Mot et isfritt Arktis?

Cicerone nr 2 2000 Regionale klimaendringer under global oppvarming www nilu no/regclim Mot et isfritt Arktis? Dersom den raske issmeltingen i Arktis fortsetter, vil flerårsisen forsvinne i løpet av dette århundret. Konsekvensene av et isfritt Arktis vil være spesielt dramatiske for det biologiske mangfoldet. Lars H. Smedsrud og Tore Furevik Tykkelsen og utbredelsen til sjøisen i Arktis er avhengig av en fin balanse mellom store energikilder og sluk i hav og atmosfære. Det har derfor lenge vært hevdet at effekten av en global oppvarming først vil bli synlig i de polare regionene på jorda. Målinger av sjøisen har i en årrekke vært utført fra satellitter, isbrytere og undervannsbåter. Gjennom mer enn ti år har forskerne rapportert om en gradvis minking i isdekket, og i løpet av det siste året er det kommet rapporter som viser at endringene er langt raskere og mer dramatiske enn de fleste har forestilt seg. Spørsmålet reiser seg om endringene i isen er en konsekvens av en global, menneskeskapt oppvarming, eller om endringene er knyttet til naturlig variabilitet. Observasjoner av istykkelse og areal De første målingene som gav en indikasjon på at istykkelsen minket, ble gjort av engelskmenn. De brukte sonar fra ubå- ter (ekkolodd rettet oppover) og patruljerte under isen nord for Grønland og i det Eurasiske basseng (figur 1). Observasjonene ble publisert i Nature i 1990 (1), antydet 15% reduksjon fra 1976 til 1987. Arealet av sjøisen måles fra satellitter, siden de kan dekke hele jordas overflate i løpet av et par dager. Satellittene måler langbølget stråling som jorda sender ut, og kan skille mellom is og vann siden energien som stråler ut fra isoverflaten er langt mindre enn den som vannet stråler ut. I en artikkel fra 1997 (2), viste forskere ved Nansensenteret i Bergen at det siden 1978 hadde vært en reduksjon i isarealet som tilsvarte 3% per tiår, noe som hovedsakelig skrev seg fra mindre is i det Eurasiske basseng i sommerhalvåret. To arbeid har nylig satt fart i spekulasjonene om at isen i Arktis kan være i ferd med å forsvinne. Ved å sammenlikne sonarmålinger fra perioden 1958-1976 med målinger fra 1990 årene, viser amerikanske forskere nå at tykkelsen av sjøis har avtatt med mellom 0.9 og 1.2 meter i alle de sen- Fortsetter neste side D N M I Det norske meteorologiske institutt Havforskningsinstituttet Institutt for geofysikk Geofysisk institutt Nansen senter for miljø og fjernmåling Norsk institutt for luftforskning

20 Cicerone nr 2/2000 RegClim Figur 1: Kart over Arktis med de dype bassengene og omkringliggende hav. Havdypene er indikert med 500 m ekvidistanse. 5 4 3 2 1 0 90 o W a) 60 o W 120 o W Chukchi Cap 1958-1976 1993-1997 150 o W 30 o W Beaufort Sea Beauforthavet Kanadiske Basseng 180 o W Chuckchihavet Canada Basin Figur 2: Gjennomsnittlig sjøistykkelse fra ubåtmålinger fra 1990 årene sammenliknet med målinger fra en tidligere periode. Tykkelsen er justert til minimum i løpet av året (15. september) ved bruk av en numerisk modell. Fra Rothrock et al. (1999). 0 o Østsibirhavet Eurasiske Basseng Laptevhavet Karahavet Barentshavet North Pole 150 o E 30 o E Nansen Basin 120 o E 60 o E 90 o E Eastern Arctic trale områder av Polhavet (3). Dette innebærer en reduksjon på 42% fra den gjennomsnittlige tykkelsen på 3.1 m i den første perioden (figur 2), og tilsvarer 15% reduksjon i istykkelse pr tiår (3). Siden isoverflaten for førsteårsis (sesongis) er forskjellig fra overflaten til flerårsis (is som har overlevd en eller flere somre), har det lykkes forskerne ved Nansensenteret å skille mellom de to istypene i satellittobservasjonene (4). Resultatene viser at arealet som er dekket av den tykke flerårsisen har minket mer enn dobbelt så hurtig som arealet av det totale isdekket, og at isvolumet derfor minker langt raskere enn isarealet (figur 3). Resultater fra klimamodeller som inkluderer observerte endringer i atmosfærens drivhusgasser og aerosoler (partikler i atmosfæren), har blitt sammenlignet med identiske kjøringer der det antropogene bidraget til drivhusgassene og aerosolene er utelatt. Nylig publiserte resultat viser at de menneskeskapte endringene samsvarer med de som er observert i isarealet (5). I figur 4 er isarealet vist i to ulike modeller. Statistisk analyse av endringene i sjøisen de siste 40 årene, sammenlignet med endringer i en kontrollkjøring over 5000 år, ga at de observerte endringene med 99.9% sannsynlighet var menneskeskapte. Modellering av sjøis er vanskelig (se artikkel av Røed, Cicerone 1/2000), og det er langt igjen til modellene beskriver naturen helt realistisk. Likevel synes det nå klart at sjøisen er i store forandringer, og at de store globale modellene klarer å simulere dette. Observasjoner av atmosfærens og havets klima Endringene i sjøisen faller sammen med observerte endringer i atmosfæren og havet. Studier her kan derfor gi indikasjoner om årsakene til de observerte forandringene. Sammenlignet med den midlere temperatur de siste hundre år, har den globale oppvarmingen av atmosfæren de siste tiårene økt med 0.2 C pr tiår (se artikkel av Grønås i dette nr av Cicerone). Denne temperatur- økningen er representativ for de områder av Arktis

RegClim Cicerone nr 2/2000 21 det finnes målinger fra. Oppvarmingen av luften har vært størst over sentrale områder av Alaska og Sibir. På 1990-tallet faller denne oppvarmingen sammen med et sterkere vestavindsbelte i Nord Atlanteren (se artikkel i Cicerone 5/99 av Grønås, om Den nordatlantiske oscillasjon, NAO). Dette bringer mer marine luftmasser inn over Europa, men også inn over Barentshavet, Karahavet og Laptevhavet (figur 1). Mellom Karahavet og Nordpolen har det i tillegg vært en markant økning i antall sykloner fra 1970 og fram til i dag (6). Dette fører til sterkere og varmere vinder fra sør, som både smelter is på grunn av ekstra tilførsel av varme, og forflytter den ut fra kystene og inn i den jevne driften av is kjent som den transpolare isdriften. Denne isen driver ut mellom Spitsbergen og Grønland, og sørover langs Grønlands østkyst der den gradvis smelter. I takt med den økende vestavinden har et relativt permanent høytrykk over det Kanadiske basseng blitt svekket. Dette har ført til en reduksjon i det fremherskende vindfeltet over det Kanadiske basseng, som til nå har drevet Beaufortvirvelen, en gigantisk sirkulær strøm som har gjort at oppholdstiden til isen i denne delen av Arktis har vært mange år. I de senere år har denne virvelen blitt svakere, og sjøisen har hatt kortere tid på seg til å vokse. Det er også blitt observert store endringer i havet i løpet av 1990 årene. I det Europeiske basseng har den delen av vannkolonnen som består av vann fra Atlanterhavet (fra ca 200 til 1000 m dyp), blitt både varmere og grunnere. Sammenlignet med eldre russiske data, har temperaturen i dette atlantiske laget steget med mellom 0.1 og 1.2 C langs sokkelskråningen fra Svalbard og østover (7). Denne økningen i temperatur kan synes liten, men den representerer en varmemengde som langt overstiger det som skal til for å smelte all isen i Arktis. Over laget av atlantisk vann ligger det et vannlag som hovedsakelig er en blanding av elvevann og vann som fryser på de grunne sibirske sokkelområdene. Dette vannlaget ligger som et isolerende teppe mellom sjøisen og Figur 3: Samlet areal av sjøis i Arktis fra vintrene 1978 til 1998. For hver vinter er månedene november til mars vist. Den heltrukne linjen viser trenden, som representerer en minke på 610,000km 2 (14% paa de 20 årene). Fra Johannessen et al. (1999). Figur 4: Observert og modellert variasjon av årlig midlet sjøisareal fra 1901 til 1998, og modellert isareal fram til 2050. De to modellene bruker realistisk pådrag fra drivhusgasser og aerosoler. Fra Vinnikov et al. (1999). det varme atlanterhavsvannet under, og hindrer at varmen kommer til overflaten og smelter isen. Målinger som er gjort av amerikanske forskere de siste årene (8), viser at denne vanntypen mange steder er blitt borte, noe som kan ha bidratt til en mer effektiv smelting enn normalt i det Eurasiske basseng. Endringene skyldes sannsynligvis at vann fra de store russiske elvene Ob, Yenisey og Lena nå strømmer langs kysten lenger østover enn tidligere, og først blandes ut i Polhavet i det Kanadiske basseng. Dette henger sammen med endringer i den atmosfæriske sirkulasjon. Sentralt i det Kanadiske bassenget har saltinnholdet i overflatelaget blitt kraftig redusert fra 1975 til 1997 (9,10). Omdannet til ferskvann tilsvarer dette 1.2 meter. Noe av reduksjonen i salt ser ut til å være relatert til en netto smelting av sjøis i området, men det meste ser ut til å være ferskere vann som har strømmet inn i det Kanadiske basseng som følge av endringene i atmosfæren. I de siste 10 åra har forskere ved

22 Cicerone nr 2/2000 RegClim Norsk Polarinstitutt gjort målinger av istransporten ut Framstredet, og ved sammenligning med lufttrykket, har måleserien blitt beregnet tilbake til 1950 (11). Denne istransporten er en viktig del av puslespillet om isendringene i Arktis, siden målingene kan gi svar på om endringene er et resultat av smelting i Polhavet, eller om de er et resultat av større transport ut av området. Foreløpige resultat viser store variasjoner fra år til år, men det har ikke vært noen generell økning i transporten. Derimot ser det ut til at det har vært en økning i transporten av ferskt vann ut av Arktis. Begge deler indikerer at issmeltingen foregår internt i Polhavet. Det foreligger nå planer om grundigere overvåking av is og vanntransporten ut Framstredet. Mulige årsaker til forandringene De observerte forandringene i sjøisen i Polhavet ser ut til å være et resultat av to prosesser: a) Forskning utført ved Geofysisk institutt, Universitetet i Bergen viser at strømmen av Atlanterhavsvann langs Norskekysten og inn i Polhavet fører mer varme enn tidligere (12). Mens mengden av vann ser ut til å ha vært relativt konstant, har temperaturen på 1990-tallet vært mer enn 1 C over det som er normalt. Dette har ført til mer issmelting, hovedsakelig i det Eurasiske basseng. b) Endringene i den atmosfæriske sirkulasjonen i Polhavet har flyttet den flerårige isen ut fra kystene, særlig i det Eurasiske basseng. På den måten har store områder blitt isfrie om somrene. Selv om mange av de omtalte forandringene i isen og havet kan spores tilbake til atmosfæren i første omgang, finnes det flere selvforsterkende mekanismer som kan gjøre årsakssammenhenger mer kompliserte enn det som i første omgang blir antatt. Eksempelvis vil sjøis begrense utvekslingen av varme, fuktighet, og bevegelsesmengde mellom atmosfæren og havet. Minker isdekket, vil refleksjonen av solinnstrålingen bli redusert, og havet vil motta mer varme. Samtidig vil havet trolig gi fra seg mer varme og fuktighet til atmosfæren. Den økte fluksen til atmosfæren vil påvirke lavtrykkene, vindfelt vil bli endret, og dette kan igjen endre isdekket. Med andre ord vil en endring i en av de tre komponentene atmosfære, is eller hav, medføre endringer i de andre to. Vårmøte i RegClim, 8. - 9. mai 2000 RegClim skal arrangere et seminar på Thorbjørnrud, Jevnaker 8. -9. mai 2000. På seminaret vil nyere resultater fra prosjektet bli presentert. Flere internasjonalt, fremtredende klimaforskere vil delta på seminaret. Prof. Guy Brasseur, direktør for Max-Planck- Institut (MPI) i Hamburg vil delta og gi en oversikt over instituttets aktiviteter innen klimaforskning. Et tilsvarende foredrag vil bli holdt av direktøren av the Hadley Centre i Storbritannia, Prof. Alan Thorpe. MPI og Hadley Centre er de to ledende institutter innen klimaforskning i Europa. I tillegg vil to internasjonalt kjente klimaforskere, Prof. Hans von Storch (GKSS) og Dr. Ullrich Cubasch (MPI), delta på møtet. For å styrke det nordiske samarbeidet innen klimaforskning vil flere forskere fra de nordiske landene delta. Vil issmeltingen i Arktis påvirke klimaet i Norge? Strømmen av varmt vann fra Atlanterhavet og inn i Norskehavet (Den nordatlantiske strømmen) fører med seg en varmemengde som tilsvarer 75 tusen kilowatt per innbygger i Norge. Golfstrømmen er den direkte årsaken til det enestående gunstige klimaet vi har, sammenlignet med andre områder på tilsvarende bredde. I de senere år har det vært spekulert mye i om denne strømmen vil kunne stoppe opp eller til og med snu (se artikkel av Furevik og Grønås i Cicerone 4/99), og dermed bidra til et langt kaldere klima enn det som vi opplever i dag. Den nordatlantiske strømmen drives hovedsakelig av tre komponenter; A) Nedsynkningen av vann i nordområdene, B) medrivning fra vann som strømmer ut fra Polhavet (det som vi Nye simuleringer (Se figur 2, side 26, Trond Iversen) I Science sitt nummer som kom ut 24. mars i år, finner vi en interessant artikkel av Delworth og Knutson. De foretar fem ulike simuleringer, såkalte klimakjøringer, fra 1865 og fram til i dag. De fem kjøringene starter fra ulike tilstander for klimasystemet. Men ellers er kjøringene like, dvs samme modell og samme data for økning i klimagasser og partikler i atmosfæren. De fem kjøringene viser alle trender for global temperatur ved overflaten som stort sett stemmer med observasjoner, men variasjoner over kortere perioder som tiår er ulike fra kjøring til kjøring. Det merkelige er at en av kjøringene stemmer forbausende godt med observasjonene for hele perioden. Den får med variasjoner slik som det sekundære maksimum rundt 1940. Se artikkel av Trond Iversen.

RegClim Cicerone nr 2/2000 23 kaller for den Estuarine sirkulasjonen), og C) vindpådraget i Nord Atlanteren og Arktis. Smeltingen av sjøis i Arktis vil sannsynligvis redusere nedsynkningen siden overflatelaget vil kunne bli ferskere og lettere, og dermed ha større vansker med å synke ned. Men samtidig vil mindre is i Polhavet kunne føre til en helt annen vertikal blanding her enn det som har vært observert til nå, med det resultat at strømmen av vann ut fra Polhavet blir sterkere. For å kompensere for dette må også transporten av varmt vann mot nord øke. Det er også usikkert hvordan atmosfæren vil svare på endringene i sjøisen og havet. Vintrene og vanntemperaturene vi har observert de siste 10-årene viser i alle fall ingen tegn til en svekket varmetransport mot nord, snarere tvert imot. Det er derfor ikke noen selvfølgelig sammenheng mellom mindre is i Arktis og en svakere nordatlantisk strøm. Det trengs gode numeriske modeller av prosessene i Arktis for å sannsynliggjøre hvilke av effektene som vil være sterkest. Slike studier er en del av modelleringsaktiviteten i programmet RegClim, der utviklingen i Nord Atlanteren og Arktis vil bli studert ved hjelp av globale modeller som kopler is, hav, og atmosfære. Oppløsningen i modellene kan variere geografisk, slik at det vil være mulig å gjennomføre relativt lange kjøringer, og samtidig ha et høyoppløselig fokus på Nord Atlanteren og Arktis. Går vi mot et isfritt Arktis? Det er fortsatt for tidlig å si med sikkerhet at endringene som er observert i Arktis skyldes en menneskeskapt oppvarming, men alt peker på at dette er tilfelle. Det som er helt sikkert, er at dersom trenden i isareal og istykkelse ikke snart flater ut, vil flerårsisen i Arktis være borte i løpet av inneværende århundre. Det vil si at hele Arktis vil være isfritt i sommerhalvåret. Et isfritt Arktis vil ha dramatiske konsekvenser for alt vi kjenner av Arktisk dyreliv. Tenk bare på det rike biologiske mangfoldet vi nå har nær iskanten, der isbjørn, sel og hvalross troner øverst i næringskjeden. De vil alle sannsynligvis få et vanskeligere liv i et isfritt Arktis. Samtidig vil et isfritt Arktis kunne reise en rekke økonomiske spørsmål. Den eldgamle drømmen om direkte skipsruter mellom Europa og Asia via Polhavet, vil kunne bli realisert. Nye oljefelt som nå er dekket av is kan komme til å bli avdekket på sokkelområdene. Nye rike fiskeområder kan komme til å oppstå, mens andre kan miste sin rikdom. Referanser: (1) Wadhams, P.,Evidence for thinning of the ice cover north of Greenland (1990), Nature, 345, 795-797. (2) Bjørgo, E. Johannessen, O. M. og Miles, M. (1997), Analysis of merged SMMR-SSMI time series of Arctic and Antarctic sea ice parameters 1978-1995, Geophysical Research Letters 24, 4, 413-416. (3) Rothrock, D. A. Yu, Y. og Maykut, G. A. (1999), Thinning of the Arctic Sea-Ice Cover, Geophysical Research Letters 26, 23, 3469-3472. (4) Johannessen, O. M. Shalina, E. V. og Miles, M. (1999), Satellite Evidence for an Arctic Sea Ice Cover in Transformation, Science, 286, 1937-1939. (5) Vinnikov, K.Y., Robock, A., Stouffer, R.J., Walsh, J.E., Parkinson, C.L., Cavalieri, D.J., Mitchell, J.F.B, Garrett, D. og Zakharov, V.F. (1999), Global warming and Northern Hemisphere Sea Ice Extent, Science 286, 1934-1937. (6) Maslanik, J. A. Serreze, M. C. og Barry, R. G. (1996), Recent decrease in Arctic summer ice cover and linkages to atmospheric circulation anomalies, Geophysical Research Letters 23, 1677-1680. (7) Grotefendt, K. Logemann, K. Quadfasel, D. og Ronski, S. (1998), Is the Arctic warming?, Journal of Geophysical Research 103, C 12, 27,679-27,687. (8) Steele, M. & Boyd, T. (1998), Retreat of the cold halocline layer in the Arctic Ocean, Journal of Geophysical Research 103, C5, 10419-10435. (9) McPhee, M. G. Stanton, T. P. Morison, J. H. & Martinson, D. G. (1998), Freshening of the upper ocean in the Arctic: Is perennial sea ice disappearing?, Geophysical Research Letters 25, 10, 1729-1732. (10) MacDonald, R.W., Carmack, E.C. & McLaughlin, F.A. (1999), Connections among ice, runoff and atmospheric forcing in the Beaufort Gyre, Geophysical Research Letters 26,15, 2223-2226. (11) Vinje, T. Nordlund, N. & Kvambekk, Å. (1998), Monitoring ice thickness in Fram Strait, Journal of Geophysical Research 103, 10.437-10.449. (12) Furevik, T. (2000), Annual and interannual variability of Atlantic Water temperatures in the Norwegian and Barents Seas: 1980-1996. Deep Sea Res., submitted. Lars Henrik Smedsrud (larsh@gfi.uib.no) disputerte for doktorgraden i mars ved Geofysisk institutt, Universitetet i Bergen. Temaet var for arbeidet var innfrysning av sedimenter i sjøis i Arktis. Tore Furevik (tore.furevik@gfi.uib.no) er forsker i RegClim og arbeider med å koble en global atmosfæremodell med en global havmodell. Han har 50% stilling ved Geofysisk Institutt, Universitetet i Bergen, og 50% stilling ved Nansen Senter for miljø og fjernmåling.