledes er det i afsnit 4.9 vist at ændringer i ferskvandsinputtet kan medføre ændringer i dybhavspumpens effektivitet, geografiske formationszone eller helt lukke ned for dybvandsformationen. Det er derfor relevant at antage, at med en fortsat temperaturstigning og et fortsat større ferskvandsinput i det 21 ende århundrede, er det sandsynligt at en reduktion i dybhavspumpens effektivitet vil ske. Hvordan ændringer i de eksterne parametre påvirker dybhavspumpen, kan undersøges gennem modelforsøg. Modeller afprøves under forskellige atmosfæriske CO 2 koncentrationer, almindeligvis IPCC s antagelser (Som beskrevet i del 1). Den typiske kontrolperiode er fra 1860-2000 hvor modellen justeres til de, i perioden, observerede CO 2 -værdier (Lin et al, 2006: 2553). Fra perioden 2000-2100 øges koncentrationen af atmosfærisk CO 2, hvorefter ændringer i parametre som ferskvandsinput og temperatur kan beregnes. Majoriteten af modeller forudsiger en nedgang i formationen af dybvand i det 21 ende århundrede. Men ligeledes er der modeller der ikke indikerer en reduktion i dybvandspumpens og THC s styrke i det 21 ende århundrede (Gent, 2001: 1023). Med en varians fra 0 14 Sv i dybvandspumpen styrke under samme atmosfæriske CO 2 - koncentrationer (Wood et all, 2003: 1967), er det relevant at undersøge mekanismerne bag forudsigelserne. Der er medtaget flere modeller, og ved at sammenligne flere modeller kan naturlige svingninger identificeres og medkalkuleres i forudsigelserne (Vellinga et al, 2008: 292). 32

6.2. Den nordatlantiske dybvandspumpe i det 21 ende århundrede. Kort kan det opsummeres at klimaændringer medfører temperaturstigning, øget nedbør, øget flod og smeltevandsudledning i den nordatlantiske region. Faktorer der alle reducerer densiteten af overfladevandet og derved sænker dybhavspumpens formationsproces. IPCC vurderer at det er meget sandsynligt at dybvandspumpens effektivitet vil sænkes med op til 50 % i det 21 ende århundrede. (IPCC technical summary, 2007: 72). Figur 11: Figuren er en komparativ illustration over den thermohaline circulations styrke i det 21 ende århundrede. Kontrolstadiet er den absolutte styrke med atmosfærisk CO 2 -koncentration på 280 ppm og en årlig forøgelse på 1 % eller IPCC s A1B scenarie. Kontrolperioden er 1960-1990 og startpunktet svinger med 10 Sv, hvilket skyldes modelusikkerhed, men tendensen er at under øget CO 2 -koncentration reduceres THC (Ibid.). Nogle modeller udviser ingen tendens til fald i effektiviten. Som det ses i del 1 figur 1 er det ikke alt nordliggående havvand der omsættes i den nordatlantiske dybhavspumpe. (IPCC, Climate projections, 2007:773) 33