På få ställen är effekterna av klimatförändringar mer uttalade än på tropiska toppar som Mount Kilimanjaro och Mount Kenya, där hundraåriga glaciärer nästan har smält helt bort. Nu, ny forskning tyder på att framtida uppvärmning på dessa toppar kan bli ännu större än vad klimatmodeller förutspår för närvarande.

Forskare ledda av en geolog från Brown University rekonstruerade temperaturer under de senaste 25, 000 år på Mount Kenya, Afrikas näst högsta topp efter Kilimanjaro. Arbetet visar att när världen började värmas upp snabbt från den senaste istiden runt 18, 000 år sedan, genomsnittliga årstemperaturer högt uppe på berget ökade mycket snabbare än i omgivande områden närmare havsnivån. På en höjd av 10, 000 fot, medeltemperaturen steg 5,5 grader Celsius från istiden till den förindustriella perioden, studien fann, jämfört med en uppvärmning på endast cirka 2 grader vid havsnivån under samma period.

"När vi kör state-of-the-art klimatmodeller bakåt i tiden till denna period, de underskattar temperaturförändringarna på höga höjder, sa James Russell, en docent vid Department of Earth, Environmental and Planetary Sciences och en stipendiat vid Institutet på Brown for Environment and Society. "Det innebär att modellerna på liknande sätt kan underskatta uppvärmningen på hög nivå i framtiden."

Studien, som Russell ledde med Shannon Loomis, hans tidigare doktorand, publiceras i tidskriften Vetenskapliga framsteg .

Temperaturskillnader

Frågor bland forskare om hur den globala uppvärmningen påverkar tropiska höga höjder går tillbaka omkring 30 år. 1985, inflytelserik forskning av Brown-geologen Warren Prell visade att från den senaste istiden till den förindustriella perioden, havsytans temperaturer i tropikerna steg bara en eller två grad. Under tiden, temperaturrekord uppskattade från tropiska glaciärer på hög höjd antydde mycket mer dramatisk uppvärmning på hög höjd.

"Klimatmodelleringsgemenskapen trodde att det måste vara något fel med ett av dessa temperaturrekord, " sa Russell, "eftersom modellerna helt enkelt inte kan återskapa en så stor skillnad i uppvärmning mellan hög och låg höjd."

Efterföljande arbete har till stor del bekräftat havsytans temperaturuppskattningar, men frågor om höghöjdsdata kvarstod. Denna nya studie syftade till att generera nya, mer robusta rekord på hög höjd.

Under det senaste decenniet, Russells medförfattare Jaap Damsté vid University of Utrecht och kollegor har utvecklat en ny metod för att spåra temperatur genom tiden genom att studera resterna av antika mikrober. Specifikt, de tittar på organiska föreningar som kallas GDGTs som produceras i mikrobiella cellväggar. Den kemiska sammansättningen av GDGT är känslig för temperatur. För att hålla GDGT och cellväggar i ett stabilt och permeabelt tillstånd, mikrober förändrar den kemiska sammansättningen av GDGTs som svar på temperaturförändringar. Russell och hans team har kunnat exakt kalibrera GDGT-sammansättning som finns i sjösediment med lufttemperaturer genom tiden.

"Vi trodde att vi kunde använda den här nya temperaturproxyn för att skapa ett rekord av temperaturer på hög höjd sedan den senaste istiden som antingen bekräftar eller motbevisar det glaciärhärledda rekordet, " sa Russell.

För studien, Russell och hans kollegor tittade på sedimentkärnor tagna från botten av sjön Rutundu, en vulkansjö på Mount Kenya på en höjd av cirka 10, 000 fot. Kärnorna bevarar signaturen för GDGT-kemi som går tillbaka mer än 25, 000 till istiden. Uppgifterna antydde att medeltemperaturerna vid Rutundusjön ökade med cirka 5,5 grader Celsius sedan den senaste istiden - en siffra som överensstämmer med de tidigare proxies för höga höjdtemperaturer. Under tiden, temperaturdata från två sjöar närmare havsnivån – Tanganyikasjön och Malawisjön – tyder på mycket mer blygsamma temperaturförändringar på cirka 3,3 grader respektive 2 grader.

Klimatmodeller kan reproducera temperaturförändringar på låga höjder, men de underskattar förändringen på hög höjd med 40 procent, säger Russell. Det tyder på att det är något fel i hur modellerna simulerar förändringar i atmosfärens förfallohastighet - den hastighet med vilken lufttemperaturen varierar med höjden.

"Alla klimatmodeller beräknar en förfallofrekvens - den är en integrerad del av modellens utdata, "Sa Russell. "Vad det här arbetet visar är att det finns ett problem i hur modellerna gör den beräkningen."

Konsekvenser för framtida klimatförändringar

Det är svårt att diagnostisera exakt vad problemet är, Russell säger, men det har troligen något att göra med hur modeller behandlar atmosfärisk vattenånga. Vattenånghalten är den starkaste styrande faktorn för att styra förfallohastigheten (fuktig luft kyls långsammare med höjden).

"Vi skulle hävda att det förmodligen finns ett problem i koncentrationerna av vattenånga och därför återkopplingen, " sa Russell.

Oavsett källan till problemet, konsekvenserna för tropiska berg kan vara betydande. Modellerna missar nästan hälften av temperaturförändringen på höga höjder tidigare, och de kanske också underskattar framtida förändringar.

"Det här är mycket ömtåliga ekosystem som rymmer extraordinär biologisk mångfald och unika miljöer som tropiska glaciärer, "Sade Russell. "Våra resultat tyder på att framtida uppvärmning i dessa miljöer kan bli mer extrem än vi förutspår."