KunnsKaP om istider og landformer nøkkelen til forståelsen av KlimaVariasjoner

Transkript

1

2 KunnsKaP om istider og landformer nøkkelen til forståelsen av KlimaVariasjoner av astrid lyså, jochen Knies og eiliv larsen

3 De aller fleste av oss har en eller annen gang ønsket at vi hadde en tidsmaskin slik at vi kunne skru tiden fram eller tilbake fram kanskje for å få en forhåndsvisning av noe som skal komme, og tilbake gjerne for å undersøke noe som har skjedd. Til en viss grad skjer det første når en meteorolog som modellerer klima basert på fysiske lover, gir en prognose for temperaturutvikling de neste 100 år, eller for den del når morgendagens vær varsles. Tilsvarende rekonstruerer vi geologer fortidens klima og naturforhold ved å bruke kunnskap om dagens systemer. Bare slik kan vi si at for omtrent år siden sto havet opp til den såkalte strandlinjen på Byåsen i Trondheim, og at innlandsisen da lå og kalvet ved Tautra i fjorden utenfor. Felles for resultatene til meteorologen og geologen er at de blir mer usikre jo lenger en fjerner seg fra nåtiden. 42 KaPITTeL 5 KuNNSKaP om ISTIDeR og LaNDFoRmeR NØKKeLeN TIL FoRSTåeLSeN av KLImavaRIaSJoNeR

4 Kunnskap om istider og landformer nøkkelen til forståelsen av klimavariasjoner av Astrid Lyså, Jochen Knies og Eiliv Larsen Norges geologiske undersøkelse Det sterkeste uttrykket for dramatiske klima- og miljøendringer er de enorme innlandsisene som flere ganger har dekket Nord-Amerika og de nordlige deler av Europa (Andersen 2000) (Figur 1), og at det globale havnivået på disse tidspunkt var opptil m lavere enn dagens. Samtidig var mønstrene i havsirkulasjonen og vindsystemene svært forskjellige fra i dag. Istidssituasjonene har vekslet med kortere perioder der klimaforholdene har vært omtrent som i dag. Disse storskala klimaendringene er jordens naturlige respons på sykliske astronomiske variasjoner (Faktaboks 1 og 2). I dag har begreper som global oppvarming og drivhuseffekt blitt allemannseie. FNs klimapanel la i 2007 fram sine siste rapporter, og det ble utvetydig slått fast at menneskelig aktivitet har ført til global oppvarming og at denne vil fortsette. Denne menneskeskapte klimapåvirkningen kommer i tillegg til den naturlige klimautviklingen. Klimaet vi opplever i dag og vil oppleve framover, er altså summen av naturlig og menneskepåvirket klima (Figur 2). Det betyr at gode klimaprognoser, som er viktig i mange deler av samfunnsplanleggingen, er avhengig av at vi forstår begge faktorene. Klimamodeller indikerer at temperaturen kan stige med så mye som 4 C i Norge og kanskje opptil hele 8 C i områder nord for Svalbard i løpet av de neste 100 årene. Dette vil igjen føre til at breis smelter, havnivået Figur 1 Yttergrensen av innlandsisen i Antarktis med en bratt front ut mot det islagte havet. Dette bildet kunne en godt tenke seg var tatt et sted på norskekysten under siste istid. Gråsteinen Geologi for samfunnet i 150 år arven etter Kjerulf 43

5 Hva er drivkreftene bak klimaendringene? Faktaboks 1 Forskere har lenge diskutert hva som er drivkreftene bak de store klimaendringene som har forårsaket den regelmessige vekslingen mellom istider og mellomistider de siste 2 3 millioner år. De fleste er i dag enige i at klimavariasjonene skyldes astronomiske faktorer som påvirker solinnstråling mot jordens overflate og fordeling av energi. Dette kalles også for Milankovitchfaktorer etter serberen Milutin Milankovitch, som allerede i 1920 kunne beregne hvordan jordens stilling i forhold til solen varierte med en viss syklisitet. Denne variasjonen skyldes summen av tre faktorer: Jordbanens form varierer fra å være tilnærmet sirkulær til å være svakt elliptisk med en syklisitet på og år. Jordaksens helning varierer mellom 22,1 og 24,5 og forandrer seg med en periodisitet på år. Det er jordaksens helning som gjør at vi har årstider og helningsendringer gjør at polarsirkelen forflytter seg. Presesjon viser hvordan jordaksen snurrer rundt som en snurrebass i ferd med å miste farten, samtidig som jorda roterer rundt sin egen akse. Aksen (eller Nordpolen) vil derfor ikke alltid peke mot Nordstjernen slik som i dag, med den konsekvens at årstidene forskyver seg. I dag er aksen orientert slik at jordas nordlige halvkule vender bort fra sola (vinter) i den perioden jorda og sola er nærmest, og mot sola (sommer) i den perioden jorda og sola er lengst fra hverandre. For den sørlige halvkule er situasjonen motsatt, med det resultat at det er større forskjell på sommer og vinter på den sørlige enn den nordlige halvkule. Det tar i gjennomsnitt år for årstidene å forflytte seg en hel runde. Milankovitch-faktorene er de ytre drivkreftene. Disse blir enten forsterket eller motvirket internt i jordsystemet av for eksempel havstrømsirkulasjon, oppvarming og avkjøling av luftmasser over land/vann, areal dekket av snø/is og mengden drivhusgasser i atmosfæren. Fra Hald (1992) 44 Kapittel 5 - Kunnskap om istider og landformer nøkkelen til forståelsen av klimavariasjoner

6 Glasiasjoner og globale havnivå Faktaboks 2 Ved å studere iskjerner fra innlandsisen på Grønland kan vi finne ut hvordan det globale isvolumet og havnivået har variert de siste år. Dette gjøres ved å måle oksygenisotopene i luftbobler i isen. Forklaringen er at ved fordampning av vann (H 2 O) fra havene vil vannmolekyler med den lette oksygenisotopen ( 16 O) fordampes lettere enn den tunge oksygenisotopen ( 18 O), og dermed anrikes i snø som faller ned og danner is på breene. Som en følge av dette anrikes samtidig havet på den tunge oksygenisotopen. Forholdet mellom disse to oksygenisotopene vil derfor variere avhengig av hvor mye av de globale vannmassene som er bundet opp i breis. På samme måte kan man beregne isvolum og havnivå enda lenger tilbake i tid ved å måle oksygenisotoper fra mikrofossiler som finnes i sedimentene på de største havdypene der temperaturforholdene har vært tilnærmet konstant. Ut fra iskjernedataene fra Grønland ser vi at de siste år kan karakteriseres ved store variasjoner i klima og globalt isvolum. Temperatursvingninger har vært i størrelsesorden 5 10 C på den nordlige halvkule. Sist gang det var et klima tilnærmet likt eller bedre enn dagens var under forrige mellomistid for rundt år siden. Da sto havnivået 4 6 m høyere enn i dag fordi det var mindre is på land enn i dag. Siste istid er perioden fra da forrige mellomistid opphørte til dagens mellomistid startet for år siden. Under siste istids maksimum, for år siden, var havet omtrent 120 m lavere enn i dag. Store deler av landmassene på den nordlige halvkulen var på denne tiden dekket av et tykt isdekke. Men også siste istid karakteriseres av klimavekslinger med store variasjoner i globalt isvolum. Iskjerner fra Grønland viser at det var hyppige vekslinger mellom varme faser og kalde faser. De varme fasene ble alle innledet med kraftig temperaturstigning etter mer langsomme avkjølingsfaser. Da avkjølingsfasene kulminerte ble mengder med isfjell transportert ut i Nord-Atlanteren. Gjennom studier av luftbobler i iskjerner fra Grønland kan vi finne ut at det har vært store variasjoner i det globale isvolumet de siste år. Etter Johnsen med flere (2001). Gråsteinen Geologi for samfunnet i 150 år arven etter Kjerulf 45

7 Figur 2 Sammenligning mellom observerte og modellerte temperaturendringer på kontinental og global skala gjennom forrige århundre (IPPC 2007). Temperaturene er plottet som avvik fra gjennomsnittet for Modellresultatene viser at de observerte endringene i temperatur etter midten av forrige århundre, bare kan forklares ved en kombinasjon av menneskepåvirkede og naturlige klimaendringer. stiger og sjøisen i Polhavet blir borte om somrene. Samtidig kommer ekstremværhendelser til å bli vanligere enn i dag. Alt dette vil få store konsekvenser for menneskelig aktivitet og økosystemer. De framtidige klimaendringene synes å bli størst i nordområdene, og det er også i de områdene vi i dag finner de fleste rester og spor av de naturmiljø som eksisterte under istidene. Nettopp derfor, for å bruke fortiden til å forstå framtiden, er det viktig å ha et skarpt øye på polarområdene og kanskje særlig Arktis. Nedenfor gir vi deg først et innblikk i hvordan vi går fram for å rekonstruere klima- og miljøendringer som har funnet sted. Deretter blir du med på en reise gjennom store og dramatiske endringer i isutbredelse, havnivå, landskap og havsirkulasjon, alt dette med avgjørende betydning for natur- og samfunnssystemer vi tar for gitt i dag. Til slutt kaster vi et lite blikk mot framtiden, med geologens øyne på natursystemene. Hvordan kan vi vite at klimaet har variert over tid? Landskapet vi omgir oss med og sedimentene under bakken, eller under havbunnen, vitner om at det har pågått, og fortsatt pågår, kontinuerlige endringer i vårt fysiske naturmiljø. Mange av disse endringene kan knyttes til vekslinger i klima. Havstrømmer, elver, isbreer, vind, ras og andre naturelementer reagerer på klimaendringer på ulike måter, akkurat slik som planter og dyr gjør. Noen sedimenter og fossiler kan benyttes direkte til å lese hvordan klimaet har vært tilbake i tid (Faktaboks 3). Flere ganger finner vi sedimenter, fossiler eller landformer som kan aldersbestemmes (Faktaboks 4). Når vi undersøker sedimenter som blir Foto: H. Grobe Figur 3 Fra store forskningskip, som det tyske Polarstern, har vi mulighet til å få informasjon om sedimentene som ligger under havbunnen, enten ved innsamling av sedimentkjerner eller ved å få et seismisk (akustisk) bilde av lagrekkefølgen i dypet. 46 Kapittel 5 - Kunnskap om istider og landformer nøkkelen til forståelsen av klimavariasjoner

8 Foto: G. Løvø Figur 4 Sedimenter med opphav i forskjellige avsetningsmiljø kan studeres i detalj i naturlige elveskjæringer på land. Nøyaktige beskrivelser, oppmålinger og prøvetaking er viktig. tatt opp fra havbunnen ved hjelp av et forskningsskip (Figur 3) eller graver i ei elveskjæring (Figur 4), får vi kun tak i en brikke av et stort og komplisert flerdimensjonalt puslespill av vårt fysiske naturmiljø i et bestemt tidsøyeblikk. Noen ganger passer denne brikken sammen med andre brikker og vi kan danne oss et bilde av hvordan for eksempel havsirkulasjonen, utbredelsen av et isdekke eller dreneringen av et elvesystem var for noen tusen år siden. Landskapets forandring gjennom flere istider De gjentatte istidene har satt mange spor. Fjord- og fjellandskapet vårt er i stor grad preget av isbreenes gjentatte gravinger. Avsetninger og landskapsformer kan fortelle både om isutbredelse, hvordan isbreene vokste og hvordan de trakk seg tilbake (Figur 5). Skuringsstriper og andre merker i fjell kan vise isbreenes bevegelsesretninger (Figur 6). Studier av fly- og satellittfoto samt infrarøde Landsat-bilder gjør det mulig å få oversikt over landskapsformer i ulike skalaer og oppløsninger. De nordvestlige deler av Russland er i en nøkkelposisjon når det gjelder forståelsen av istidenes variasjoner og deres innvirkning på det fysiske naturmiljøet. Området har blitt påvirket av den skandinaviske isen som kom fra vest og nordvest, is som kom fra Barentshavet og is fra Karahavet (Figur 7). Og det er først i de senere årene at forskerne har påvist de dynamiske variasjonene og den store kompleksiteten i overgangen mellom istid og mellomistid i disse områdene. Bare i løpet av siste istid har det vært fire hovednedisningsfaser. Mellom disse fasene var det mer eller mindre isfrie forhold slik at vegetasjonen, dyr og kanskje mennesker kunne reetablere seg. Figur 5 I fronten av Bergsetbreen, en utløper av Jostedalsbreen, kan vi se hvordan sedimenter har samlet seg og dannet en liten morene fra en gang breen var større enn i dag. I dette tilfellet her, vil også sedimenter rase ned de bratte skrentene og akkumuleres. Foto: O. Fredin Gråsteinen Geologi for samfunnet i 150 år arven etter Kjerulf 47

9 Dette er et geologisk klimaarkiv Faktaboks 3 Et klimaarkiv er en samling av spor som forteller noe om klimaet på jorden. Isbreer, sjøis, temperaturer, nedbør, vind og andre fysiske miljøelementer reagerer på klimaendringer med å bli sterkere, svakere, større, mindre, hyppigere og så videre. Derfor kan vi oppspore naturlige klimaarkiv for eksempel i isbreer og i sedimenter på havbunnen, på bunnen av innsjøer eller på land. På land kan disse sporene eksempelvis finnes foran isbreer, i elvesedimenter, i dryppstein og i myrer (Figur A). Isbreer og sedimenter består av flere lag som hvert enkelt representerer bestemte perioder eller hendelser bakover i tid. Sedimenter og snø avsettes lag på lag i naturen, slik at yngre lag overlagrer eldre. Eksempel på dette er innlandsisen over Grønland som er nesten 3000 m på det tykkeste, der lagene nærmest bunnen er rundt år gamle. På samme måte vil de sedimentene som ligger dypest begravd på havbunnen også være eldst. Både fra is og sedimenter kan vi ta kjerneprøver slik at vi får en sammenhengende prøve fra bunn til topp som kan studeres og analyseres på mange ulike måter. Sedimenter fra havbunnen blir hentet opp med ulike typer kjerneprøvetakere fra forskningsfartøy (Figur B). Fossiler av små dyr og planter som levde i havet før de døde og sank til bunnen og ble begravd i sedimentene, er viktige kilder til klimainformasjon. Noen slike fossilgrupper er dinoflagellater (Figur C) og foraminiferer (Figur D). Ved å sammenlikne fossilene med dagens forhold der de samme artene lever i dag, kan vi beregne for eksempel temperatur, saltinnhold og strømstyrke da fossilene ble avsatt. Kan sedimentene eller fossilene også aldersbestemmes (Faktaboks 4), får vi også tidspunktet eller perioden da det var slike forhold. Ved å sette sammen data fra ulike klimaarkiv på land og i havet, får vi et regionalt bilde av hva som har skjedd med klimaet og vårt fysiske miljø bakover i tid. A Foto: E. Larsen B Foto: K. Grøsfjeld Langs elver eller langs kysten er det ofte naturlige snitt i sedimentene hvor vi kan se hvordan sedimenter har blitt avsatt lag på lag, slik at yngre lag overlagrer eldre. De ulike lagene representerer hver for seg sine egne avsetningsmiljø. I denne kystskjæringen fra Nordvest Russland er tre morenelag skilt av hav- og elveavsetninger. Kjerneprøvetaker henter opp sedimentkjerner fra havbunnen. På denne måten kan vi få opp mange meter med sedimenter som er avsatt lag på lag over flere tusen år. C Foto: K. Grøsfjeld En dinoflagellat er en encellet alge som kan finnes fossilt i marine sedimenter. Det finnes mange arter av dinoflagellater, og hver art er avhengig av bestemte miljøfaktorer som for eksempel temperaturforhold og saltinnhold i vannet D En foraminifer er et marint encellet dyr hovedsakelig med kalkskall. På samme måte som dinoflagellatene er de ulike artene av foraminiferene avhengig av bestemte miljøfaktorer og kan derfor gi opplysninger om avsetningsmiljøet. 48 Kapittel 5 - Kunnskap om istider og landformer nøkkelen til forståelsen av klimavariasjoner

10 Foto: A. Lyså Figur 6 På en renskurt fjelloverflate (Nord- Grønland) kan man ofte se hvilken retning isbreen beveget seg over denne flaten for flere tusen år siden. Formen på sigdbrudd og parabelriss gir den eksakte retningen på isbevegelsen i motsetning til skuringsstriper, som gir mulighet for to motsatte retninger. Under siste istid kulminerte den første nedisningsfasen for ca år siden (Figur 7A). Store deler av Skandinavia var da dekket av is, men de største ismassene lå lenger mot øst. Enorme innsjøer ble oppdemt mellom ismasser i nord og vannskillet langt sør på det russiske slettelandet, og disse bresjøene ble tappet hurtig da isen begynte å smelte tilbake. Selv om isbreene smeltet en del tilbake, var fortsatt klimaet kjøligere enn i dag. Og det ble kaldere igjen, med det resultat at det dannet seg et sammenhengende isdekke fra sørlige Skandinavia, over Barentshavet og helt over til Vest-Sibir for rundt år siden (Figur 7B). Også i den fasen eksisterte enorme bresjøer foran innlandsisen i Russland, og disse var større enn noen eksisterende innsjø i dag. Sedimenter fra disse sjøene finnes i dag langs flere av de store elvene i Nordvest- Russland. For ca år siden steg havnivået raskt, trolig som følge av stor isavsmelting i Antarktis og i Nord-Amerika. Dette resulterte i at is i Barentshavet begynte å flyte og brekke opp, og bresjøene ble igjen tappet rett ut i havet i nord. Dette, samt den store ferskvannstilførselen fra Barentshavsisen som hadde begynt å smelte, må ha hatt stor betydning for havsirkulasjon og klima. De store elvedalene i Nordvest-Russland som hadde vært nedpresset av de store ismassene, ble oversvømt av havvann som bredde seg km inn over landet. Og spor av dette finner vi som marine sedimenter langt inn i Russland i dag (Figur 8). Mellom nest siste og siste nedisning (Figur 7C og D) hadde vi en lang periode med begrenset isutbredelse. Funn av dyrefossiler i hulesedimenter på Vestlandet vitner om at klimaet der var omtrent som på Svalbards vestkyst i dag. Det var først for rundt år siden at isen nådde sin største utbredelse under siste istid (Figur 7D), og det var også da det totale isvolumet over hele jorden var på sitt største. Fordi så store vannmasser var bundet opp i is, sto verdenshavene omtrent m lavere enn i dag (Faktaboks 2). Isavsmeltingen etter siste istids maksimum skjedde rykkvis, styrt av klimasvingninger og topografiske forhold. Norskekysten må ha sett ut som østkysten av Grønland i dag: vakkert og vilt landskap med bare landområder og fjelltopper som stakk opp fra isen, og med breutløpere som kalvet i fjordene. Den mest markerte endemorenen fra denne tiden kalles ofte Ra-morenen, og den kan sees flere steder, både på land og i fjordene (Figur 9). Denne ble dannet for rundt år siden da vi hadde en klimaforverring i det som kalles Yngre Dryas -perioden. Etter dette forbedret klimaet seg kraftig og breene smeltet raskt tilbake og forsvant helt. I steinalderen, for rundt år siden, var store deler av den norske fjellheimen skogkledd, noe som tilsier at vi har hatt et varmere klima enn i dag. En forskjell mellom klimaet i steinalderen og i dag, er at somrene først og fremst var varmere i steinalderen, mens vi i dag opplever milde vintre. De isbreene som i dag finnes i de høyeste fjellpartiene begynte så smått å dannes for rundt 5000 år siden, og de nådde sin maksimale Gråsteinen Geologi for samfunnet i 150 år arven etter Kjerulf 49

11 utbredelse en gang under den Lille istid, som var i perioden e.kr. Hvordan isbreene har vokst og minket gjennom nåværende mellomistid, er godt illustrert i et studie fra Bødalsbreen, en utløper fra Norges største isbre, Jostedalsbreen (Figur 10). Det er ikke bare isbreene i seg selv og deres avsetninger som har satt sitt preg på landskapet. Land hevningen etter siste istid har også satt sine spor (Faktaboks 5). Store mektigheter med marine leirer, strandlinjer og skjell kan finnes flere steder langs kysten langt over dagens havnivå. De største forekomstene av marin leire finnes i Trøndelag og på Østlandet. Mer om type sedimenter og fordeling av disse i Norge finnes Figur 7 Fo to S. Fu n de r Rekonstruksjoner av isutbredelse i fire hovefaser av siste istid: For omtrent , , og år siden. Mellom disse periodene med stor isutbredelse var det til tider nesten isfritt, men klimaet var hele tiden kjøligere enn i dag. Etter Larsen med flere (2006). 50 Figur 8 Hav- og strandsedimenter som forekom mer godt over dagens havnivå forteller at området har vært presset ned av vekten av en innlandsis. Her vises strandgrus med skjell som er funnet langt inne i Russland. Sediment ene forteller hvordan miljøet var på avsetnings tidspunktet, i dette tilfellet forrige mellomistid. Kapitte l 5 - Ku nnska p om istider o g l andfo r m er nøkk e l e n til fo rstå else n av kli m ava riasj o ne r

12 på Størstedelen av de marine leirene ble avsatt mens vi ennå hadde breutløpere som tilførte store mengder breslam ut i fjordene samtidig som landområdene var oversvømt av havet. Etterhvert som landet hevet seg, kom disse leireområdene over havnivå. Da landhevningen var hurtigst i perioden etter at isen hadde smeltet bort, var leireområdene veldig ustabile og leirras var vanlig. Ennå i dag kan vi se skredgroper fra dette på land. Vi finner også igjen utraste leirmasser på dagens fjordbunn, enten vi ser dem på seismiske data eller i sedimentkjerner. Også i historisk tid har vi eksempler på at leirskred har forekommet, noen av dem med tragiske konsekvenser ved at menneskeliv har gått tapt. Der vi ikke har leirer, kan vi mange Figur 9 Yngre Dryas-morenen, eller Ra-morenen som den gjerne kalles, finnes blant annet midt i Ranafjorden der den tydelig framkommer i et seismisk (akustisk) profil som går langs de ytre deler av fjorden. Det seismiske profilet gir et bilde av hvordan sedimentene tilknyttet endemorenen ligger over en fjellterskel. Det er vanlig at endemorener ligger mot fjellterskler da disse er naturlige hindringer slik at isbreen stopper opp der, både under tilbaketrekking og under framrykk. Figuren er omarbeidet etter Lyså med flere (2004). Figur 10 Variasjoner av Bødalsbreens utbredelse de siste år (etter Burki med flere, under arbeid). Denne breen, som er en utløper fra Jostedalsbreen, har som andre breer variert mye i størrelse etter istiden (Nesje med flere 2001). For omtrent år før nåtid var den helt smeltet bort, mens den nådde sin maksimale utbredelse etter istiden under den Lille istid omkring år 1750 e.kr. Gråsteinen Geologi for samfunnet i 150 år arven etter Kjerulf 51

13 steder langt over dagens havnivå finne flotte strandlinjer som en påminnelse om at en strandtomt ikke varer evig. De tidligste boplassene i Norge og andre steder i Arktis var knyttet til datidens havnivå, og bosetningene kan ofte dateres ved hjelp gamle strandlinjer. Strandlinjer er for eksempel benyttet for å datere de berømte helleristningene i Alta og de tidligste inuittbosetningene på Nord-Grønland (Figur 11). Foto A. Lyså Figur 11 De første inuittene på Nord- Grønland var helt avhengige av å bo nær havet, og ruiner fra deres boplasser finnes på gamle strandlinjer. På fotoet sitter personen midt i rester fra en boplass som er omkring år gammel. Yngre strandlinjer sees på lavere nivå ned mot fjorden. Havets betydning for klimaforandringer Endringer i havsirkulasjonen er også en viktig faktor til å forandre klimaet. Varmt overflatevann føres fra ekvator og mot polene med havstrømmer. I Nord-Atlanteren kaller vi denne havstrømmen for Golfstrømmen, og videre nordover langs Norskekysten kalles denne Norskestrømmen. Det er denne som gjør at vi har et mildt klima i Nord-Europa, i kontrast til østkysten av Grønland med sørgående og kald havstrøm og hvor det er betydelig kaldere. Ved avkjøling og frysing av sjøis der Norskestrømmen entrer Polhavet, blir vannet både saltere og tyngre. Det synker derfor ned og strømmer tilbake mot ekvator som dypvann. Denne sirkulasjonen kalles den termohaline sirkulasjonen (Figur 12). Polarfronten er definert som grensen hvor relativt varmt atlantisk vann og kaldt polarvann møtes (Figur 13). Det har vært stilt spørsmål om pågående klimaendringer kan føre til en avstengning eller svekking av den termohaline sirkulasjonen, og dermed bidra til ytterligere klimaendringer. Dette har støtte i både teori og modeller. Havsirkulasjonen opprettholdes blant annet av tetthetsforskjeller mellom ulike vannmasser. Større ferskvannstilførsel på grunn av issmelting og økt nedbør, kan påvirke tetthetskontrasten mellom vannmassene. Dette kan igjen føre til ubalanse som gjør at havsirkulasjonen svekkes. Dette vet vi skjedde under siste istid og under den etterfølgende isavsmeltingen. Mange studier viser at Golfstrømmens temperatur og nordlige transport har variert sterkt, spesielt ved slutten av istiden da store mengder smeltevann ble ført ut i havet. Polarfronten var da forskjøvet langt sørøstover og Golfstrømmen sterkt svekket (Figur 13). Stor tilførsel av smeltevann er sannsynligvis også forklaringen på de raske og store klimaendringer som skjedde ved inngangen til den kalde Yngre Dryas-perioden på slutten av siste istid. Videre viser data fra iskjerner tatt fra innlandsisen på Grønland hvordan lufttemperaturen i denne perioden endret seg i takt med Polarfrontens forskyvninger (Faktaboks 2). 52 Kapittel 5 - Kunnskap om istider og landformer nøkkelen til forståelsen av klimavariasjoner

14 Slik aldersbestemmes sedimentene Faktaboks 4 Det finnes en rekke metoder for å aldersbestemme bergarter, sedimenter og fossiler. Hvilken metode som velges avhenger av hvilket tidsperspektiv en jobber i og hvilket materiale en har tilgjengelig. Her er de metodene vi oftest anvender. Radiokarbon (eller 14 C) metoden kan anvendes på karbonholdige plante- og dyrefossiler som har en alder på opp mot ca år. Metoden baseres på at alle organismer tar opp den radioaktive karbonisotopen 14 C i et bestemt mengdeforhold til den ikke-radioaktive isotopen 12 C. Når organismen dør og karbonopptaket stopper, vil den radioaktive nedbrytningen av 14 C-isotopen starte. Ved å måle mengdeforholdene mellom disse isotopene i en død organisme er det mulig å bestemme når organismen levde. Optisk stimulert luminescensdatering (OSL) benyttes til å datere sandige sedimenter som ble utsatt for sollys under avsetningsprosessen. Når sedimentene så har blitt overdekket av andre sedimenter, blir de utsatt for radioaktiv bakgrunnsstråling som påvirker atomene i noen av mineralene. Ved optisk stimulering vil atomene gå tilbake til normal tilstand og sende ut et lys som benyttes til å beregne hvor lenge sedimentet har vært begravd. Ved denne metoden kan man datere sedimenter som er flere hundre tusen år gamle. Eksponeringsdateringer brukes både på fast fjell og på større blokker, for å finne ut hvor lenge de har vært utsatt for kosmisk stråling. Disse steinoverflatene eksponeres naturlig for høyenergetisk kosmisk stråling slik at det dannes flere ulike radioaktive isotoper i mineralstrukturen. Mengden av disse isotopene er avhengig av hvor lenge strålingen har pågått. Denne metoden har omtrent samme rekkevidde i alder som OSL-metoden. Magnetiske egenskaper til bergarter eller sedimenter kan brukes til å gi en relativ alder, dvs. en alder i forhold til noe annet. Prinsippet går ut på at et magnetisk mineralkorn som faller ned og avsettes for eksempel på havbunnen, vil orientere seg etter jordens eksisterende magnetfelt. Polene vandrer hele tiden og flere ganger har jordens magnetfelt reversert helt i forhold til dagens slik at nordpol og sørpol byttet plass. Bare i løpet av de siste 5 millioner år har jordens magnetfelt blitt reversert nesten 30 ganger. Både polvandringen og reverseringene av jordens magnetfelt benyttes til å bestemme alder på sedimentene. Forekomsten av fossiler i sedimenter kan brukes til relativ aldersbestemming. Forutsetningen er at det enkelte fossil eller grupper av fossiler har samme alder som sedimentene de opptrer i. Alderen til sedimentene kan bestemmes dersom man vet når organismene som dannet disse fossilene levde. I sedimenter kan man finne askelag fra vulkanutbrudd. Askelag fra en vulkan har unik kjemisk sammensetning som er forskjellig fra en annen vulkans askelag. Dersom alderen av et bestemt askelag i et sediment bestemmes med andre dateringsmetoder, vil denne alderen også gjelde overalt hvor dette askelaget finnes. Askelag kan derfor brukes som et verktøy for relatere geologiske og klimatiske hendelser til hverandre over et større regionalt område. På denne måten er en for eksempel i stand til å knytte sammen data fra iskjerner, marine sedimentkjerner og sedimenter på land. Gråsteinen Geologi for samfunnet i 150 år arven etter Kjerulf 53

15 Landhevning og strandlinjer Faktaboks 5 Havnivået har endret seg langs norskekysten etter istiden og gjør det fortsatt. Dette skyldes landhevning og endringer i det globale havnivå. Innlandsisen som lå over Skandinavia i flere tusen år var nesten 3000 m tykk i de sentrale deler rundt Bottenviken. Den utgjorde en enorm belastning på jordskorpen som ble presset ned. Da belastningen etter hvert avtok under isavsmeltingen, begynte jordskorpen å heve seg gradvis mot en likevektstilstand. Denne landhevningen var raskest i begynnelsen, men ennå i dag hever jordskorpen seg i store deler av Skandinavia (Figur 14). Der isen var tykkest og isvekten størst, har også landhevningen vært størst. I deler av Bottenviken er landhevningen ennå rundt 8 mm/år. Da det globale isvolumet var på sitt største, sto verdenshavene omtrent 120 m lavere enn i dag (Faktaboks 2). Etter at innlandsisen hadde trukket seg tilbake hadde imidlertid smeltevann gjort vannvolumet i havet større. Dermed kunne havet oversvømme store landområder som fortsatt var nedpresset. Det totale volum av vann som er i verdenshavene bestemmer det vi kaller det globale havnivå. Derfor er det summen av landhevningen og det globale havnivået som har bestem havnivået langs norskekysten fra isavsmeltingen og fram til i dag. Avhengig av hvor vi befinner oss vil dette variere, og dette kan vi se bl.a. ved at den marine grense varierer både langs kysten og innover landet (A). Begrepet marin grense benyttes om det høyeste nivået havet har stått på etter isavsmeltingen. Ved å måle høyder og aldersbestemme strandlinjer kan vi konstruere en strandforskyvningskurve som forteller om hvordan havnivået har forandret seg på et bestemt sted siden isavsmeltingen startet og dette stedet ble oversvømt av havet (B). a b Strandforskyvningskurve fra Trondheimsområdet viser hvordan strandlinjen har forflyttet seg i forhold til dagens havnivå gjennom de siste vel år. Figuren er etter Reite med flere (1999). De stiplete linjene indikerer høyden på den marine grense i forhold til dagens havnivå. 54 Kapittel 5 - Kunnskap om istider og landformer nøkkelen til forståelsen av klimavariasjoner

16 Figur 12 Omfordeling av energi i verdenshavene skjer blant annet gjennom den termohaline sirkulasjonen. Varmt overflatevann føres med havstrømmer fra ekvator og nordover der det avkjøles og blir saltere som følge av sjøisdannelse. Dette gjør at vannmassene blir tyngre, synker ned og går sørover igjen som en bunnstrøm. Figur 13 Polarfronten er der varmt atlantisk vann møter kalde vannmasser fra polområdet. Polarfrontens beliggenhet har variert gjennom tid og den lå mye lengre sør enn i dag under siste istid. Etter Zahn (1994). Isbreers respons på oppvarming joker for å forstå framtidens havnivå De siste årene har breer i Norge smeltet raskt tilbake. Innen neste århundreskifte kan antallet breer i Norge være redusert med over 90%, mens deres samlede areal vil være redusert med mer enn en tredjedel. Dette betyr imidlertid lite for det globale havnivået. Dersom alle breer i Norge skulle smelte, utgjør dette bare en havnivåstigning på ca. 0,3 mm. Vannmengden i innlandsisen på Grønland tilsvarer omtrent 7 m havnivåøkning, mens i Antarktis utgjør volumet hele 57 m havnivå. Prognosene for global havnivåstigning fram mot slutten av dette århundret varierer fra 18 til 59 cm, ifølge den siste rapporten til FNs klimapanel. Spennvidden reflekterer både usikkerhet i framtidige utslippsscenarier for drivhusgasser og i modellene som er anvendt. Med utgangspunkt i en gjennomsnittsverdi, vil det globale havnivået stige med omtrent 40 cm innen år De største usikkerhetene, og som ikke går fram av tallene, er imidlertid knyttet til hva som skjer med de store isdekkene i Antarktis og på Grønland når temperaturen fortsetter å stige. I de siste årene har innlandsisen på Grønland blitt mindre som et resultat av økt smelting og kalving. Et varmere klima på disse breddegrader, og da spesielt om vintrene, kan på den annen side føre til mer akkumulasjon av snø, noe som vil kunne bidra til lavere havnivå. Så langt ser det imidlertid ut til at minkningen av isvolumet gir den største effekten på havnivået. Dersom temperaturene på Grønland om hundre år kommer Gråsteinen Geologi for samfunnet i 150 år arven etter Kjerulf 55

17 opp i de verdier de hadde under siste mellomistid, slik som prognosene antyder, er det tenkelig at innlandsisen blir tilsvarende liten som da. Dette bidro med 2 til 4 m av datidens ekstra havnivå, sammenlignet med dagens. Motsatt er det for isdekket i Antarktis. Ifølge modellene vil dette isdekket bidra negativt i forhold til havnivåstigning fordi økt temperatur fører til større nedbørsmengde i form av snø, som etter hvert omdannes til is. Men det hersker stor usikkerhet til hvorvidt isdynamikken i Vest-Antarktis blir påvirket av klimaendringene slik at isen blir mer ustabil, og dermed bidrar til stigning i havnivået. Kanskje overraskende for mange, er at den viktigste årsaken til havnivåstigning utover i dette århundret, er at havet vil utvide seg ved oppvarming. Dette utgjør mer enn halvparten av de modellerte endringene. Hittil i dette avsnittet har vi bare omtalt faktorer som påvirker volumet av vann i verdenshavene. Strandlinjas plassering gjennom tid på et aktuelt sted avhenger også av om den aktuelle landmassen hever eller senker seg (Faktaboks 5). Dette må det taes hensyn til når en skal anslå hva framtidens havnivå blir. Kartet i Figur 14 viser både dagens observerte landhevning og havnivåendring fra i dag fram til år I områder med negativ eller liten landhevning vil havnivået øke mest. I områdene med størst landhevning, vil fortsatt havnivået synke fordi landhevningen er raskere enn volumøkningen i havet. Havsirkulasjon i et varmere klima Med det klima vi har i dag reduseres sjøis og isbreer i Arktis, samtidig med at permafrost smelter. Økt tilførsel av ferskvann har ført til lavere saltholdighet i den nordlige del av Nord-Atlanteren. For perioden var den samlede økning i ferskvannstilførselen til de nordiske hav og Nord-Atlanteren på km 3. Sammenlignet med et normalår med tilførsel av km 3 ferskvann, er økningen ca. 8%. Dersom ubalansen fortsetter på samme nivå Figur 14 Kartet viser dagens landhevning i mm/år (røde tall) etter Dehls med flere (2000). De samme konturene viser også havnivået i år 2100 (blå tall) når landhevningen er trukket fra en global havnivåstigning på 40 cm, som er et gjennomsnitt etter IPPC (2007). 56 Kapittel 5 - Kunnskap om istider og landformer nøkkelen til forståelsen av klimavariasjoner

18 i årene framover, viser beregninger at det vil det ta omtrent 100 år før vi får betydelige endringer i den termohaline sirkulasjonen. Omtrent samtidig vil temperaturene på Grønland ha nådd verdier de hadde i siste mellomistid. Etter drivhuset? På riktig lang sikt går den naturlige trenden i klimautviklingen mot en ny istid. Når og hvordan dette vil foregå, er svært usikkert. Blant annet diskuteres det om vi kan gå mot klimasituasjoner som er irreversible selv om utslippene av klimagasser skulle komme ned på før-industrielle nivå. Dersom vi imidlertid tar utgangspunkt i modellberegninger som baserer seg på de naturlige drivkreftene (Faktaboks 1), foreslår enkelte at vi er inne i en såkalt super-mellomistid som vil vare i ennå år, mens andre antyder at den naturlige avkjølingen allerede skal ha startet. I følge den siste modellen skal vi være på vei mot neste istid. Felles for disse beregningene er at de indikerer at det globale isvolumet blir mindre i neste istid enn det var under maksimum av forrige istid for omtrent år siden. Hvordan isutbredelsen faktisk blir på regional skala, kan en bare spekulere i, men kanskje vil det i Norge bety at breene vil nå ned til dagens fjord- og kystområder. TakkEord Takk til John Dehls for hjelp med landhevningsdata og til Irene Lundqvist og Renata Viola for arbeid med figurene. Også takk til Gudmund Løvø for språklig korrektur og innspill. Referanser Andersen, B.G Istider i Norge. Landskap formet av istidenes breer. Universitetsforlaget. 216 s. Dehls, J.F., Olesen, O., Bungum, H., Hicks, E.C. Lindholm, C.D. & Riis, F Neotectonic map: Norway and adjacent areas. Geological Survey of Norway. Hald, M Climate of the past as read in the ocean sediments. I Møller, J.J., Reymert, P.K. & Steinlien, Ø. (red.) Way North Nr. 1, Earth Science, s Tromsø Museum, Universitetet i Tromsø IPCC 2007: Summary for Policymakers. I Climate change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Solomon, S., Qin, D., Manning, M., Chen, Z., Marquis, M., Averyt, K.B., Tignor, M. & Miller, H.L. (red.). Cambridge University Press. Johnsen, S.J., Dahl-Jensen, D., Gundestrup, N., Steffensen, J.P., Clausen, H.B., Miller, H., Masson-Delmotte, V., Sveinbjörnsdottir, A.E. & White, J Oxygen isotope and paleotemperature records from six Greenland ice-core stations: Camp Century, Dye-3, GRIP, GISP2, Renland and NorthGRIP. Journal of Quaternary Science, 16, Larsen, E., Kjær, H.H., Demidov, I.N., Funder, S., Grøsfjeld, K., Houmark-Nielsen, M., Jensen, M., Linge, H. & Lyså, A Late Pleistocene glacial and lake history of northwestern Russia. Boreas, 35, Lyså, A., Sejrup, H.P. & Aarseth, I The late glacial-holocene seismic stratigraphy and sedimentary environment in Ranafjorden, northern Norway. Marine geology, 211, Nesje, A., Mattews, J.A., Dahl, S.O., Berrisford, M.S. & Andersson, C Holocene glacier fluctuations of Flatebreen and winter-precipitation changes in the Jostedalsbreen region, western Norway, based on glaciolacustrine sediment records. The Holocene, 11, Reite, A. Sveian, H. & Erichsen, E Trondheim fra istid til nåtid landskapshistorie og løsmasser. Gråsteinen 5. Norges geologiske undersøkelse. Zahn, R Linking ice-core records to ocean circulation. Nature, 371, Gråsteinen Geologi for samfunnet i 150 år arven etter Kjerulf 57