Under glaciala perioder, havsnivån sjunker, eftersom enorma mängder vatten lagras i de massiva inlandsglaciärerna. Hittills, dock, datormodeller har inte kunnat förena havsnivåns höjd med glaciärernas tjocklek. Med hjälp av innovativa nya beräkningar, ett team av klimatforskare ledda av Alfred Wegener Institute har nu lyckats förklara denna diskrepans. Studien, som nyligen publicerades i tidskriften Naturkommunikation , kan avsevärt främja forskningen om vår planets klimathistoria.

Under övergångar från glacialer till interglacialer, glaciärerna på Grönland och i Nordamerika och Europa växer och avtar under tiotusentals år. Ju mer vatten som lagras i de mäktiga glaciärerna, ju mindre det finns i haven — och ju lägre havsnivån är. Klimatforskare undersöker nu i vilken utsträckning glaciärerna kan smälta under de kommande århundradena på grund av antropogena klimatförändringar, och hur mycket havsnivån skulle stiga som ett resultat. Att göra så, de ser tillbaka i det förflutna. Om de kan förstå isens tillväxt och smältning under tidigare glacialer och mellanistider, de kommer att kunna dra värdefulla slutsatser om framtiden.

"Problemet med saknad is"

Dock, att rekonstruera det avlägsna förflutna är ingen enkel bedrift, eftersom glaciärernas tjocklek och havsnivå inte kan mätas direkt. Följaktligen, klimatforskare måste mödosamt samla bevis som de sedan kan använda för att bilda sig en bild av det förflutna. Problemet:olika bilder dyker upp, beroende på vilken typ av bevis som samlas in. Vi kan inte med absolut säkerhet säga hur situationen faktiskt var för tiotusen år sedan. Detta "problem med saknad is" förblev olöst i många år. Den beskriver inkongruensen mellan två olika vetenskapliga tillvägagångssätt som försökte förena havsnivåhöjd och glaciärtjocklek vid toppen av den sista glaciären, ca. 20, 000 år sedan. Ett team av klimatexperter ledda av Evan Gowan från Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI) i Bremerhaven har nu löst problemet med en ny metod. "Det ser ut som att vi har hittat ett nytt sätt att rekonstruera det förflutna så långt tillbaka som 80, 000 år, " säger Dr Gowan, som har undersökt problemet i ungefär ett decennium. Dessa fynd har nu publicerats i tidskriften Naturkommunikation .

Sedimentanalys kontra global klimatmodellering

"Problemet med saknad is" är baserat, å ena sidan, på en analys av sediment från kärnprover insamlade från havsbotten i tropikerna. Dessa innehåller spår av koraller som än idag kan berätta för oss i vilken utsträckning havsnivån steg eller sjönk under årtusendena. Varför? Eftersom koraller bara lever i väl upplysta vatten nära havets yta. Sedimentkärnorna indikerar att 20, 000 år sedan, havsnivån i tropikerna antydde att havsnivån var ungefär 130 meter lägre än den är idag. Å andra sidan, tidigare modeller har föreslagit att glaciärmassorna inte var tillräckligt stora 20, 000 år sedan för att förklara en så låg havsnivå. För att vara mer exakt, för att havsnivån ska vara så låg, på en global skala skulle ytterligare en volym vatten med dubbelt så stor massa som Grönlands inlandsis behöva ha frusit; därav "problemet med saknad is".

Förstå glacial beteende

Med sin nya metod, Gowan har nu förenat havsnivå och glaciärmassa:enligt hans beräkningar, havsnivån vid den tiden var ca. 116 meter lägre än vad det är idag. Baserat på hans inställning, det finns ingen diskrepans när det gäller glaciärmassan. Till skillnad från den tidigare globala modellen, Gowan undersökte noggrant de geologiska förhållandena i de glacierade områdena:hur brant var isytan? Var flödade glaciärer? Hur mycket motstod stenarna och sedimenten vid isens botten isflöde? Hans modell tar hänsyn till alla dessa aspekter. Det tar också hänsyn till i vilken utsträckning inlandsisen pressade ner jordskorpan i respektive område. "Det beror på hur trögflytande den underliggande manteln var, " förklarar Gowan. "Vi baserar våra beräkningar på olika mantelviskositeter, och kommer därför till olika ismassor." De resulterande ismassorna kan nu förenas med havsytan utan någon diskrepans.

Den etablerade modellen är felaktig

Den senaste artikeln av Gowan och hans team granskar kritiskt den sedan länge etablerade vetenskapliga metoden som används för att uppskatta glaciärmassor:syreisotopmetoden. Isotoper är atomer av samma grundämne som har olika antal neutroner och därför olika massor. Syre, till exempel, har en tändare ¹⁶ O isotop, och en tyngre ¹⁸ O isotop. Enligt konventionell teori, den tändare ¹⁶ O avdunstar från haven, medan desto tyngre ¹⁸ O förblir i vattnet. Följaktligen, under istider, när stora inlandsglaciärer bildas och vattenvolymen i haven minskar, de ¹⁸ O-koncentrationen i haven bör öka. Dock, som visats, denna etablerade modell ger avvikelser när det gäller att förena havsnivåhöjd och glaciärmassor för perioden 20, 000 år sedan och tidigare. "Under många år, isotopmodellen har ofta använts för att bestämma isvolymen på glaciärer för upp till flera miljoner år sedan. Vår studie ifrågasätter tillförlitligheten av denna metod, " säger Gowan. Hans mål är att nu använda sin nya metod för att förbättra den traditionella syreisotopmetoden.