7.4 Naturlige klimavariasjoner

Et klima som alltid har endret seg

Lenge før mennesker fantes, svingte jordens klima mellom varme perioder og istider. Gjennom jordens 4,6 milliarder år lange historie har klimaet variert naturlig -- og det er viktig å forstå disse naturlige klimavariasjonene for å kunne tolke endringene vi ser i dag.

Variasjonene skjer på svært ulike tidsskalaer, hver med sine årsaker. Over millioner av år endres klimaet av kontinentaldrift og fjellkjededannelse. Over titusener av år styres istidene av Milankovitch-sykluser. Over hundrevis til tusenvis av år spiller solvariasjoner og vulkaner inn. Og over tiår til hundreår virker havstrømmer og naturlig variabilitet. La oss møte de viktigste naturlige driverne -- og se hvordan de skiller seg fra det som skjer nå.

Jordbanens vugge -- Milankovitch-syklusene

Den serbiske astronomen Milutin Milankovitch (1879--1958) viste at variasjoner i jordens bane og aksehelning påvirker hvordan solstrålingen fordeles over jordoverflaten. Disse Milankovitch-syklusene er hovedårsaken til istider og mellomistider.

Det er tre sykluser. Eksentrisitet (ca. 100 000 år) er at jordens bane rundt solen varierer mellom nesten sirkulær og mer elliptisk, noe som påvirker hvor mye solenergi jorden mottar gjennom året. Aksehelning (ca. 41 000 år) er at jordaksen heller mellom 22,1 og 24,5 grader -- større helning gir kraftigere årstider. Presesjon (ca. 26 000 år) er at jordaksen «vakler» som en snurrebass, noe som endrer når på året jorden er nærmest solen.

Hvordan utløser dette istider? Syklusene endrer hvor mye solenergi som treffer høye breddegrader. Når somrene på den nordlige halvkule blir kjølige, smelter ikke vintersnøen, snø akkumuleres og danner iskapper, og den høye albedoen til isen forsterker avkjølingen -- og resultatet er en istid. De siste 2,6 millionene årene (kvartærtiden) har vekslet mellom istider og mellomistider. I en istid dekket iskapper store deler av Nord-Amerika og Europa, havnivået sank fordi vann ble bundet i is, og Norge lå under 2--3 km tykk is; istidene varte typisk 80 000--100 000 år. Mellomistidene er varmere perioder, isen smelter og havet stiger; vi lever nå i en slik mellomistid (holocen). Siste istid, Weichsel, varte fra cirka 115 000 til 11 700 år siden, med maksimum for rundt 20 000 år siden da havnivået var rundt 120 m lavere enn i dag.

Sol, vulkaner og havets svingninger

Også solvariasjoner påvirker klimaet, men effekten er liten. Solflekkssyklusen har en periode på cirka 11 år, og solens totale energiutsending varierer da bare med rundt 0,1 %. Det har funnes lengre perioder med få solflekker, som Maunder-minimumet (1645--1715) som sammenfalt med «Den lille istid» -- men klimaeffekten er usikker. Et viktig poeng: solaktiviteten har vært relativt stabil siden 1950 og kan ikke forklare den observerte oppvarmingen. Solvariasjoner har liten effekt sammenlignet med drivhusgassene.

Vulkansk aktivitet kan påvirke klimaet over kortere perioder. Mekanismen er at en vulkan sender aske og gasser høyt opp, svoveldioksid ($SO_2$) reagerer med vann og danner aerosoler, aerosolene reflekterer solstråling tilbake, og mindre energi når overflaten -- en midlertidig avkjøling. Tambora i 1815 ga «året uten sommer» i 1816, Krakatau i 1883 ga avkjøling i 1--2 år, og Pinatubo i 1991 ga 0,5 graders avkjøling. Men effekten varer bare 1--3 år, fordi aerosolene gradvis faller ut.

Klimasystemet har dessuten naturlig variabilitet på kortere tidsskalaer. El Niño og La Niña er naturlige variasjoner i havtemperaturen i Stillehavet med en syklus på 2--7 år; El Niño gir varmt vann i øst-Stillehavet som påvirker været globalt, La Niña det motsatte. Den nordatlantiske oscillasjonen (NAO) er variasjon i trykkforskjellen mellom Island og Asorene; positiv NAO gir milde, våte vintre i Norge, negativ NAO kalde, tørre. Atlantisk multidekadar oscillasjon (AMO) er en svingning i Nord-Atlanterens havtemperatur med 60--80 års syklus.

La oss se nærmere på «året uten sommer». Tambora-utbruddet i april 1815 i Indonesia var ett av historiens største, og sendte enorme mengder aske og $SO_2$ til stratosfæren. Svoveldioksiden dannet svovelsyreaerosoler som spredte seg globalt og reflekterte solstråling. I 1816 sank den globale temperaturen med 0,5--1 grader, med snø og frost om sommeren i Europa og Nord-Amerika, avlingssvikt og hungersnød -- derav navnet. Lærdommen er at store vulkanutbrudd gir betydelig, men kortvarig (1--3 år), avkjøling, og illustrerer hvor følsom atmosfæren er for endringer i strålingsbalansen.

Oppsummering

Jordens klima har alltid variert naturlig, på ulike tidsskalaer. De viktigste er Milankovitch-syklusene -- eksentrisitet, aksehelning og presesjon -- som styrer istider og mellomistider ved å endre solinnstrålingen på høye breddegrader. Solvariasjoner (solflekkssyklusen) har liten effekt og kan ikke forklare dagens oppvarming.

Vulkanutbrudd gir kortvarig avkjøling via aerosoler, som «året uten sommer» etter Tambora i 1815. Naturlig variabilitet som El Niño/La Niña, NAO og AMO påvirker været over år til tiår. Disse naturlige variasjonene er viktige å kjenne både for å forstå fortidens klima og for å skille naturlige svingninger fra dagens menneskeskapte endring.