Atlanterhavet danser med solen og vulkaner

Naturlige svingninger i havtemperaturen i Nordatlanten har en betydelig indflydelse på klimaet på den nordlige halvkugle. Udsvingene er et resultat af en kompleks dans mellem naturkræfter, men forskere fra Aarhus Universitet kan nu påvise, at de sidste par hundrede år har solens aktivitet og påvirkning fra vulkanudbrud ført an i dansen.

Solen har større indflydelse på havtemperaturens udsving i Atlanterhavet, det fænomen, der er kendt som den Atlantiske Multidecadiske Oscillation (AMO), end forskerne hidtil har troet. I hvert fald ses der en tydelig sammenhæng de sidste 250 år. Foto: Colourbox

Forestil dig en dansesal, hvor to dansere tilsyneladende danser i hver sin rytme. Pludselig finder to partnere sammen og vugger i samme takt, og ser man godt efter, bliver det klart, hvem af dem, der fører dansen.

Det var noget lig det billede, forskere fra Aarhus Universitet kunne se, da de sammenlignede undersøgelser af solens energiudladninger og vulkansk aktivitet gennem de seneste 450 år med rekonstruktioner af havtemperaturens svingninger i samme periode.

Resultatet viste nemlig, at der de sidste ca. 250 år – siden det, vi kender som ”Den Lille Istid” – kan ses en tydelig sammenhæng, hvor de eksterne kræfter, nemlig solens energicyklus og påvirkning fra vulkanudbrud, følges af tilsvarende temperaturudsving med ca. 5 års forsinkelse.

I de forudgående 200 år, dvs. under ”Den Lille Istid”, er koblingen mindre kraftig, og Atlanterhavets temperatur ser ud til i højere grad at følge sin egen rytme.

Resultaterne blev for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature Communications.

Udover at lægge endnu en puslespilsbrik i forståelsen af det komplekse sammenspil af naturkræfter, der styrer vores klima, lægger de danske forskere op til at sammenkæde de to konkurrerende opfattelser af svingningsfænomenets oprindelse.

Temperatursvingninger opdaget omkring årtusindskiftet

Vores klima defineres ud fra målte middelværdier af blandt andet temperaturen gennem 30 år. Nordeuropa har således et varmt og fugtigt klima sammenlignet med andre egne på samme breddegrader. Det skyldes især Den Nordatlantiske Havstrøm (som vi ofte omtaler som Golfstrømmen), der transporterer relativt varmt vand fra den sydvestlige del af Nordatlanten op til havet ud for Nordeuropa.

Men omkring årtusindskiftet blev klimaforskere opmærksomme på, at Atlanterhavets gennemsnitstemperatur ikke er helt stabil, men faktisk svinger i takt over hele Nordatlanten. Fænomenet kaldes den Atlantiske Multidecadiske Oscillation (AMO), som består i, at relativt varme perioder på 30-40 år afløses af kølige perioder af samme varighed. Forskerne har kunnet aflæse de små systematiske variationer i havtemperaturen i Nordatlanten i de målinger, som er foretaget fra skibe gennem de sidste 140 år.

Selvom temperaturudsvingene er små - de er under én grad Celsius - er der i klimaforskningen bred enighed om, at AMO-fænomenet gennem årtusinder har haft betydelig indflydelse på klimaet i området omkring Nordatlanten, men der har hidtil hersket tvivl om, hvad der kunne forårsage denne langsomme rytme i Atlanterhavets temperatur. Én model forklarer fænomenet som intern variabilitet i oceanets cirkulation – lidt som et badekar, der står og skvulper i sin egen rytme. En anden model forklarer AMO’en som drevet af svingninger i den energi, Jorden modtager fra solen og som påvirkes af små ændringer i solens egen energiudstråling, og af eftervirkninger af vulkanudbrud. Disse to faktorer er også kendt som ”eksterne kræfter” der påvirker Jordens strålingsbalance.

Men der har været stor skepsis mod den tanke, at et fænomen som AMO’en overhovedet kunne være drevet af eksterne kræfter. Den skepsis kan Aarhus-forskerne nu mane i jorden.

”Vores nye undersøgelser viser tydeligt, at der siden Den Lille Istid har været en sammenhæng mellem de kendte eksterne kræfter og temperaturudsvingene i havet, som er med til at styre vores klima. Men samtidig viser resultaterne også, at det ikke kan være den eneste drivkraft bag AMO’en, og forklaringen dermed må findes i et komplekst samspil mellem flere mekanismer. Det skal desuden pointeres at disse svingninger forekommer på en baggrund med jævnt stigende havtemperaturer gennem de sidste ca. 50 år – en stigning, der er forbundet med den globale opvarmning", siger hovedforfatter bag artiklen Mads Faurschou Knudsen fra Institut for Geoscience, Aarhus Universitet.

Oceanernes temperatur er målt regelmæssigt siden 1870. I hvert punkt kan der derfor beregnes en middeltemperatur for perioden 1870 til i dag. Havtemperaturen varierer gennem året, og på grund af vejrsystemer, men også på længere tidsskalaer er der signifikante variationer. Vi ser her, hvordan temperaturgennemsnit over 20 års perioder har varieret mellem kolde (blå farver) og varme (røde farver) perioder. Denne variation kaldes den Atlantiske Multidecale Oscillation, som forkortes til AMO.

Data fra Jordens egne arkiver overbeviser

Siden opdagelsen af AMO’en er der blevet gjort forsøg på at lave computersimuleringer af fænomenet, bl.a. for bedre at kunne forstå den bagvedliggende mekanisme. Men computermodellerne har svært ved at genskabe det faktiske AMO-signal, som kan aflæses ud fra de seneste 140 års temperaturdata.

Mads Faurschou Knudsen og hans kolleger har i stedet kombineret alle tilgængelige data fra Jordens egne arkiver, nemlig tidligere undersøgelser af f.eks. radioaktive isotoper og vulkansk aske i isborekerner, som fortæller dels om solens energiudladninger og dels om vulkansk aktivitet gennem de seneste 450 år. Disse data har forskerne sammenholdt med rekonstruktioner af AMO’ens temperaturrytme over de sidste 450 år.

”Vi har kun direkte målinger af Atlanterhavets temperatur fra de sidste 140 år, hvor den er blevet målt fra skibe.  Men hvordan måler man vandtemperaturen længere tilbage i tiden? Her kommer bl.a. studier af årringe i træer fra hele det nordatlantiske område ind i billedet, hvor ”gode” og ”dårlige” vækstbetingelser kalibreres til de faktiske målinger, og længere tilbage i tiden kan årringe i træer langs kysterne derfor fungere som reserve-termometer”, forklarer Mads Faurschou Knudsen.

Resultaterne giver et nyt og meget vigtigt perspektiv på AMO-fænomenet, fordi de er baseret på data og ikke computermodeller, som i sagens natur er ufuldstændige. Problemet er at modellerne ikke fuldt ud beskriver alle de fysiske sammenhænge og feedbacks i systemet, bl.a. fordi disse ikke er forstået til bunds. Og når modellerne så ikke reproducerer det faktiske AMO-signal, er det svært at vide, om de har fanget essensen af AMO-fænomenet.

Solplet-aktivitet og UV-lys under hhv. et sol-maksimum i år 2000 og et sol-minimum i år 2009. Billederne med orange sol er taget med et kamera, der viser den synlige del af spektret, hvilket svarer til solens photosfære, mens billederne med lilla farve er taget med et UV-filter (kun lys med en bølgelængde på 30.4 nm passerer filteret) hvilket viser solens chromosfære. Solens minimum omkring år 2009 var usædvanligt lavt i forhold til de foregående solminima og kun få, eller slet ingen, solpletter blev observeret i denne periode. Læg mærke til hvordan de mørke områder med solpletter under sol-maksimum var forbundet med særlig intens udstråling i UV-spektret. (Foto NASA/AU)

Solen og vulkaners påvirkning

Et forsøg på en simpel forklaring på, hvordan eksterne kræfter som sol og vulkaner kan styre vores klima, kunne lyde således: En stærkere sol opvarmer havet, mens aske fra vulkanudbrud skygger for solen og afkøler havet. Men så simpelt er billedet næppe.

”Temperaturudsvingene i havtemperaturen kommer med en forsinkelse på ca. 5 år i forhold til de højdepunkter, som vi kan aflæse i de eksterne kræfter. Den direkte effekt af store vulkanudbrud ses imidlertid allerede samme år i den globale atmosfæriske middeltemperatur, dvs. med meget mindre forsinkelse. Den effekt, som vi har studeret, er mere kompleks, og det tager tid for effekten at forplante sig til havstrømmene”, forklarer Mads Faurschou Knudsen.

”En spændende ny teori blandt solforskere og meteorologer er, at Solen kan styre klimavariationer gennem de meget store variationer i UV-stråling, som bl.a. ses i forbindelse med ændringer i solpletaktiviteten over solens 11-års cyklus. UV-stråling opvarmer især stratosfæren gennem øget produktion af ozon, hvilket kan have effekt på vindsystemer og dermed indirekte også de globale havstrømme”, siger Mads Faurschou Knudsen, men understreger, at man endnu ikke helt har forstået, hvordan en udvikling i stratosfæren kan påvirke havstrømmene her på Jorden.

Mod en bedre forståelse af vores klima

”I vores tidligere studium af klima i det nordatlantiske område de sidste 8.000 år kunne vi påvise, at Solens aktivitet tilsyneladende ikke styrede Atlanterhavets temperatur. Her vuggede temperaturen gennem lange perioder i sin egen rytme med varme og kolde perioder på 25-35 år. Det fremherskende mønster var, at denne klimasvingning i oceanet var ca. 30-40 % hurtigere end den svingning, vi tidligere havde set i solens aktivitet, som var på ca. 90 år. Det vi nu kan se er, at Atlanterhavet gerne – måske endda helst - danser alene, men under særlige omstændigheder kan de eksterne kræfter bryde oceanets egen rytme og føre dansen, som det er sket de seneste 250 år”, siger artiklens medforfatter Bo Holm Jacobsen fra Institut for Geoscience på Aarhus Universitet, og fortsætter:

”Det bliver spændende at følge, hvor længe Atlanterhavet lader sig føre i denne dans. Den videnskabelige udfordring ligger bl.a. i at forstå de overordnede betingelser, hvorunder AMO-fænomenet er følsomt overfor svingninger i solens aktivitet og vulkanudbrud”. 

Mads Faurschou Knudsen afrunder: ”AMO’en har de seneste 100 år grebet kraftigt ind i væsentlige vejrfænomener som orkanhyppighed og tørke med store økonomiske og menneskelige konsekvenser til følge. En bedre forståelse af dette fænomen er derfor et vigtigt skridt i bestræbelserne på at kunne håndtere og afbøde effekten af klimavariationer”.