wanneer de meesten van ons denken aan ijstijden, stellen we ons een langzame overgang voor naar een kouder klimaat op lange tijdschalen. Inderdaad, studies van de afgelopen miljoen jaar wijzen op een herhaalbare cyclus van het klimaat van de aarde gaande van warme periodes (“interglaciaal”, zoals we nu ervaren) naar glaciale omstandigheden.,
de periode van deze verschuivingen houdt verband met veranderingen in de kanteling van de rotatieas van de aarde (41.000 jaar), veranderingen in de oriëntatie van de elliptische baan van de aarde rond de zon, genaamd de “precessie van de equinoxen” (23.000 jaar), en met veranderingen in de vorm (meer rond of minder rond) van de elliptische baan (100.000 jaar). De theorie dat orbitale verschuivingen de wassende en afnemende ijstijden veroorzaakten, werd voor het eerst door James Croll in de 19e eeuw naar voren gebracht en in 1938 verder ontwikkeld door Milutin Milankovitch.,
undefinedund defined Ice age conditions doen zich over het algemeen voor wanneer al het bovenstaande samenzweert om een minimum aan zomerzonnelicht te creëren op de Arctische gebieden van de aarde, hoewel de ijstijd cyclus globaal van aard is en in fase optreedt in beide hemisferen. Het beïnvloedt de verspreiding van ijs over land en Oceaan, atmosferische temperaturen en circulatie, en oceaantemperaturen en circulatie aan het oppervlak en op grote diepte.
aangezien het einde van het huidige interglaciaal en de langzame Mars naar de volgende ijstijd enkele millennia verwijderd kan zijn, waarom zouden we er dan om geven?, In feite, zal de opbouw van kooldioxide (CO2) en andere broeikasgassen de toekomstige veranderingen niet verbeteren?sommige groepen pleiten voor de voordelen van de opwarming van de aarde, waaronder de Greenening Earth Society en de subtropische Russia Movement. Sommigen in de laatste groep pleiten zelfs voor actieve interventie om het proces te versnellen, en zien dit als een kans om veel van het koude, sobere Noord-Rusland om te zetten in een subtropisch paradijs.
Er zijn aanwijzingen dat de opwarming van de aarde in de vorige eeuw begon en dat de mens gedeeltelijk verantwoordelijk kan zijn., Zowel het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) als de Amerikaanse National Academy of Sciences zijn het daarmee eens. Computermodellen worden gebruikt om klimaatverandering te voorspellen onder verschillende scenario ‘ s van broeikaseffect en het Protocol van Kyoto pleit voor actieve maatregelen om de CO2-uitstoot te verminderen die bijdragen aan de opwarming.
denken is gecentreerd rond langzame veranderingen in ons klimaat en hoe ze de mens en de bewoonbaarheid van onze planeet zullen beïnvloeden., Toch is dit denken gebrekkig: het negeert het gevestigde feit dat het klimaat van de aarde in het verleden snel is veranderd en in de toekomst snel zou kunnen veranderen. De kwestie draait om de paradox dat de opwarming van de aarde een nieuwe kleine ijstijd op het noordelijk halfrond kan veroorzaken.in ijskernen uit Groenland en Antarctica is al snel bewijs voor abrupte klimaatverandering te zien. Men ziet duidelijke aanwijzingen van veranderingen op lange termijn hierboven besproken, met CO2 en proxy temperatuur veranderingen geassocieerd met de laatste ijstijd en de overgang naar onze huidige interglaciale periode van warmte., Maar daarnaast is er een sterke chaotische variatie van eigenschappen met een quasi-periode van ongeveer 1500 jaar. We zeggen chaotisch omdat deze duizendjarige verschuivingen allesbehalve regelmatige oscillaties lijken. Ze zien er eerder uit als snelle, tien jaar durende overgangen tussen koude en warme klimaten, gevolgd door lange intermezzo ‘ s in een van de twee staten.
het meest bekende voorbeeld van deze gebeurtenissen is de jongere koeling van Dryas van ongeveer 12.000 jaar geleden, genoemd naar arctische wilde bloemen die in Noord-Europese sedimenten zijn aangetroffen., Dit evenement begon en eindigde binnen een decennium en voor de 1000 jaar duur van de Noord-Atlantische regio was ongeveer 5°C kouder.
het gebrek aan periodiciteit en het huidige onvermogen om een stabiel forceringsmechanisme À la Milankovitch te isoleren, heeft geleid tot veel wetenschappelijk debat over de oorzaak van de jongere Dryas en andere gebeurtenissen op duizendjarige schaal. De jongere Dryas deden zich voor in een tijd waarin orbitale forcering het klimaat had moeten blijven drijven tot de huidige warme toestand.,
een heel boek dat het bewijs voor abrupte klimaatverandering weergeeft en speculeert over de mechanismen ervan, is onlangs gepubliceerd door een deskundigengroep in opdracht van de National Academy of Sciences in de VS. Deze zeer leesbare compilatie bevat een breedte en diepte van discussie die we hier niet hopen te evenaren. .
momenteel is er in het rapport slechts één levensvatbaar mechanisme geïdentificeerd dat een belangrijke rol kan spelen bij het bepalen van de stabiele toestanden van ons klimaat en wat transities tussen deze toestanden veroorzaakt: het gaat om oceaandynamica.,
om de overmatige verwarming nabij de evenaar en de koeling op de polen van de aarde in evenwicht te brengen, worden zowel de warmte van de atmosfeer als de warmte van het vervoer over zee van lage naar hoge breedtegraden gebruikt. Warmer oppervlaktewater wordt op grote breedtegraden gekoeld, waardoor warmte vrijkomt in de atmosfeer, die vervolgens naar de ruimte wordt uitgestraald. Deze warmtemotor werkt om de evenaar-pool temperatuurverschillen te verminderen en is een uitstekend modererend mechanisme voor het klimaat op aarde.,
warmere oppervlaktetemperaturen op lage breedtegraden geven ook waterdamp vrij door een overmaat van verdamping boven neerslag in de atmosfeer, en deze waterdamp wordt poleward in de atmosfeer getransporteerd samen met een deel van de overtollige warmte. Op grote breedtegraden waar de atmosfeer afkoelt, valt deze waterdamp uit als een overmaat aan neerslag boven verdamping. Dit maakt deel uit van een tweede belangrijk onderdeel van ons klimaatsysteem: de hydrologische cyclus. Als het oceaanwater wordt afgekoeld in hun poleward reis, worden ze dichter., Als ze voldoende afgekoeld zijn, kunnen ze zinken om koude dichte stromen te vormen die zich evenaar verspreiden op grote diepten, waardoor het circulatiesysteem wordt bestendigd dat warme oppervlaktestromen transporteert naar oceanen op hoge breedtegraad.
de cyclus wordt afgesloten door oceanische menging, waardoor het koude diepe water langzaam wordt omgezet in warm oppervlaktewater. Het forceren van het oppervlak en het interne mengen zijn dus twee belangrijke spelers in deze kantelende circulatie, de grote oceaantransporteur genaamd.
het water dat poleward beweegt, is relatief zout als gevolg van meer verdamping op lage breedtegraden, waardoor het oppervlaktezout toeneemt., Op hogere breedtegraden wordt het oppervlaktewater frisser als gevolg van de dominantie van neerslag over verdamping op hoge breedtegraden.
de neiging tot verversen maakt het oppervlaktewater drijfverder, waardoor de neiging tot afkoeling wordt tegengegaan. Als de verversing voldoende groot is, is het mogelijk dat het oppervlaktewater niet dicht genoeg is om tot grote diepten in de oceaan te zinken, waardoor de werking van de oceaantransporteur wordt geremd en een belangrijk deel van het verwarmingssysteem van de aarde wordt verstoord.
dit regelsysteem werkt niet in alle oceanen op dezelfde manier., Het Aziatische continent beperkt de noordelijke omvang van de Indische Oceaan tot de tropen, en diep water vormt zich momenteel niet in de noordelijke Stille Oceaan, omdat het oppervlaktewater gewoon te vers is. Ons huidige klimaat bevordert de vorming van koud diep water rond Antarctica en in de noordelijke Noord-Atlantische Oceaan. De transportbandcirculatie verhoogt het noordwaarts transport van warmere wateren in de Golfstroom op mid-breedtegraden met ongeveer 50% over wat door de wind aangedreven transport alleen zou doen.,
onze beperkte kennis van het oceaanklimaat op lange tijdschalen, ontleend aan de analyse van sedimentkernen in de wereld oceaan, heeft over het algemeen de Noord-Atlantische Oceaan als het meest onstabiele lid van de transportband betrokken: tijdens duizendjarige perioden van koud klimaat stopte de Noord-Atlantische diepe Watervorming of werd deze ernstig verminderd. En dit heeft over het algemeen gevolgd perioden van grote zoetwater lozing in de noordelijke N. Atlantische veroorzaakt door het snel smelten van gletsjerijs of meerjarige ijs in het Arctische bekken., Men denkt dat deze zoetwatersoorten, die naar de gebieden van de diepe watervorming zijn getransporteerd, de transportband hebben onderbroken door het overwinnen van het koeleffect op hoge breedtegraad door overmatig verversen.
De oceaantransporteur hoeft niet volledig te stoppen wanneer de NADW-formatie wordt beperkt. Het kan verder gaan op ondiepere diepten in de N. Atlantische Oceaan en blijven bestaan in de Zuidelijke Oceaan waar de vorming van Antarctisch bodemwater doorgaat of zelfs versneld wordt., Een verstoring van het noordelijke deel van de omdraaiende circulatie zal echter de warmtebalans van het noordelijk halfrond beïnvloeden en kan zowel het oceanische als het atmosferische klimaat beïnvloeden. Modelberekeningen geven het koelpotentieel aan van 3 tot 5 graden Celsius in de oceaan en de atmosfeer indien een totale verstoring optreedt. Dit is een derde tot de helft van de temperatuurverandering tijdens de grote ijstijden.,
deze veranderingen zijn twee keer zo groot als die in de ergste winters van de afgelopen eeuw in het oosten van de VS, en zullen waarschijnlijk decennia tot eeuwen aanhouden nadat een klimaattransitie heeft plaatsgevonden. Ze zijn van een omvang vergelijkbaar met de kleine ijstijd, die diepgaande effecten had op menselijke nederzettingen in Europa en Noord-Amerika tijdens de 16e tot en met 18e eeuw. Hun geografische omvang is twijfelachtig; het zou kunnen worden beperkt tot gebieden die grenzen aan de N. Atlantische Oceaan., Hoge breedtegraad temperatuurveranderingen in de oceaan zijn veel minder in staat om de Globale atmosfeer te beïnvloeden dan lage breedtegraad veranderingen, zoals die van El Niño.
of de route voor de voortplanting van klimaatverandering atmosferisch of oceanisch is, of dat veranderingen in de Oceanische en terrestrische vastlegging van koolstof de effecten van klimaatverandering kunnen globaliseren, zoals vermoed wordt voor glaciale/Inter-glaciale klimaatveranderingen, zijn open vragen. Toch beginnen we te benaderen hoe de bovengenoemde paradox kan gebeuren: opwarming van de aarde kan voor velen van ons een kouder klimaat veroorzaken.,
overweeg eerst enkele waarnemingen van oceanische veranderingen gedurende de moderne instrumentale plaat die 40 jaar terug gaan. Gedurende dit tijdsinterval hebben we een stijging van de gemiddelde wereldwijde temperatuur waargenomen. Door zijn grote warmtecapaciteit heeft de oceaan kleine maar significante veranderingen in temperatuur geregistreerd. De grootste temperatuurstijgingen zijn in het nabij gelegen oppervlaktewater, maar de opwarming is meetbaar geweest tot diepten tot 3000 meter in de N. Atlantische Oceaan., Bovenop deze stijging op de lange termijn liggen meerjarige en decadale veranderingen die deze trends vaak verhullen, die regionale variabiliteit en afkoeling in sommige regio ‘ s veroorzaken, en opwarming in andere.
bovendien blijkt uit recent onderzoek dat de oceanen op hoge breedtegraad zijn ververst, terwijl de subtropen en tropen zouter zijn geworden. Deze mogelijke veranderingen in de hydrologische cyclus zijn niet beperkt tot de Noord-Atlantische Oceaan, maar zijn waargenomen in alle grote oceanen. Toch is het de Noord-Atlantische Oceaan waar deze veranderingen de omverwerping van de circulatie kunnen verstoren en een snelle klimaattransitie kunnen veroorzaken.,
een ophoping van zoet water op een hoge breedtegraad van 3-4 meter gedurende deze periode heeft de zoutgehalte van de waterkolom in de gehele subpolaire Noord-Atlantische Oceaan tot 2000 m doen dalen. tegelijkertijd zijn de subtropische en noordelijke tropische zoutgehalte toegenomen.
de mate waarin de twee effecten in zoet water in evenwicht zijn, is belangrijk voor de klimaatverandering. Als het netto-effect een verlaging van het zoutgehalte is, dan moet zoet water zijn toegevoegd uit andere bronnen: rivierafvoer, smelten van meerjaarlijks arctisch ijs, of gletsjers., Een overstroming van de noordelijke Atlantische Oceaan met zoet water uit deze verschillende bronnen kan de omverwerping verminderen of zelfs verstoren.
of dit laatste zal gebeuren is de nexus van het probleem, en een die moeilijk met vertrouwen te voorspellen is. Op dit moment hebben we niet eens een systeem voor het controleren van de omverwerping van de circulatie.
modellen van de kantelcirculatie zijn zeer gevoelig voor de parametrering van interne vermenging. Bedenk dat het interne mengen van warmte en zout een integraal onderdeel is van het kantelen van de circulatie., Een recente studie toont aan dat er voor een model met constante verticale menging, dat vaak wordt gebruikt in gekoppelde Oceaan-atmosfeer klimaat loopt, er slechts één stabiele klimaattoestand is: onze huidige met aanzienlijke zinkende en dichte watervorming in de noordelijke N. Atlantische Oceaan.
met een iets andere formulering, meer in overeenstemming met enkele recente metingen van oceanische mengsnelheden die klein zijn bij het oppervlak en groter worden bij ruwe bodemtopografie, ontstaat een tweede stabiele toestand met weinig of geen diepwaterproductie in het Noord-Atlantische gebied., Het bestaan van een tweede stabiele toestand is cruciaal om te begrijpen wanneer en wanneer abrupte klimaatverandering plaatsvindt. Wanneer het voorkomt in model runs en in geologische gegevens, is het steevast gekoppeld aan snelle toevoeging van zoet water op hoge noordelijke breedtegraden.
en nu begint u misschien de omvang van het probleem te zien. Naast het opnemen van een aardse biosfeer en polair ijs, die beide een grote rol spelen in de reflectiviteit van zonnestraling, moet men nauwkeurig parametreren mengen dat optreedt op centimeter tot tientallen centimeter schalen in de oceaan., En men moet lange gekoppelde wereldwijde klimaatruns van vele eeuwen produceren! Dit is een ontmoedigende taak, maar is noodzakelijk voordat we vol vertrouwen kunnen vertrouwen op modellen om de toekomstige klimaatverandering te voorspellen.
naast geloofwaardige modellen die de klimaatverandering nauwkeurig kunnen voorspellen, hebben we ook gegevens nodig die ze goed kunnen initialiseren. Fouten in initiële gegevens kunnen leiden tot slechte atmosferische voorspellingen in enkele dagen. Een zekere weg naar betere weersvoorspellingen zijn betere initiële gegevens.
voor de oceaan is onze dekking van gegevens volstrekt ontoereikend., We kunnen nu niet met enig vertrouwen zeggen hoe de omverwerping van de circulatie eruit ziet en we worden geconfronteerd met de taak om te voorspellen hoe het er over 10 jaar uit zal zien!
inspanningen zijn nu aan de gang om dit te verhelpen. Wereldwijde dekking van de bovenste oceaantemperatuur-en zoutiniteitsmetingen met autonome drijvers is ruim binnen ons vermogen in de komende tien jaar, net als oppervlaktemetingen van windstress en oceaancirculatie door satellieten.,
het meten van diepe stromen is moeilijker, maar er bestaat kennis over de locaties van kritieke lanen van dichte waterstromen en er worden inspanningen geleverd om deze te meten op enkele belangrijke locaties met afgemeerde arrays.ook onze kennis over klimaatverandering in het verleden is beperkt. Er zijn slechts een handvol hoge-resolutie ijskern klimaatrecords van de afgelopen 100.000 jaar, en nog minder oceaanrecords van vergelijkbare resolutie., Een betere definitie van klimaattoestanden uit het verleden is niet alleen op zichzelf nodig, maar ook voor gebruik door modelleerders om hun beste klimaatmodellen te testen in het reproduceren van wat we weten dat er in het verleden is gebeurd voordat we modelprojecties over de toekomst geloven. We zijn er nog niet en er moet vooruitgang worden geboekt op het gebied van zowel betere gegevens als betere modellen voordat we een begin kunnen maken met het beantwoorden van een aantal kritische vragen over de toekomstige klimaatverandering.
onderzoekers vertellen je altijd dat er meer onderzoeksfinanciering nodig is, en we zijn niet anders. Onze belangrijkste boodschap is echter niet alleen dat., Het is dat het mondiale klimaat zich in een richting beweegt die abrupte klimaatverandering waarschijnlijker maakt, dat deze dynamiek buiten het vermogen van veel van de modellen ligt die in IPCC-rapporten worden gebruikt, en de gevolgen van het negeren hiervan kunnen groot zijn. Voor degenen onder ons die aan de rand van de N. Atlantische Oceaan wonen, plannen we misschien klimaatscenario ‘ s van opwarming van de aarde die tegengesteld zijn aan wat er daadwerkelijk kan gebeuren.