En ny studie finner en utlösare för den lilla istiden som kylde Europa från 1300-talet till mitten av 1800-talet, och stöder överraskande modellresultat som tyder på att plötsliga klimatförändringar under rätt förhållanden kan inträffa spontant, utan yttre tvång.

Studien, publiceras i Vetenskapens framsteg , rapporterar en omfattande rekonstruktion av havsis som transporteras från Ishavet genom Framsundet, av Grönland, och in i Nordatlanten under de senaste 1400 åren. Rekonstruktionen antyder att den lilla istiden – som inte var en sann istid utan en regional avkylning centrerad på Europa – utlöstes av ett exceptionellt stort utflöde av havsis från Ishavet till Nordatlanten på 1300-talet.

Medan tidigare experiment med numeriska klimatmodeller visade att ökad havsis var nödvändig för att förklara långvariga klimatavvikelser som den lilla istiden, fysiska bevis saknades. Denna studie gräver i det geologiska rekordet för bekräftelse av modellresultat.

Forskare sammanställde register från marina sedimentkärnor som borrades från havsbotten från Ishavet till Nordatlanten för att få en detaljerad titt på havsisen i hela regionen under de senaste 1400 åren.

"Vi bestämde oss för att sätta ihop olika bevis för att försöka rekonstruera rumsligt och tidsmässigt vad havsisen var under de senaste ett och ett halvt tusen åren, och sedan bara se vad vi hittade, sa Martin Miles, en INSTAAR-forskare som också har en anställning hos NORCE Norwegian Research Center och Bjerknes Center for Climate Research i Norge.

Kärnorna inkluderade föreningar som produceras av alger som lever i havsis, skalen från encelliga organismer som lever i olika vattentemperaturer, och skräp som havsisen tar upp och transporterar över långa avstånd. Kärnorna var tillräckligt detaljerade för att upptäcka plötsliga (dekadisk skala) förändringar i havsis och havsförhållanden över tiden.

Uppgifterna indikerar en abrupt ökning av arktisk havsis som exporteras till Nordatlanten med början omkring 1300, nådde en topp i mitten av århundradet, och slutade abrupt i slutet av 1300-talet.

"Jag har alltid varit fascinerad av att inte bara se på havsisen som en passiv indikator på klimatförändringar, men hur det interagerar med eller faktiskt kan leda till förändringar i klimatsystemet på långa tider, sade Miles. Och det perfekta exemplet på det kan vara den lilla istiden.

"Denna specifika undersökning inspirerades av en INSTAAR-kollega, Giff Miller, samt av några av rekonstruktionerna av paleoklimatet av mina INSTAAR-kollegor Anne Jennings, John Andrews, och Astrid Ogilvie, "tillade Miles. Miller författade den första artikeln som föreslog att havsis spelade en viktig roll för att upprätthålla den lilla istiden.

Forskare har argumenterat om orsakerna till den lilla istiden i årtionden, med många som föreslår att explosiva vulkanutbrott måste vara av avgörande betydelse för att initiera kylperioden och låta den kvarstå under århundraden. Ena handen, den nya rekonstruktionen ger robusta bevis på en massiv havsis-anomali som kunde ha utlösts av ökad explosiv vulkanism. Å andra sidan, samma bevis stöder en spännande alternativ förklaring.

Klimatmodeller som kallas "kontrollmodeller" körs för att förstå hur klimatsystemet fungerar genom tiden utan att påverkas av yttre krafter som vulkanisk aktivitet eller utsläpp av växthusgaser. En uppsättning nyare kontrollmodellexperiment inkluderade resultat som skildrade plötsliga kalla händelser som varade i flera decennier. Modellresultaten verkade för extrema för att vara realistiska-så kallade Ugly Duckling-simuleringar-och forskare var oroliga för att de visade problem med modellerna.

Miles studie fann att det kanske inte är något fel med dessa modeller alls.

"Vi hittar faktiskt nummer ett, vi har fysiska, geologiska bevis för att dessa flera decennier långa kalla havsisutflykter i samma region kan, gör faktiskt, inträffa, " sa han. När det gäller den lilla istiden, "det vi rekonstruerade i rum och tid var påfallande lik utvecklingen i en Simulering av Ugly Duckling -modeller, där en spontan kall händelse varade i ungefär ett sekel. Det innebar ovanliga vindar, havsis export, och mycket mer is öster om Grönland, precis som vi hittade här." De provokativa resultaten visar att yttre kraft från vulkaner eller andra orsaker kanske inte är nödvändiga för att stora svängningar i klimatet ska inträffa. Miles fortsatte, "Dessa resultat tyder starkt på...att dessa saker kan uppstå ur det blå på grund av intern variabilitet i klimatsystemet."

De marina kärnorna visar också en ihållande, fjärran havspuls nära de nordiska kolonierna på Grönland sammanfaller med deras försvinnande på 1400-talet. En debatt har rasat om varför kolonierna försvann, brukar bara hålla med om att ett svalkande klimat pressade hårt på deras motståndskraft. Miles och hans kollegor skulle vilja ta med i de oceaniska förändringarna i närheten:mycket stora mängder havsis och kalla polära vatten, år efter år i nästan ett sekel.

"Detta massiva bälte av is som kommer strömmande ut ur Arktis - förr och även idag - går hela vägen runt Cape Farewell till runt där dessa kolonier var, " sa Miles. Han skulle vilja titta närmare på oceaniska förhållanden tillsammans med forskare som studerar samhällsvetenskap i relation till klimat.