Under de senaste 2,6 miljoner åren av jordens klimat har förändrats mellan glaciala och interglaciala stater. Som sådan, det har varit tider då övergången mellan de två klimatstaterna uppträdde med antingen regelbunden eller oregelbunden periodicitet. AWI -forskaren Peter Köhler har nu upptäckt att interglacialernas oregelbundna utseende har varit mer frekvent än man tidigare trott. Hans studie ger ett betydande bidrag till vår förståelse av jordens grundläggande klimatförändringar.

För att förstå människors roll i utvecklingen av vårt nuvarande klimat, vi måste se tillbaka långt, eftersom det alltid har skett klimatförändringar - om än över mycket olika tidsskalor än de antropogena klimatförändringarna, vilket främst beror på användningen av fossila bränslen under de senaste 200 åren. Utan människor, i miljontals år, klimatet förändrades mellan glaciala och interglaciala stater under perioder på många tusen år, främst på grund av jordens lutning som ändras med några grader med en periodicitet på 41, 000 år. Detta i sin tur förändrar vinkeln vid vilken solens strålar träffar jorden - och som sådan energin som når planeten, särskilt på höga breddgrader på sommaren. Dock, det finns starka bevis för att under de senaste 2,6 miljoner åren, interglacials har upprepade gånger "hoppats över". Norra halvklotet - särskilt Nordamerika - förblev fryst under långa perioder, trots att vinkeln på den axiella lutningen ändrades så att mer solenergi återigen nådde jorden under sommaren, som borde ha smält inlandsismassorna. Det betyder att jordens lutning inte kan vara den enda anledningen till att jordens klimat förändras mellan glaciala och interglaciala tillstånd.

För att lösa pusslet, klimatforskare undersöker närmare på vilka punkter i jordens historia oegentligheter inträffade. Tillsammans med kollegor vid Utrecht University, fysikern Peter Köhler från Alfred Wegener Institute (AWI) har nu gjort ett betydande bidrag för att ge en tydligare bild av sekvensen av glaciala och interglaciala perioder under de senaste 2,6 miljoner åren. Tills nu, experter trodde att särskilt under de senaste 1,0 miljoner åren, glaciala och interglaciala perioder avvek från sina 41, 000-årig cykel, och att interglaciala perioder hoppades över, som ett resultat av vilka några glacialperioder varade i 80, 0000 eller till och med 120, 000 år. "För perioden mellan 2,6 och 1,0 miljoner år sedan, man antog att rytmen var 41, 000 år, "säger Peter Köhler. Men som hans studie, som nu har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Naturkommunikation , visar, det fanns också upprepade oegentligheter under perioden mellan 2,6 och 1,0 miljoner år sedan.

Köhlers studie är särskilt intressant eftersom han omvärderade en välkänd datamängd som forskare har använt i flera år-klimatdatasatsen LR04-men kommit fram till helt andra slutsatser. Denna datamängd består av en global utvärdering av kärnprover från djuphavssediment som är miljoner år gamla, och inkluderar mätningar från de gamla skalen av mikroskopiska, encelliga marina organismer-foraminifera-som deponerades på havsbotten. Foraminifera innehåller syre från havsvattnet i sina kalciumskal. Men under årtusenden, nivån på specifika syreisotoper - syreatomer som har olika antal neutroner och därför olika massor - varierar i havsvatten.

¹⁸ O avslöjar hur världen var tidigare

LR04 -datamängden innehåller mätningar av förhållandet mellan den tunga syreisotopen ¹⁸ O till tändaren ¹⁶ O. Förhållandet ¹⁸ O/ ¹⁶ O lagrat i foraminiferas skal beror på vattentemperaturen. Men det finns också en annan effekt som leder till relativt stora mängder ¹⁸ O som finns i foraminiferas skal under glacialperioder:när, under en glacial period, det finns kraftigt snöfall på land, vilket leder till att tjocka isark bildas, havsnivån sjunker - under den studerade perioden, med så mycket som 120 m. Eftersom ¹⁸ O är tyngre än ¹⁶ O, vattenmolekyler som innehåller denna tunga isotop avdunstar mindre lätt än molekyler som innehåller den lättare isotopen. Som sådan, jämförelsevis mer ¹⁸ O kvarstår i havet och ¹⁸ O -innehållet i foraminifera -skalen ökar. "Om du tar LR04 -datasetet till nominellt värde, det betyder att du suddar ut två effekter - påverkan av havstemperatur och landis, eller snarare förändringen av havsnivån, "säger Peter Köhler." Detta gör uttalanden om glacialperiodernas omväxling osäkra. "Och det finns en ytterligare faktor:klimatforskare bestämmer huvudsakligen sekvensen av glacialperioder utifrån istiden på norra halvklotet. Men med hjälp av ¹⁸ O -värden tillåter oss inte att säga om förhistorisk isbildning främst inträffade på norra halvklotet eller i Antarktis.

Datormodell separerar de påverkande parametrarna

I ett försök att lösa detta problem, Köhler och hans team utvärderade LR04 -datasetet på ett helt annat sätt. Data matades in i en datormodell som simulerar tillväxt och smältning av de stora kontinentala isskikten. Vad skiljer det från:modellen kan skilja temperaturen och temperaturförändringens påverkan på ¹⁸ O koncentration. Vidare, den kan exakt analysera var och när snön faller och isen ökar - mer på norra halvklotet eller i Antarktis. "Matematiker kallar denna separation en avveckling, "Köhler förklarar, "som vår modell kan leverera."

Resultaten visar att sekvensen av glacialer och interglacialer var oregelbunden även under perioden 2,6 till 1,0 miljoner år sedan - en upptäckt som kan vara avgörande under de kommande åren. Som en del av det pågående stora EU-projektet 'BE-OIC (Beyond EPICA Oldest Ice Core)', forskare borrar djupare än någonsin tidigare i Antarktis is. Med den äldsta iskärnan hittills återställd, 'EPICA', de har "bara" rest ungefär 800, 000 år sedan. Den gamla isen ger, bland annat, information om hur mycket koldioxid jordens atmosfär innehöll vid den tiden. Med 'Beyond EPICA' kommer de att fördjupa sig cirka 1,5 miljoner år in i det förflutna. Genom att kombinera koldioxidmätningarna med Köhlers analyser, värdefulla insikter kan fås om sambandet mellan dessa två faktorer - fluktuationerna i glacialernas sekvens och koldioxidhalten i atmosfären. Och detta kan hjälpa oss att förstå det grundläggande förhållandet mellan växthusgaser och klimatförändringar i jordens glaciala historia.