Redaktion og opdatering af indholdet på denstoredanske.dk er indstillet pr. 24. august 2017. Artikler og andet indhold er tilgængeligt i den form, der var gældende ved redaktionens afslutning.

  • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

Rytmiske klimaændringer

Oprindelige forfattere KLK, MHo og NN-N

Nogle klimaændringer sker over millioner af år, andre over tusinder og andre igen over årtier. Årsagen til de forskellige typer klimaændringer er vidt forskellig. Klimaændringerne sætter også hver deres specielle spor i de aflejringer, som benyttes i udforskningen af fortidens klima. Det drejer sig især om fire typer rytmiske ændringer. Først beskrives de klimaændringer, der skyldes kontinentalpladernes vandring med deraf følgende kontinentkollisioner og oceanbundsspredning – millionårs-ændringerne. Dernæst beskrives de ændringer, som skyldes astronomiske kræfter som f.eks. Jordens egen rotation og dens stilling i forhold til Solen – hundredtusindårs til titusindårs-ændringerne. Til slut beskrives, hvordan havstrømme og fordelingen af høj- og lavtryk kan give ophav til kortere, rytmiske klimaændringer – tusindårs-ændringerne og tiårs-ændringerne.

Indflydelse fra kontinenters vandring og de astronomiske forhold er også nævnt i de foregående kapitler. Men den følgende beskrivelse er specielt lagt an som en optakt til kapitlerne Istider og mellemistider og Fra istid til og med jægerstenalder, der handler om kvartærtidens skift mellem istider og mellemistider og udviklingen siden sidste istid.

Millionårs-ændringer

 FIGUR 12-1. Jordens klima de sidste 600 millioner år samt havniveauændringer og pladetektoniske begivenheder: bjergkædedannelse og vulkanisme.

FIGUR 12-1. Jordens klima de sidste 600 millioner år samt havniveauændringer og pladetektoniske begivenheder: bjergkædedannelse og vulkanisme.

Flere gange i Jordens historie har klimaet været domineret af kolde frysehusperioder med sænkning af de globale temperaturer og vekslen mellem istider og mellemistider. Frysehusperioderne blev afløst af de varme drivhusperioder.

Annonce

Der findes spor af tre større og én mindre frysehusperiode inden for den sidste milliard år, nemlig i Sen Prækambrium, i Karbon-Perm, i Kvartær og i mindre grad i Ordovicium. Det er værd at bemærke, at netop i Karbon-Perm, hvor der var meget varmt i det danske område, fordi vi dengang befandt os på meget sydligere breddegrader (kapitlet Ørken og salthav), var Jorden i en frysehusperiode. Disse globale og gentagne klimasvingninger af flere hundrede millioner års varighed styres grundlæggende af kontinentalpladernes bevægelser og kontinenternes placering.

Pladetektoniske bevægelser kan give klimaændringer over tidsrum på titals- til hundrede millioner år (figur 12-1). Hvor f.eks. kontinenter støder sammen, dannes bjergkæder, og store landområder bliver hævet. Hvor pladerne spreder sig langs de midtoceaniske rygge, dannes oceanerne. Pladebevægelserne bestemmer derfor havniveauet, oceanernes størrelse og kontinenternes placering på Jorden. Dette er afgørende for, hvordan havstrømme og vindsystemer forløber, og dermed hvordan klimaet udvikler sig.

Desuden bidrager vulkanudbrud, især langs spredningszonerne, til mængden af drivhusgasser i atmosfæren, og de har afgørende indflydelse på de globale temperaturer. Drivhusgasser er f.eks. kuldioxid, der lader den kortbølgede solstråling trænge ned gennem atmosfæren, men ikke lader den langbølgede varmestråling fra jordoverfladen trænge ud af atmosfæren, hvorved der sker en opvarmning. Denne drivhuseffekt er nødvendig for, at Jorden overhovedet kan have et klima egnet for dyr og planter.

Hundredtusindårs- til titusindårs-ændringer

 FIGUR 12-2. Øverst illustreres de astronomiske faktorer, som påvirker Jordens klima, og nederst vises med kurver, hvordan faktorerne har varieret igennem de sidste 500.000 år. A) Formen på Jordens bane ændrer sig fra cirkulær til elliptisk i løbet af hhv. 400.000 og 100.000 år. B) Jordaksens hældning mod jordbanen varierer i løbet af 41.000 år. C) Jordaksen foretager en keglebevægelse som aksen på en snurretop. Kegleformen varierer i løbet af gennemsnitlig 21.000 år.

FIGUR 12-2. Øverst illustreres de astronomiske faktorer, som påvirker Jordens klima, og nederst vises med kurver, hvordan faktorerne har varieret igennem de sidste 500.000 år. A) Formen på Jordens bane ændrer sig fra cirkulær til elliptisk i løbet af hhv. 400.000 og 100.000 år. B) Jordaksens hældning mod jordbanen varierer i løbet af 41.000 år. C) Jordaksen foretager en keglebevægelse som aksen på en snurretop. Kegleformen varierer i løbet af gennemsnitlig 21.000 år.

Inden for hver frysehusperiode kan der optræde kolde istider og varmere mellemistider. Det skyldes en rytmisk variation i mængden af den solenergi, som når Jorden i form af solindstråling. Solindstrålingen ændrer sig på grund af forskelle i Jordens bane omkring Solen og variationer i Jordens akseretning.

Denne astronomiske teori til forklaring af de langsomme klimaændringer blev først fremsat af skotten James Croll i 1800-tallet og blev videreudviklet af den jugoslaviske geofysiker Mitulin Milankovitch i 1920'erne. Ifølge Milankovitch er der tilbagevendende ændringer i den solindstråling, der når Jorden; ændringer, der indtræder med hhv. 400.000, 100.000, 41.000 og 21.000 års mellemrum (Milankovitch-cykler). Disse skyldes regelmæssige og forudsigelige variationer i formen af Jordens omløbsbane og omdrejningssaksens retning, der begge påvirkes af Solens og Månens tyngdefelt.

Jordens bane omkring Solen ændrer sig i løbet af hhv. 400.000 og 100.000 år, fra næsten cirkulær til elliptisk og tilbage igen. Denne ændring i omløbsbanens form kaldes excentricitet. Formændringen giver en forskel i totalindstrålingen på mindre end 0,1 %, hvilket ikke i sig selv er tilstrækkeligt til at forårsage istider. Istider og mellemistider har alligevel fulgt 100.000 årsrytmen gennem de sidste 900.000 år, men det er stadigt uklart, hvordan så små forandringer kan have så afgørende indflydelse på klimaet. Muligvis kan det forklares ved de såkaldte tilbagekoblingsmekanismer i det klimatiske system, der omtales senere.

Andre årsager til klimaforandringerne er de periodiske ændringer, der sker med Jordens omdrejningsakse. Aksen står på skrå i forhold til j ordbanens plan, og hældningen varierer fra 21,5° til 24,5° og tilbage igen i løbet af 41.000 år. Fænomenet kaldes nutation eller oblikvitet. Vinklen bestemmer mængden af stråling fra Solen, specielt i polarområderne. Når hældningsvinklen er stor, står Solen højere på himlen om sommeren på høje breddegrader og temperaturen stiger, mens vinteren bliver mørkere og koldere. Omvendt vil indstrålingen og dermed sommertemperaturen falde, når hældningsvinklen er lille.

Jordaksen står ikke blot på skrå, den roterer kegleformet omkring sig selv. Man skal forestille sig, hvordan stangen på en snurretop, der er ved at tabe fart, begynder at tegne en kegleform i luften. På samme måde roterer Jordens akse. Fænomenet, der kaldes præcessionen, får en rytmisk tilbagevendende indflydelse på afstanden fra Jorden til Solen på forskellige årstider (figur 12-2). Dette bevirker, at årstidsvariationerne bliver forskellige på den nordlige og den sydlige halvkugle. Varme somre og kolde vintre afløses af kølige somre og lune vintre. Variationen sker dels i løbet af 19.000 år og dels i løbet af 23.000 år, med et gennemsnit på 21.000 år.

Den totale mængde indstråling på Jorden er hovedsagelig bestemt af omløbsbanens form, excentriciteten, mens de andre astronomiske forhold påvirker fordelingen af energi på forskellige breddegrader. Tilsammen ændrer disse kræfter Jordens temperatur på en helt bestemt og rytmisk måde. Det skal understreges, at sommerindstrålingen på høje, nordlige breddegrader er særlig vigtig for klimaet og dermed dannelsen af iskapper. Dette skyldes, at sommerindstrålingen bestemmer smeltningen af sne og is, og at der kun kan dannes nye store iskapper på høje nordlige breddegrader. De sydlige kontinenter med undtagelse af Antarktis er ikke store nok, eller de ligger for langt fra Sydpolen.

Milankovitchs astronomiske teori for kvartærtidens klimasvingninger blev længe enten forkastet eller ignoreret. Teorien fik først sit gennembrud i 1970'erne, da man fik mulighed for at teste den med geologiske observationer, f.eks. de borekerner fra dybhavene, som omtales senere.

At små variationer i Jordens bane og stilling kan resultere i store klimaændringer kan som nævnt forklares med forskellige tilbagekoblingsmekanismer i det klimatiske system. En af disse er den såkaldte albedoeffekt, der er jordoverfladens evne til at kaste solstrålingen tilbage. Sne og is reflekterer mere solstråling end en våd, mørk jord.

 FIGUR 12-3 (a). Nordatlantens moderne strømsystem. Rødt står for varme, blåt for kolde havstrømme. Golfstrømmen, der bliver til Den Nordatlantiske Strøm, løber mod nord i overfladen og bringer varme med til Nordvesteuropa. Vandet afkøles og synker ned i Grønlands- og Islandshavet og løber derefter sydpå som en kold bundstrøm. Bremses denne varmetransportør, kan det føre til klimaændringer.

FIGUR 12-3 (a). Nordatlantens moderne strømsystem. Rødt står for varme, blåt for kolde havstrømme. Golfstrømmen, der bliver til Den Nordatlantiske Strøm, løber mod nord i overfladen og bringer varme med til Nordvesteuropa. Vandet afkøles og synker ned i Grønlands- og Islandshavet og løber derefter sydpå som en kold bundstrøm. Bremses denne varmetransportør, kan det føre til klimaændringer.

Så jo mere is og sne, der ligger på Jorden, jo mere solenergi vil der blive tilbagekastet, og jo koldere bliver det. Derfor vil udbredelsen af iskapper og snedækkede områder på Jorden med selvforstærkende virkning føre til faldende temperatur, der så øger væksten af iskapperne yderligere.

En anden vigtig tilbagekoblings-mekanisme er atmosfærens indhold af kuldioxid. Som nævnt påvirkes klimaet af indholdet af kuldioxid, fordi det ændrer drivhuseffekten. Virkningen er dog ikke fuldt ud forstået.

Tusindårs-ændringer

Inden for de enkelte istider og mellemistider veksler klimaet også med kortere mellemrum, og disse variationer kan ikke forklares med astronomiske ændringer. De mest markante kaldes hhv. Dansgaard-Oeschger-events og Bond-cykler; de varer hhv. 7000-10.000 år og 1500 år. Nogle af disse rytmiske forandringer skyldes muligvis ændrede retninger og hastigheder af de havstrømme, som fragter varmt og koldt vand rundt i oceanerne.

Som et eksempel kan nævnes Golfstrømmen og Østgrønlandsstrømmen. Førstnævnte kommer fra de ækvatoriale egne i Caribien, hvor den af vinden drives mod nordøst og passerer Nordvesteuropa som Den Nordatlantiske Strøm. Den bringer varmt vand med sig, der opvarmer hele Nordvesteuropa. Sidstnævnte fører derimod kolde, polare vandmasser sydover, hvilket er grunden til, at Grønland, som ligger på de samme breddegrader som Nordvesteuropa, har betydeligt koldere klima.

 FIGUR 12-3 (b). Det globale strømsystem, som transporterer varme og kolde vandmasser rundt i et stort sammenhængende transportbånd. Det nordatlantiske strømsystem hænger sammen med strømsystemet omkring Antarktis og i Det Indiske Ocean og Stillehavet.

FIGUR 12-3 (b). Det globale strømsystem, som transporterer varme og kolde vandmasser rundt i et stort sammenhængende transportbånd. Det nordatlantiske strømsystem hænger sammen med strømsystemet omkring Antarktis og i Det Indiske Ocean og Stillehavet.

I Grønlands- og Islandshavet bliver overfladevand i Den Nordatlantiske Strøm, som også har en høj saltholdighed, afkølet ved mødet med de kolde, polare vandmasser. Koldt vand og vand med høj saltholdighed er tungere end varmt vand og vand med lav saltholdighed. Det afkølede vand fra Den Nordatlantiske Strøm synker derfor til bunds. Saltholdigheden i området øges i øvrigt yderligere, når havoverfladen fryser, for da bindes ferskvand i isen, og det omgivende vand får en forhøjet saltholdighed, så det synker nedad.

Det kolde bundvand bevæger sig ud af Grønlands- og Islandshavet igen som en sydgående bundstrøm (figur 12-3A). Dette nordatlantiske dybvand fortsætter sydpå gennem den sydlige del af Atlanterhavet, rundt om sydpolen og videre til det Indiske Ocean og Stillehavet (figur 12-3B). På grund af opvarmningen i disse områder stiger vandet igen op og bliver til en varm overfladestrøm, som derefter løber tilbage til Atlanterhavet. Havstrømmen foretager således en rundtur i oceanerne. I Atlanterhavet løber den varme strøm mod nord i overfladen, mens den løber mod syd som en afkølet strøm langs bunden.

 FIGUR 12-4. Kortvarige klimasvingninger kan skyldes fordelingen af lav- og højtryk over Nordatlanten, det såkaldte NAO-indeks. A) En stor trykforskel (positivt NAO-indeks) giver meget regn i Nordvesteuropa og tørke i Sydeuropa. B) En lille trykforskel (negativt NAO-indeks) giver østenvinde og tørt vejr i Nordeuropa og mere regn i Sydeuropa.

FIGUR 12-4. Kortvarige klimasvingninger kan skyldes fordelingen af lav- og højtryk over Nordatlanten, det såkaldte NAO-indeks. A) En stor trykforskel (positivt NAO-indeks) giver meget regn i Nordvesteuropa og tørke i Sydeuropa. B) En lille trykforskel (negativt NAO-indeks) giver østenvinde og tørt vejr i Nordeuropa og mere regn i Sydeuropa.

Denne varmetransportør kan imidlertid blive bremset på sin vej mod nord, hvilket kan føre til globale ændringer af klimaet. Det kan f.eks. ske, hvis afsmeltningen af isen omkring Nordpolen forøges. Det vil betyde, at der bliver tilført mere ferskvand fra det Arktiske Ocean med Østgrønlandsstrømmen til den nordlige del af Nordatlanten. Når det lette ferskvand opblandes med Den Nordatlantiske Strøm, vil vandmasserne ikke kunne synke så hurtigt til bunds. Hermed bremses havcirkulationen i den nordligste del af Nordatlanten, og strømmen vil ikke længere bringe varmt vand forbi Nordeuropa, men flyde andre steder hen. Klimaet i Nordeuropa vil dermed blive betydeligt koldere, den årlige gennemsnitstemperatur vil falde med 7-8 °C. Den globale cirkulation vil dog ikke stoppe af den grund, idet der også er dybvandsdannelse andre steder, som bidrager til denne, f.eks. I Labradorhavet.

Under istiderne har tilførslen af varmt vand til Nordatlanten været afbrudt eller i hvert fald været svækket betydeligt. Der synes at være en tidsmæssig sammenhæng mellem fremkomsten af de store isskjolde under sidste istid og svækkelse af dybvandsdannelsen i Grønlands- og Islandshavet. Men det er vanskeligt at afgøre, hvad der er årsag, og hvad der er virkning i systemet.

Når det gælder tusindårige klimaforandringer, er der således ingen entydig, simpel sammenhæng mellem havcirkulationen og klimaet. I moderne klimamodeller forsøger man derfor at kombinere havstrømmenes ændringer med ændringer i den atmosfæriske cirkulation. Man forsøger at opbygge en bedre forståelse af samspillet mellem en lang række forhold i disse systemer for dermed at øge muligheden for at forudsige fremtidige klimatiske variationer (se kapitlet Fremtidens klima, råstoffer og landskaber).

Tiårs-ændringer

 FIGUR 12-5. Fordelingen af vinterens lav- og højtryk over Nordatlanten, det såkaldte vinter-NAO-indeks, i perioden 1830-2000. Positive værdier (rød) giver vestenvinde og meget regn i Nordvesteuropa, men tørke i Sydeuropa. I de sidste 20-30 år har der hovedsagelig været positivt NAO-indeks.

FIGUR 12-5. Fordelingen af vinterens lav- og højtryk over Nordatlanten, det såkaldte vinter-NAO-indeks, i perioden 1830-2000. Positive værdier (rød) giver vestenvinde og meget regn i Nordvesteuropa, men tørke i Sydeuropa. I de sidste 20-30 år har der hovedsagelig været positivt NAO-indeks.

Klimatiske målinger gennem de sidste 150 år har vist, at der også foregår klimasvingninger med en varighed på nogle få årtier. Det er bl.a. den såkaldte Nordatlantiske Oscillation (NAO, figur 12-4), der er knyttet til tilsvarende klimasvingninger i det nordlige, arktiske område, kaldet den Arktiske Oscillation (AO). Tilsvarende klimasvingninger findes også i det sydlige, antarktiske område. I lighed med de længerevarende klimatiske svingninger har der også vist sig at være en sammenhæng mellem disse kortvarige klimasvingninger og solindstrålingen, den såkaldte solpletaktivitet.

De klimatiske variationer i Nordatlanten er knyttet til periodiske ændringer i fordelingen af atmosfæriske højtryk og lavtryk (figur 12-5). Man taler om et positivt NAO-indeks, når der er stor forskel mellem lavtrykket ved Island og højtrykket ved Azorerne, og et negativt NAO-indeks, når forskellen er lille. Denne trykforskel er størst om vinteren, men spiller en rolle hele året. Positivt NAO-indeks medfører stærke vestenvinde og stor nedbør over Nordvesteuropa, men tørke i Sydeuropa. Negativt NAO-indeks giver østenvinde og tørt vejr i Nordeuropa og mere regn i Sydeuropa. NAO-indekset varierer ret uregelmæssigt, fra måneder til flere årtier. I det nordatlantiske område er temperaturvariationen mest knyttet til vinterens NAO-indeks.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Karen Luise Knudsen, Michael Houmark-Nielsen, Nanna Noe-Nygård: Rytmiske klimaændringer i Naturen i Danmark, Fenchel, Larsen, Vestergaard, Friis Møller og Sand-Jensen (red.), 2006-13, Gyldendal. Hentet 21. august 2019 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=484069

Teksten indgår i værket Naturen i Danmark, der består af 5 bind. I værket beskrives dyr og planter i Danmarks vandløb, have, skove og åbne landskaber. Læs om værket på gyldendal.dk