när de flesta av oss tänker på istider, föreställer vi oss en långsam övergång till ett kallare klimat på långa tidsskalor. Faktum är att studier av de senaste miljonåren indikerar en repeterbar cykel av jordens klimat som går från varma perioder (”interglacial”, som vi upplever nu) till glacial förhållanden.,
perioden för dessa skift är relaterade till förändringar i lutningen av jordens rotationsaxel (41 000 år), förändringar i orienteringen av jordens elliptiska bana runt solen, kallad” precession of the equinoxes ” (23 000 år) och förändringar i formen (mer rund eller mindre Rund) av den elliptiska banan (100 000 år). Teorin att orbitalskift orsakade vaxning och avvänjning av istiden påpekades först av James Croll på 1800-talet och utvecklades mer fullständigt av Milutin Milankovitch 1938.,
undefinedundefined Ice age conditions uppstår i allmänhet när alla ovanstående konspirerar för att skapa ett minimum av sommar solljus på de arktiska områdena på jorden, Även om istiden cykeln är global i naturen och förekommer i fas i båda halvkloten. Det påverkar djupt fördelningen av IS över land och hav, atmosfäriska temperaturer och cirkulation, och havstemperaturer och cirkulation på ytan och på stort djup.
sedan slutet av den nuvarande interglacial och den långsamma marschen till nästa istid kan vara flera årtusenden bort, varför ska vi bry oss?, I själva verket, kommer inte uppbyggnaden av koldioxid (CO2) och andra växthusgaser möjligen förbättra framtida förändringar?
vissa grupper förespråkar faktiskt fördelarna med global uppvärmning, inklusive Greening Earth Society och den subtropiska Rysslands rörelse. Vissa i den senare gruppen förespråkar till och med aktivt ingripande för att påskynda processen och ser detta som en möjlighet att göra mycket av kallt, stramt norra Ryssland till ett subtropiskt paradis.
bevis har monterat att den globala uppvärmningen började under det senaste århundradet och att människor kan vara delvis ansvariga., Både mellanstatliga panelen för klimatförändringar (IPCC) och US National Academy of Sciences instämmer. Datormodeller används för att förutsäga klimatförändringarna under olika scenarier för drivning av växthusgaser och Kyotoprotokollet förespråkar aktiva åtgärder för att minska koldioxidutsläppen som bidrar till uppvärmningen.
tänkandet är centrerat kring långsamma förändringar i vårt klimat och hur de kommer att påverka människor och vår planets habitability., Ändå är detta tänkande bristfälligt: det ignorerar det väletablerade faktum att jordens klimat har förändrats snabbt i det förflutna och kan förändras snabbt i framtiden. Frågan kretsar kring paradoxen att den globala uppvärmningen kan utlösa en ny liten istid på norra halvklotet.
bevis för abrupt klimatförändring framgår tydligt i iskärnor från Grönland och Antarktis. Man ser tydliga indikationer på långsiktiga förändringar diskuteras ovan, med CO2 och proxy temperaturförändringar i samband med den senaste istiden och dess övergång till vår nuvarande interglacial period av värme., Men dessutom finns det en stark kaotisk variation av egenskaper med en kvasi-period på cirka 1500 år. Vi säger kaotiska eftersom dessa tusenåriga Skift ser ut som allt annat än regelbundna svängningar. Snarare ser de ut som snabba, årtionde långa övergångar mellan kalla och varma klimat följt av långa interludes i ett av de två staterna.
det mest kända exemplet på dessa händelser är den yngre Dryas kylning av cirka 12,000 år sedan, uppkallad efter arctic wildflower fortfarande identifieras i nordeuropeiska sediment., Denna händelse började och slutade inom ett decennium och för dess 1000 år varaktighet Nordatlantiska regionen var ca 5°C kallare.
bristen på periodicitet och det nuvarande misslyckandet med att isolera en stabil tvingningsmekanism À la Milankovitch har lett till mycket vetenskaplig debatt om orsaken till de yngre Dryas och andra tusenåriga skalhändelser. Faktum är att de yngre torkarna inträffade vid en tidpunkt då orbitaltvingningen borde ha fortsatt att driva klimatet till nuvarande varma tillstånd.,
en hel volym som granskar bevisen för abrupt klimatförändring och spekulerar om dess mekanismer publicerades nyligen av en expertgrupp på uppdrag av National Academy of Sciences i USA. Denna mycket läsbara sammanställning innehåller en bredd och djup diskussion som vi inte kan hoppas kunna matcha här. .
för närvarande finns det bara en livskraftig mekanism som identifieras i rapporten som kan spela en viktig roll för att bestämma de stabila förhållandena i vårt klimat och vad som orsakar övergångar mellan dem: det handlar om havsdynamik.,
för att balansera överskottsuppvärmningen nära ekvatorn och kyla vid jordens poler, både atmosfär och havstransportvärme från låga till höga breddgrader. Varmare ytvatten kyls vid höga breddgrader, vilket frigör värme till atmosfären, som sedan utstrålas bort till rymden. Denna värmemotor arbetar för att minska ekvator-till-pole temperaturskillnader och är en utmärkt dämpningsmekanism för klimat på jorden.,
varmare havsyta temperaturer vid låga breddgrader släpper också vattenånga genom ett överskott av avdunstning över Nederbörd till atmosfären, och denna vattenånga transporteras poleward i atmosfären tillsammans med en del av överskottsvärme. Vid höga breddgrader där atmosfären svalnar faller denna vattenånga ut som ett överskott av nederbörd över avdunstning. Detta är en del av en andra viktig del av vårt klimatsystem: den hydrologiska cykeln. När havsvattnet kyls i sin poleward resa blir de tätare., Om de är tillräckligt kylda kan de sjunka för att bilda kalla täta flöden som sprider equatorward på stora djup, vilket fortsätter cirkulationssystemet som transporterar varma ytflöden mot höga latitudhav.
cykeln avslutas med oceanisk blandning, som långsamt omvandlar det kalla djupa vattnet till varmt ytvatten. Således, yta tvingar och intern blandning är två stora aktörer i denna välta cirkulationen, kallas den stora Ocean transportören.
vattnet som rör sig poleward är relativt salt på grund av mer avdunstning vid låga breddgrader, vilket ökar ytsalthalten., Vid högre breddgrader ytvatten blir fräschare som en följd av dominansen av nederbörd över avdunstning på höga breddgrader.
den fräscha tendensen gör ytvattnet mer flytande, vilket motsätter sig kylningstendensen. Om fräschningen är tillräckligt stor kan ytvattnet inte vara tillräckligt tätt för att sjunka till stora djup i havet, vilket hämmar havstransportörens verkan och stör en viktig del av jordens värmesystem.
detta regleringssystem fungerar inte på samma sätt i alla oceaner., Den asiatiska kontinenten begränsar Indiska oceanens nordliga utsträckning till troperna, och djupt vatten bildas för närvarande inte i norra Stilla havet, eftersom ytvattnet bara är för friskt. Vårt nuvarande klimat främjar kall djupvattenbildning runt Antarktis och i norra Nordatlanten. Transportören cirkulationen ökar norrut transport av varmare vatten i Golfströmmen på mitten breddgrader med cirka 50% över vad vinddrivna transporter enbart skulle göra.,
vår begränsade kunskap om havsklimat på långa tidsskalor, extraherad från analysen av sedimentkärnor som tagits runt om i världshavet, har i allmänhet implicerat Nordatlanten som den mest instabila medlemmen av transportören: under tusenåriga perioder av kallt klimat stoppades eller reducerades Nordatlantens djupvatten (NADW). Och detta har i allmänhet följt perioder av stora sötvatten utsläpp i norra N. Atlanten orsakas av snabb smältning av glacial eller flerårig IS i Arktis bassängen., Man tror att dessa färskvatten, som har transporterats till regionerna med djupvattenbildning, har avbrutit transportören genom att övervinna den höga latitudkylningseffekten med överdriven fräschning.
havstransportören behöver inte sluta helt när NADW-bildningen är begränsad. Det kan fortsätta på grundare djup i N. Atlanten och kvarstår i södra havet där Antarktis Bottenvattenbildning fortsätter eller till och med accelereras., Men en störning av den norra delen av den vältande cirkulationen kommer att påverka värmebalansen på norra halvklotet och kan påverka både det oceaniska och atmosfäriska klimatet. Modellberäkningar visar potentialen för kylning av 3 till 5 grader Celsius i havet och atmosfären om en total störning uppstår. Detta är en tredjedel till hälften av temperaturförändringen upplevd under stora istider.,
dessa förändringar är dubbelt så stora som de som upplevdes i de värsta vintrarna under det senaste århundradet i östra USA och kommer sannolikt att kvarstå i årtionden till århundraden efter att en klimatövergång inträffat. De är av en storleksordning jämförbar med den lilla istiden, som hade djupgående effekter på mänskliga bosättningar i Europa och Nordamerika under 16th till 18th århundraden. Deras geografiska omfattning är i tvivel; det kan vara begränsat till regioner som avgränsar N. Atlanten., Höga latitudtemperaturförändringar i havet är mycket mindre kapabla att påverka den globala atmosfären än låga latituder, såsom de som produceras av El Niño.
om vägen för utbredning av klimatförändringar är atmosfärisk eller oceanisk, eller om förändringar i oceanisk och terrestrial kvarstad av KOL kan globalisera effekterna av klimatförändringarna, som misstänks för glacial / inter-glacial klimatförändringar, är öppna frågor. Ändå börjar vi närma oss hur den paradox som nämns ovan kan hända: Global uppvärmning kan inducera ett kallare klimat för många av oss.,
överväga först några observationer av oceanisk förändring över den moderna instrumentala posten går tillbaka 40 år. Under detta tidsintervall har vi observerat en ökning av den genomsnittliga globala temperaturen. På grund av sin stora värmekapacitet har havet registrerat små men signifikanta temperaturförändringar. De största temperaturökningarna är i nära ytvatten, men uppvärmningen har varit mätbar till djup så stor som 3000 meter i N. Atlanten., Denna långsiktiga ökning överlappar varandra och dekadala förändringar som ofta skymmer dessa trender, vilket orsakar regional variation och kylning i vissa regioner och uppvärmning i andra.
dessutom visar de senaste bevisen att de höga latituderna har fräschat medan subtroperna och troperna har blivit saltare. Dessa möjliga förändringar i den hydrologiska cykeln har inte begränsats till Nordatlanten, men har setts i alla större oceaner. Ändå är det N. Atlantic där dessa förändringar kan agera för att störa den omvända cirkulationen och orsaka en snabb klimatövergång.,
en 3-4 meter, hög latitud uppbyggnad av färskvatten under denna tidsperiod har minskat vattenkolonnen saliniteter i hela subpolär N. Atlanten så djupt som 2000m. samtidigt har subtropiska och norra tropiska saliniteter ökat.
i vilken utsträckning de två effekterna balanserar ut när det gäller färskvatten är det viktigt för klimatförändringen. Om nettoeffekten är en sänkning av salthalten, måste färskvatten ha tillsatts från andra källor: flodavrinning, smältning av flerårig arktisk is eller glaciärer., En översvämning av Nordatlanten med sötvatten från dessa olika källor har potential att minska eller till och med störa den vältande cirkulationen.
huruvida det senare kommer att hända är problemets nexus och en som är svår att förutsäga med förtroende. För närvarande har vi inte ens ett system för övervakning av omloppsbanan.
modeller av omvänd cirkulation är mycket känsliga för hur intern blandning parametreras. Minns att Intern blandning av värme och salt är en integrerad del av omkastning av cirkulationen., En ny studie visar att för en modell med konstant vertikal blandning, som vanligtvis används i kopplade havsatmosfärsklimat, finns det bara ett stabilt klimattillstånd: vår nuvarande med betydande sjunkande och tät vattenbildning i norra N. Atlanten.
med en något annorlunda formulering, mer konsekvent med några senaste mätningar av oceaniska blandningshastigheter som är små nära ytan och blir större över grov bottentopografi, framträder ett andra stabilt tillstånd med liten eller ingen djupvattenproduktion i norra N. Atlanten., Förekomsten av ett andra stabilt tillstånd är avgörande för att förstå när och om plötsliga klimatförändringar uppstår. När det förekommer i modellkörningar och i geologiska data är det alltid kopplat till snabb tillsats av färskvatten vid höga nordliga breddgrader.
och nu kanske du börjar se omfattningen av problemet. Förutom att införliva en terrestrial Biosfär och Polaris, som båda spelar en stor roll i reflektiviteten hos solstrålning, måste man noggrant parametrisera blandning som sker på centimeter till tiotals centimeterskalor i havet., Och man måste producera långkopplade globala klimatkörningar i många århundraden! Detta är en skrämmande uppgift, men det är nödvändigt innan vi tryggt kan förlita oss på modeller för att förutsäga framtida klimatförändringar.
förutom att vi behöver trovärdiga modeller som exakt kan förutsäga klimatförändringen behöver vi också data som kan initiera dem ordentligt. Fel i initiala data kan leda till dåliga atmosfäriska förutsägelser om flera dagar. Så en säker väg till bättre väder förutsägelser är bättre initiala data.
För havet är vår datatäckning helt otillräcklig., Vi kan inte säga nu hur vältning cirkulationen ser ut med något förtroende och står inför uppgiften att förutsäga hur det kan vara i 10 år!
ansträngningar pågår nu för att åtgärda detta. Global täckning av övre havstemperatur och salthalt mätningar med autonoma flöten är väl inom vår förmåga inom det närmaste decenniet som är ytåtgärder av vindstress och havcirkulation från satelliter.,
mätningen av djupa flöden är svårare, men kunskap om platserna för kritiska vägar för täta vattenflöden finns, och ansträngningar pågår för att mäta dem på vissa viktiga platser med förtöjda arrayer.
vår kunskap om tidigare klimatförändringar är också begränsad. Det finns bara en handfull högupplösta ice core klimatrekord från de senaste 100,000 åren, och ännu färre Ocean records av jämförbar upplösning., Bättre definition av tidigare klimatstater behövs inte bara i och för sig, men för användning av modellbyggare för att testa sina bästa klimatmodeller för att reproducera vad vi vet hände tidigare innan tro modellprognoser om framtiden. Vi är inte där ännu, och framsteg måste göras när det gäller både bättre data och förbättrade modeller innan vi kan börja besvara några kritiska frågor om framtida klimatförändringar.
forskare säger alltid att mer forskningsfinansiering behövs, och vi är inte annorlunda. Vårt huvudbudskap är dock inte bara det., Det är att det globala klimatet rör sig i en riktning som gör plötsliga klimatförändringar mer sannolika, att dessa dynamik ligger utanför kapaciteten hos många av de modeller som används i IPCC-rapporter, och konsekvenserna av att ignorera detta kan vara stora. För dem av oss som bor runt kanten av N. Atlanten, kan vi planera för klimat scenarier av global uppvärmning som är motsatta vad som faktiskt kan inträffa.