Sjávarborð hækkar hraðar

 

Loftslagsbreytingar eru nú viðurkennd staðreynd og jafnvel forseti Bandaríkjanna er loksins farinn að fjalla um málið.  Mest hefur umfjöllunin verið um hlýnun, en ein megin afleiðing hnattrænnar hlýnunar er hækkandi sjávarmál vegna bráðnunar jökla og útþenslu hafsins þegar það hitnar.  Alþjóðaskýrslur gerðar af IPCC árin 1990 og 2000 héldu því fram að sjávarmál heimshafanna hækkaði að meðaltali um 2.0 mm á ári.  Nýrri gögn, fyrir tímabilið 1993 til 2011 sýna hins begar að hækkunin er 3.2 ± 0.5 mm á ári, eða 60%  hraðar en fyrri tölur.  Það er segin saga með allar spár um loftslagsbreytingar: þær eru alltaf of lágar og verstu eða hæstu tölurnar eru því miður oftast nærri lagi.  Þetta er staðan í dag, en hvað um framtíðina?  Stefan Rahmstorf og félagar hafa tekið saman spár um sjávarborð framtíðarinnar, eins og sýnt er á línuritinu.  Hér eru sýnd líkön af hækkun sjávarborðs, sem eru byggð á mismunandi tölum um losun koltvíoxíðs út í andrúmsloftið.  Það eru bláu línurnar, sem eru trúverðugastar að mínu áliti og passa best við það sem á undan er gengið.   Allt bendir til að sjávarborð muni rísa hraðar í framtíðinni og sennilega ná allt að 6 til 10 mm á ári fyrir lok aldarinnar, samkvæmt könnun Rahmstorfs. 

Áhrifin af slíkum breytingum verða gífurlegar víða úti í heimi, þar sem stórar borgir hafa risið á áreyrum og öðru láglendi.  Á Íslandi er málið flókið, meðal annars vegna skorpuhreyfinga, sem eru óháðar hnattrænni hlýnun. Á  Reykjavíkursvæðinu sígur jarðskorpan, eins og mórinn í Seltjörn sýnir okkur.  Talið er að Seltjarnarnesið hafi sigið af þessum sökum um 0,6 til 0,7 mm á ári hverju síðan land bygðist.  Sennilega er þetta sig tengt því, að Seltjarnarnesið og reyndar allt Reyjavíkursvæðið fjarlægist hægt og hægt frá virka gosbeltinu, en þá kólnar jarðskorpan lítið eitt,  dregst saman og yfirborð lands lækkar.  Ofaná þetta sig bætist síðan hækkun heimshafana.  Hverjar verða þá helstu breytingarnar hér? Tökum Tjörnina í Reykjavík sem handhægt dæmi.  Nú er yfirborð Tjarnarinnar um 2,2 metra fyrir ofan sjávarmál. Með 3,2 mm hækkun sjávar á ári tæki það 680 ár áður en sjór fellur inn í Tjörnina, en þetta er greinilega allt of lág tala samkvæmt athugunum Rahmtorfs of félaga. Með líklegri hækkun um10 mm á ári í framtíðinni eru það aðeins um 220 ár þar til sjór fellur inn í Tjörnina og yfir miðbæinn.

Hafís í lágmarki

Það var stórfrétt í síðustu viku að hafísinn á norður skauti jarðar væri nú í algjöru sögulegu lágmarki, eða aðeins 4,1 milljón ferkílómetrar. Þessi tala á eftir að lækka eitthvað, því bráðnun heldur áfram fram á haust. Bráðnunin er alveg ótrúlega hröð, eða frá 40 til 75 þúsund ferkílómetrar á dag! Línuritið til vinstri sýnir hvernig hafísinn á norðurskauti hefur bráðnað undanfarin ár. En eins og oftast, þá er nauðsynlegt að setja þetta efni í lengra samhengi tímalega en einungis þessi síðustu ár. Það gerum við í annari mynd, sem sýnir útbreiðslu hafíss á norðurhveli síðustu 1450 ár, eða frá því um 600 e.Kr. Hafís hefur fyrst myndast á jörðu fyrir um 47 milljón árum, en breiddist þó fyrst út um heimsskautin bæði aðallega þegar ísöld hófst fyrir um 2,6 milljón árum. Sveiflan á útbreiðslu hafíss hefur verið lítil til þessa, nema árssveiflan. Nú er annað upp á teningnum, eins og önnur myndin sýnir. En það skal tekið fram, að línuritið á annari mynd er byggt á 40 ára meðaltali, og því hverfur stóra breytingin í ár að mestu inn í meðaltöluna, en sveiflan síðustu árin er samt stórkostleg.  Þessi hraða breyting á hafís norðursins getur bent til að hann verði allur horfinn um 2030 (sumir segja jafnvel árið 2016), en ekki í lok aldarinnar, eins og fyrri spár sögðu. Minnkandi hafís er alvarlegt mál, sem snertir þróun loftslags og hafsins umhverfis Ísland. Þegar hafís myndast, þá fer saltfrítt vatn í að gera ísinn en mjög saltur sjór með háa eðlisþyngd verður eftir. Þessi salti og þungi sjór sekkur til botns í Íshafinu. Síðan streymir hann suður með hafsbotninum, um, sundið milli Grænlands og Íslands og virkar eins og mótorinn í hringrás heimshafanna. Ef hafís minnkar eða hverfur, þá mun draga úr þessum kalda straumi. Getur það valdið því að Golfstraumurinn hægi á sér? Getur það valdið staðbundinni kólnun á Norður Atlanshafssvæðinu, á Íslandi og á Bretlandseyjum? Það eru engar samfelldar rannsóknir eða mælingar í gangi til að fylgja þessum breytingum.

Aftur um Þúfurnar á Snæfellsjökli

Það hafa orðið fjörug viðbrögð við bloggi mínu í gær um berglögin sem eru að koma í ljós í Miðþúfunni á Snæfellsjökli. Ég benti á að Þúfan er nú auðari en ég hef séð áður og að bráðnun sé óvenju hröð. Aðrir halda því nú fram að þetta sé ekki óvenjulegt síðsumars á seinni árum: sem sagt “business as usual”. Sumir telja hins vegar að hér sé mjög mikil breyting á ferðinni vegna hraðari bráðnunar Jökulsins. Auðvitað er hægt að deila um slíkt, en það eina sem vert er reyndar að fjalla um í því sambandi eru beinar mælingar á Jöklinum. Það vill svo vel til að slík gögn eru til. Veðurstofa Íslands hefur fylgst með Jöklinum og birt gögn þar að lútandi. Sjá til dæmis grein Tómasar Jóhannessonar hér: http://en.vedur.is/weather/articles/nr/1618 Línuritið til hliðar sýnir breytingar á flatarmáli Snæfellsjökuls og er byggt á slíkum gögnum. Þar kemur í ljós að Jökullinn hefur minnkað um helming á einni öld. Samkvæmt spá sem er byggð á öllum mælingunum væri Jökullinn horfinn í lok þessarar aldar, eins og rauða línan sýnir.  En sennilega eru þrír nýjustu mælipúnktarnir best mældir. Ef svo er, þá væri Jökullinn horfinn um 2050. Aðrar mælingar Veðurstofunnar sýna að á tímabilinu 2000 til 2008 þynntist jökullinn um allt að 40 metra á ytri mörkum hans. Já, sjálfsagt hafa berglögin verið greinileg í Miðþúfunni fyrr á seinni hluta sumars, en hitt er samt staðreynd: Jökullinn minnkar hratt.

Surtarbrandurinn og Hlýnun Jarðar

Íslendingar hafa fagnað góða veðrinu í allt sumar, og svo virðist sem þjóðin líti á hlýnun jarðar aðeins með ánægu og eftirvæntingu. Dreymir okkur ekki um hlýrri framtíð, þar sem við getum synt í volgum og tærum sjó undan hvítum skeljasandsströndum á Löngufjörum á Snæfellsnesi og Rauðasandi á Barðaströnd? En við verðum að gera okkur ljóst að samfara þessari velkomnu hlýjun hér á norður slóðum er að gerast ógnvekjandi og mjög skaðvænleg hlýjun sunnar á jörðinni, í heittempraða beltinu og í hitabeltinu. Einu sinni fyrir ævarlöngu var Ísland heitt land. Það var á því skeiði jarðsögunnar sem við köllum Míósen, fyrir um 12 milljón árum. Þá var blágrýtismyndunin sem nú myndar Vestfirði og Austfirði að verða til. Fyrir tólf milljón árum var til dæmis heitt á Bjánslæk á Barðaströnd. Þar óx upp þéttur skógur af rauðviðartrjám og öðrum gróðri, sem nú þrífst í loftslagi eins og suður Frakklandi eða í Kalíforníu. Meðal trjágróðursins var elrir (sjá mynd af laufi til vinstri), víðir, ösp, hindartré og alls um 65 tegundir, sem gera kleift að áætla hitastig og loftslag. Meðalhiti ársins var þá um 11 til 15oC á Íslandi, en í dag er meðalárshitinn um 4oC. Þá var aldrei frost á Íslandi og landbrú tengdi okkur sennilega við Norður Ameríku í vestri. Þetta er vitneskja sem við fáum í dag með því að rannsaka surtarbrandslögin á Brjánslæk og víðar á Vestfjörðum, en þau eru leifar af fornum skógum, sem nú eru að breytast í kol eða surtarbrand.  Kortið hér til hliðar sýnir útbreiðslu 8 til 20 metra þykka setlagsins í blágrýtismynduninni á Vestfjörðum, sem innheldur surtarbrandinn. En hvernig stendur á þessum mikla hita þegar surtarbrandurinn var að myndast á Míósen? Af hverju var meðal árshiti á Íslandi þá meir en tíu stigum hærri en í dag? Þá var hiti sjávar í Kyrrahafinu einnig um 5 til 8 stigum hærri en hann er í dag. Skýringin er enn ekki ljós, en nokkur mikilvæg atriði koma til greina. Um tíma voru margir jarðfræðingar á þeirri skoðun, að CO2 hefði verið mun hærra í andrúmslofti á Míósen. Þá hefðu gróðurhúsáhrif valdið hitanum. Nýjustu rannsóknir sýna hinsvegar að CO2 var nokkurn veginn það sama þá og er í dag. Orsök hlýnuninnar er því að leita annars staðar. Sennilega er mikilvægast að heimurinn var töluvert annar þá, og þar á ég við stærð og dreifingu meginlandanna og strtauma heimshafanna. Kortið sem fylgir (þriðja mynd) sýnir Norður og Suður Ameríku á Míósen. Þá hafði Mið Ameríka ekki enn myndast, en hún reis síðar úr hafi vegna eldgosa og flekahreyfinga fyrir um 5 milljón árum. Á Míósen voru því sterkir hafstraumar sem léku til austurs og vesturs milli Kyrrahafsins og Atlantshafsins. Margir jarðfræðingar telja þetta lýkilatriði í að skýra hitann á Míósen. Einnig var Beringssund á milli Alaska og Síberíu lokað á þeim tíma. Hafstraumar voru því allt aðrir og staða meginlandanna einnig. Enn vantar sönnun á slíkum kenningum, en vísindin majakast í rétta átt á leit að svari við ráðgátunni um hitann á Míósen.

Uppruni Lofthjúps Jarðar

Hades er hið forngríska goð undirheimanna og ríki Hadesar var helvíti. Þannig var Jörðin í upphafi: glóandi heitur bolti, sem var umlukinn miklum hafsjó af bráðinni bergkviku. Hadean er elsta tímabil jarðsögunnar, og nær það yfir tímann frá myndun jarðar fyrir um 4,568 milljörðum ára og þar til fyrir um 3,85 milljörðum ára, þegar fyrsta jarðskorpan, sem hefur varðveist, myndast. Tímabilið frá 3,85 til 2,5 milljörðum ára nefnist Archean eða Upphafsöld. Elsta bergið frá þessum tíma finnst á Grænlandi, Kanada og í Ástralíu. En þótt við höfum ekki berg frá Hadean tíma, þá höfum við samt litlar steindir eða kristalla frá Hades, sem finnast í yngra bergi. Þetta eru steindir af zirkon, og nú benda rannsóknir til að ef til vill hafi Hades kólnað fyrr og hraðar en áður var haldið. Þessi kristallategund hefur efnasamsetninguna ZrSiO4, og zirkon er nokkuð algengt í íslensku líparíti. Elstu zirkon kristallarnir sem finnast til dæmis í Ástralíu hafa verið aldursgreindir og eru 4,404 milljarðar ára. Það hefur lengi verið deilt um hvenær súrefni hafi orðið ríkjandi þáttur í lofthjúp jarðar. Lengi ríkti sú skoðun að forni lofthjúpurinn hefði verið mjög súrefnissnauður og því ekki beint lífvænlegur. Nú benda rannsóknir á zirkon kristöllum hins vegar í aðra átt. Inni í kristöllunum finnast litlir dropar af kviku, sem nú er gler, en gefur vísbendingu um efnasamsetningu kviku á þessum tíma. Niðurstöðurnar sýna, að súrefnisástand kvikunnar á Hades tíma var svipað og í kviku í dag. Það bendir til að eftir aðeins 150 milljon ar frá myndun Jarðar hafi verið kominn lofthjúpur ekki mjög frábrugðinn þeim sem nú er á Jörðu. AÐEINS 150 milljón ár kann að virðast nokkuð langur tími, en nú lítur málið þannig út, að ótrúlega hröð þróun á jarðskorpunni og lofthjúp hafi átt sér stað á þessu tímabili, og þær aðstæður myndast hér, sem voru einkar hagstæðar fyrir myndun lífs.

Norðurheimskautið

 Við búum ekki á Norðurheimskautssvæðinu, nema þeir, sem hafa tekið sér ból á nyrsta odda Grímseyjar, í grennd við Köldugjá. Samt sem áður hafa allir íslendingar gagn af fróðleik um næsta nágrenni okkar, norður slóðir og Íshafið. Bandaríska loftslags- og hafrannsóknastofnunin NOAA hefur nýlega birt ítarlega skýrslu um málið. Þetta er ekki skýrsla um áhrif mannkyns á loftslagsbreytingar, heldur ískaldar staðreyndir um sjáanlegar og mælanlegar breytingar umhverfis okkur. http://www.arctic.noaa.gov/reportcard Við skulum byrja á Grænlandi, þar sem gögn eru mjög góð. Fyrsta myndin sýnir breytingar á Grænlandsjöklum síðasta áratug, mælt í gígatonnum af ís (eitt gígatonn = einn milljarður tonna). Breytingarnar eru miðaðar við frávik frá árinu 2007. Yfirleitt minnkar íshellan um 250 gígatonn á ári hverju, en síðasta árið er bráðnunin enn hraðari, eða um 430 gígatonn. Þessi bráðnun síðastliðna tólf mánuði er nægileg til að hækka vatnsborð heimshafanna um 1,1 millimeter. En breytingar á borði sjávar eru háðar mörgum öðrum þáttum, eins og sveiflum á hita sjávar. Næst lítum við á hafísbreiðuna umhverfis Norðurheimskautið. Hún er stærst að flatarmáli í mars hvert ár, en minnst í september. Gervihnettir hafa fylgst náið með þróun hafísbreiðunnar síðan árið 1979. Eins og seinni myndin sýnir, þá heldur hafísbreiðan áfram að minnka stöðugt. Í september er hún um 40% minni en árið 1979 og í mars um 5 til 10% minni.  Afleiðingin er sú, að nú eru þrjár siglingaleiðir opnar yfir Norðurheimskautið í september, eins og þriðja mynd sýnir: bæði syðri og nyrðri Norðvesturleiðin, og einnig leiðin meðfram strönd Síberíu. Að lokum: auðvitað hefur hlýnað á Norðurheimskautinu.  Fjórða og síðasta myndin sýnir hlýjun í lofti frá árinu 1900. Það eru miklar sveiflur frá ári til árs, en ferlið í heild er greinilega uppávið. 

Lengi tekur sjórinn við - 2

 Í myndinni sem ég sýni fyrir ofan frá Taro Takahashi af flæði koltvíoxíðs milli hafs og lofthjúps, þá er lífríkið einnig tekið til greina.  Ég vil samt skýra það frekar. Ef við gætum flett hafinu ofan af hafsbotninum, þá myndi koma í ljós fjölbreytt landslag eins og myndin sýnir, þar sem há fjöll (úthafshryggirnir) afmarka miðju hafsbotnsins. En alveg eins og á jörðu, þá virðast fjöll hafsbotnsins vera snævi þakin. Munurinn er sá, að á fjallatoppum hafsins er snjórinn ekki ís, heldur eru þetta ljósleitar leifar skeldýra og einfrumunga,  gert úr kolefninu karbónat, kalsít og aragonít.  Þarna er komið það koltvíoxíð, sem lífverur eins og svif, einfrömungar og skeldýr í efstu lögum hafsins hafa tekið í sig.  Þegar þessar lífverur deyja, þá sökkva þær til botns og mynda þennan „snjó‟ á fjallatoppunum.  En af hverju er þessi „snjór‟  aðeins á fjöllum sem þekja um 30% af botninum, en ekki á öllum hafsbotninum?  Ástæðan er sú, alveg eins og snjór sá sem við könnumst við ofan sjávar, að karbonat snjórinn í hafinu er háður eðlis- og efnaeiginleikum hafsins, aðallega hita og uppleysanleika efna í sjó.  Karbónat steindir eða skeljar lífvera þrífast í efri lögum hafsins, en þegar þessar leifar sökkva dýpra en um fjóra km í hafinu, þá byrja þær að leysast upp og hverfa --  bráðna eins og snjókorn í hlýju lofti.  Af þeim sökum er um 70% af hafsbotninum of djúpur til að þar geti safnast fyrir karbónat set, og þess vegna getum við ekki geymt koltvíoxíð á miklu dýpi eða á djúpum hafsbotni.  Takið eftir að „snjólínan‟ grynnist eða hækkar til heimskautanna.  Það er vegna þess að hún er háð breytingum á hita hafsins.

Lengi tekur sjórinn við - eða hvað?

Vaxandi koltvíoxíð í lofthjúp jarðar kann að valda óæskilegri hlýnun loftslags, en magn af koltvíoxíði í lofthjúpnum hefur vaxið um 30% síðan iðnbyltingin hófst í byrjun nítjándu aldarinnar.  Nú er það hins vegar ljóst að það er meir en fimmtíu sinnum meira koltvíoxíð í hafinu (um 40000 GtC) heldur en í lofthjúp jarðar (um 750 GtC).   Til skýringar skal taka fram að GtC eða eitt gígatonn er skammstöfun fyrir einn milljarð tonna af kolefni.  Það er einnig ljóst að hafið hefur tekið í sig um helming af því koltvíoxíði sem mannkynið og olíu- og kolakynntar vélar okkar hafa gefið frá sér.  Ýmsar spurningar vakna í ljósi þessara staðreynda:  Er hægt að „troða‟ meira magni af koltvíoxíði niður í hafið og draga þannig úr mengun og koma í veg fyrir hnattræna hlýnun jarðar?  Hefur magn af koltvíoxíði í hafinu farið vaxandi  að sama skapi og í loftinu?  Er hafið að mettast af koltvíoxíði?  Verður hafið þá það súrt, að kórallar á hafsbotni, skelfiskur og önnur kalkrík efni leysast upp og lífríki hafsins hnignar?    Fyrsta myndin sýnir flæði af koltvíoxíði mill loftsins og hafsins um heim allan. Fjólubláu og bláu svæðin eru höf þar sem koltvíoxíð streymir niður í hafið úr loftinu, og er flæðið frá 10 til 100 grömm af  kolefni á hvern fermeter hafsyfirborðs á ári.  Á gulu og rauðu svæðunum streymir koltvíoxíð hins vegar upp úr hafinu, á bilinu 10 til 100 grömm af kolefni á fermeter á ári.  Flæðið er að miklu leyti háð hita sjávar.  Kaldur sjór, eins og í Norður Atlantshafi, tekur í sig meira of koltvíoxíði, en heitur sjór, eins og hafið við miðbaug, losar sig hins vegar við koltvíoxíð, sem berst út í lofthjúpinn.    Fáir hafa fylgst jafn vel með þróun koltvíoxíðs í heimshöfunum eins og Bandaríkjamaðurinn Taro  Takahashi og félagar hans.  Nú hafa þeir tekið saman gögn um koltvíoxíð í heimshöfunum frá 1981 til 2009.   Niðurstöður þeirra sýna að töluvert meira kolefni streymir úr lofthjúp jarðar og niður í hafið en uppúr því, eða um 1.37 milljarðar tonna á ári hverju.  En nýjustu gögn þeirra sýna, að nú virðist minna af koltvíoxíði streyma niður í hafið en áður, og er það sennilega vegna þess að heimshöfin eru að byrja að hlýna.  Það eru því ekki  gott útlit fyrir að heimshöfin taki við koltvíoxíð framleiðslu okkar – nema ef við dælum gasinu niður á mikið dýpi þar sem kaldur sjór ríkir.

Loftslag á Miðöldum

Árið 1965 birti breski loftslagsfræðingurinn Hubert Lamb merkar niðurstöður varðandi loftslagsbreytingar á miðöldum. Miðaldir er tímabilið frá um 500 til 1500 e. Kr. Hann taldi að loftslag hefði verið mun mildara á norðurhveli jarðar allan fyrri hluta miðalda, allt fram að um 1300.   Þessi niðurstaða var styrkt af rannsóknum  LaMarche árið 1974 á trjáhringjum í Norður Ameríku.   Íslandssagan fræðir okkur um loftslag á Íslandi á Miðöldum og styrkir skoðun Huberts Lamb.  Þegar forfeður vorir sigldu frá Noregi og Bretlandseyjum á níundu öld, og héldu áfram til Gænlands og alla leið til Vínlands Norður Ameríku, þá var loftslag tiltölulega milt og sennilega jafnvel mildara veðurfar en nú ríkir.  En svo fór kólnandi, siglingarleiðir til Vínlands og Grænlands spiltust vegna hafíss.  Þannig tók tímabilið sem nefnt hefur verið Litla Ísöldin  (Little Ice Age, LIA) við af hlýskeiði Miðalda.  Nú tala loftslagsfræðingar um hlýskeiðið sem Medieval Climate Anomaly, eða MCA, og það náði yfir miklu stærra svæði en Norður Atlantshaf, einnig Norður og Suður Ameríku.   Fyrsta myndin sýnir inngeislun sólar til jarðar.  Þar kemur fram, að inngeislun minnkar töluvert þegar hlýskeiðinu MCA lýkur, og þegar Litla Ísöldin LIA hefst, í kringum árið 1230 eða svo.  Það er mæling á geislavirkum efnum í ískjörnum frá heimskautunum, sem gefa slíkar upplýsingar um inngeislun sólar í gegnum aldirnar.  Efnið Beryllíum-10 er eitt af þeim, en samsætur eða ísótópar af þessu efni myndast þegar að geimgeislar splundra köfnunarefnisatómum í lofthjúpi jarðar. Getur það verið, að sveiflur í virkni sólar séu þetta miklar, og hafi slík djúptæk áhrif?  Spennandi verkefni til að fylgjast með í framtíðinni.  Önnur myndin sýnir sveiflur í meðalhita á Grænlandi, samkvæmt mælingum á ískjörnum sem hafa verið teknir úr Grænlandsjökli.  Frávik frá meðalhita er mjög jákvætt alveg fram undir árið 1200, og sýna þessi gögn vel hlýskeiðið á Miðöldum, eða MCA.  Þá fer kólnandi, eins og Íslandssagan segir okkur, með Litlu Ísöldina LIA á fimmtándu og sextándu öldinni.  Þessar loftslagssveiflur eru raunverulegar, hafa mjög víðtæk áhrif, en orsakirnar eru ekki enn ljósar.  Svo virðist sem sveiflur í virkni sólarinnar geti vel verið orsökin. 

 

Hafísinn hverfur

Línuritið sýnir örlög hafíssins í Íshafinu og umhverfis Norður pólinn.  Hér er sýnt flatarmál íssins í hverjum mánuði, og spá. Hann er auðvitað minnstur í lok sumars, eða í september, þegar sumarbráðnun hefur náð hámarki.  Samkvæmt þessu verður allur sumarís horfinn af Íshafinu í september 2016.  Vorís (maí) hverfur síðastur, í kringum árið 2032.  Eftir það verður hafið algjörlega íslaust. Er virkilega enn til fólk, sem neitar að hlýnun jarðar sé raunveruleiki?  Sjá frekar hér:

http://neven1.typepad.com/blog/2011/05/piomas-april-2011.html