Orsaker och effekter av antarktisk is | natur

Orsaker och effekter av antarktisk is | natur

Anonim

ämnen

  • Atmosfärisk vetenskap
  • Klimatvetenskap

För cirka 34 miljoner år sedan var det en snabb tillväxt av is på Antarktis. En modelleringsstudie indikerar att den ultimata orsaken till denna glaciation var en minskning av koncentrationen av atmosfärisk koldioxid. Se Brev s.574

På sidan 574 i denna fråga har Goldner et al . Jag tacklar en långvarig debatt inom paleoclimate science: orsakerna och effekterna av den största klimatövergången under de senaste 50 miljoner åren, som inträffade för cirka 34 miljoner år sedan. Det kännetecknades av snabb kylning och tillväxt av antarktisk is, vilket markerade en förändring från det varma "växthus" -klimatet från Eocene-epoken till "ishouse" i Oligocene-epoken.

Med hjälp av en numerisk klimatmodell undersökte författarna effekterna av att införa ett kontinentalt isark på Antarktis och fann att de rumsliga mönstren för havskylning som förutses av modellen överensstämmer väl med kylmönstret utifrån den geologiska uppgiften för denna tidsperiod. Denna kylning, och tillhörande havcirkulationsförändringar, har tidigare tillskrivits geografiska förändringar i havs sund och sjövägar, men Goldner och kollegor drar slutsatsen att kylningen bättre förklaras som ett svar på antarktisk istillväxt, självt orsakat av en minskning av koncentrationen av atmosfärisk koldioxid.

Före kylningen vid övergången Eocene – Oligocene (EOT) var mycket av Antarktis växtligt och var hem för flora och fauna som idag finns närmare ekvatorn, inklusive blommande växter, bokskogar och pungdjur 2 . Två huvudhypoteser har framkommit för att förklara kyla och tillväxten av is under denna period, som inträffade under cirka 300 000 år 3, 4 . Det första förslaget, kallad gateway-hypotesen, säger att gradvisa rörelser av kontinentala plattor under miljoner år gradvis utvidgade Drake Passage och Tasman Gateway i södra oceanen, vilket möjliggör ett ökat havsflöde runt Antarktis. Detta ledde till minskad polärvärmetransport, vilket resulterade i kylning av den antarktiska kontinenten och tillväxten av Antarktisens isark. Det andra förslaget, kallat CO 2 -hypotesen, säger att en minskad koncentration av atmosfäriska växthusgaser, särskilt CO 2, ledde direkt till kylning av den antarktiska kontinenten och tillväxten av isarken.

En rad bevis som tidigare använts till förmån för gatewayhypotesen rör det rumsliga mönstret för EOT havstemperaturförändring. Detta mönster härleds genom att borra djupt in i det moderna havsbotten och utvinna kärnor av forntida havsediment. Kärnorna analyseras med avseende på deras kemiska och isotopiska sammansättning, vilket ger insikt om förändringar i havstemperatur över tid. Genom att borra kärnor på olika platser och djup i Atlanten har en sådan analys visat ökande nedkylning till ett djup på 2 kilometer och ökad kylning från ekvatorn söderut. Hittills har det föreslagits att denna signatur bäst förklarades av gateway-hypotesen 5, liknar den som förutses som ett svar på förändringar i havcirkulationen i samband med utvecklingen av havsportarna 6 .

Goldner et al . föreslå att en sådan signatur kan förklaras lika, eller bättre, av CO 2 -hypotesen. När forskarna inkluderade en förstorad antarktisk isplatta i sin numeriska klimatmodell av EOT, var den förutsagda temperaturförändringen i Atlanten mycket lik den som härleddes från havets sedimentkärnor. Detta var inte fallet när de införde ändringar av havsportarna i linje med gatewayhypotesen (i motsats till tidigare arbete 6, som författarna hävdar använde modelleringsverktyg som är mindre avancerade än deras egna). Som sådan har Goldner et al . drar slutsatsen att deras arbete ger stöd för CO 2 -hypotesen.

En av styrkorna med detta dokument är att Goldner och kollegor noggrant har analyserat sina modellresultat för att förstå klimatmekanismerna (fig. 1) som ger upphov till de modellprognoserade mönstren för havets kylning och cirkulation. Men enligt min uppfattning finns det fortfarande flera intressanta frågor.

a, b, diagrammet visar den atlantiska sektorn för de höga breddegraderna på södra halvklotet före ( a ) och efter ( b ) tillväxten av den kontinentala isen i Antarktis vid övergången Eocene – Oligocene för 34 miljoner år sedan, enligt modell av Goldner och kollegor 1 . Vid denna övergång leder en minskande koncentration av koldioxid i atmosfären till atmosfärisk kylning och tillväxt av den antarktiska kontinentalisen och havsisen. Den resulterande isarken inducerar en nord – syd atmosfärisk tryckgradient nära ytan, som driver ökade östliga ytvindar (rör sig mot väster; in på sidan som indikeras av den blå pilen) runt Antarktis. Dessa vindar förändrar havets cirkulation, vilket förbättrar havsflödet söderut genom en process som kallas Ekman-transport. Denna täta (kalla och relativt salta) vattenmassa rinner nedåt när den når den antarktiska kusten. Diagram som inte ska skalas.

Bild i full storlek

För det första, även om författarna gör slutsatser om orsakerna till antarktisens isväxt, kan de inte ta itu med detta uttryckligen eftersom deras modellering inte innehåller en fullständig representation av samspelet mellan is och klimat. Det är möjligt att en förändring i gateways orsakade kylning som ledde till tillväxten av Antarktisisen, och det är dessa effekter som ses i den geologiska registreringen. Orsakerna till isarkväxt (eller reträtt) förstås bäst genom användning av integrerade klimat- och isarkmodeller. Ice-ark-modeller har nyligen genomgått en period av snabb utveckling (se till exempel ref. 7), så tiden är mogen för att tillämpa dessa på paleoclimate-händelser som EOT.

För det andra är modeller per definition approximationer av den verkliga världen, och det kommer att vara avgörande för andra grupper att verifiera dessa resultat med sina egna modeller. Detta är särskilt viktigt eftersom annat nyligen utfört modelleringsarbete 8 har visat ytuppvärmning i atlantisk sektor som svar på en ökad antarktisk isplatta - även om den studien fokuserade på den nyare mellanmiocen klimatövergången, som inträffade för cirka 14 miljoner år sedan. Detta i motsats till den tidigare kylning som Goldner och kollegor hittade.

För det tredje kvarstår också frågan om varför växthusgaser förändrades just nu och hur mycket. Indirekta uppskattningar av CO 2 -koncentrationen indikerar ett samtidigt fall 9, 10, även om osäkerheten för dessa uppskattningar för närvarande är stor. Möjliga orsaker inkluderar förändringar i balansen mellan källor (till exempel minskad vulkanism) och / eller sänkor (t.ex. ökad förvitring av silikatbergarter) och / eller förändringar i kolbehållare (till exempel en ökning av kolens uppehållstid) i havet, på grund av förändringar i cirkulationen i havet). Att välja ifrån dessa möjliga orsaker är en viktig utmaning.

Goldner och kollegor avslutar sitt papper med ett varningsord och noterar att en komplex webb av positiva och negativa återkopplingar innebär att klimatsystemet ofta kan bete sig oväntat. Detta kan tolkas som en stark not av försiktighet när det gäller mänsklighetens egna nuvarande CO 2 -experiment med klimatsystemet.

kommentarer

Genom att skicka en kommentar samtycker du till att följa våra villkor och gemenskapsriktlinjer. Om du finner något missbruk eller som inte överensstämmer med våra villkor eller riktlinjer ska du markera det som olämpligt.