Istidsperioder er karakteristiske ved en vekslen mellem to klimatiske faser, som er egentlige istider og mellemistider, hvilke sidste har et noget mildere klima end istider.
Hele Verdenshistorien, inklusive Danmarkshistorien, har udspillet sig i løbet af vores nuværende mellemistid, som vi har givet navnet Holocæn. Vi kan frygte at denne vil finde sin afslutning indenfor nogle få tusinde år, som alle tidligere mellemistider har gjort.
Men der findes to videnskabelige teorier, som giver håb om at en egentlig istid først vil melde sig om mange tusind år.
Den ene er IPCC's teori om at så længe, der er mere end 300 ppm CO2 i atmosfæren, kan temperaturen ikke falde de næste 50.000 år på grund af denne gasarts drivhusvirkning.
Den anden er Milankovitchs astronomiske klimateori, som udsiger at en mellemistid vil afsluttes af en meget lav insolation på 65 grader nordlig bredde i juni, som vil bevirke at is og sne ikke smelter hen over sommeren og dermed starte opbygning af indlandsis, som på grund af dens høje albedo vil reflektere stadig mere sollys tilbage til rummet og derved være årsag til en kædereaktion mod stadig lavere temperaturer.
Imidlertid, matematiske beregninger af fremtidens insolation forudsiger, at der vil ikke komme et sådant lavpunkt de næste 100.000 år.
1. Istider og egentlige istider
Alle istider, lige fra Huron Istiden for to milliarder år siden til vores nuværende Kvartære Istid, har været karakteriseret ved to vekslende alternative faser, som er de egentlige istider og de mildere mellemistider.
Grafen viser variationer i frekvensen af iltisotoper, som karakteriserer egentlige istider og mellemistider i løbet af mellem og sen Pleistocæn. Tiden skrider frem fra bund mod top. Grafen er beregnet ud fra analyse af iltisotoper i sedimenter på havbunden.
MIS betyder Marine Isotop Stadie. Lige numre står for kuldeperioder, altså egentlige istider, og ulige numre står for varmeperioder, herunder mellemistider.
Oxygen har to naturligt forekommende isotoper, nemlig O-16 og O-18.
O-16 udgør 99,8% og har 8 protoner og 8 neutroner, i alt 16. O-18 udgør 0,2% og har 8 protoner og 10 neutroner, i alt 18.
Når vand fordamper, vil vandmolekyler, som indeholder den lette isotop, fordampe hurtigere end vandmolekyler, som indeholder den tunge isotop. Opbygning af indlandsis på kontinenterne kræver fordampning af en masse vand fra havet, som derefter akkumuleres som is på landjorden. Isen vil være beriget med den lette isotop, medens det tilbageværende vand vil være beriget med den tunge isotop. Forholdet O-18/O-16 i havvand må derfor have været højere i egentlige istider end i mellemistider.
Isotopforholdet i organismer med skaller (f.eks. muslinger) afspejler isotop forholdet i vandet, dengang de levede. Da de døde, sank de til bunds og blev til sedimenter i havbunden.
I borekerner fra havbunden kan man finde de bevarede skaller, måle isotopforholdet og derved få en indikation af omfanget af indlandsis på landjorden, da organismerne levede. Graf Michael Houmark Nielsen, Geologisk Institut. Rentegning Annabeth Andersen Geus.
På engelsk kan man kalde selve den lange istid, for eksempel Huronian, Andean-Saharan eller Quaternary, for en "ice age", hvilke perioder dækker millioner af år, og den kortere gentagne fase med omfattende isdække inden for en specifik "ice age", for "glaciation", hvilke sidste typisk kun varer omkring 100.000 år.
Aflejret og forstenet gletcher-dynd ved Ramsey Lake nær Lake Huron i USA - 2,3 milliarder år gammelt. Den lagvise struktur indikerer at der også i Huron Istiden var tale om perioder af egentlige istider afbrudt af mildere mellemistider, således om vi kender dem fra den nuværende Kvartære Istid. Dybest set modsiger dette Milankovitch teorien som generel forklaringsmodel, idet denne bygger på at kontinenterne er lokaliseret som i dag, med store landmasser på 65 grader nordlig bredde, hvorpå der kan opbygges indlandsis, og det var jo ikke tilfældet i Proterozoikum og det meste af Phanerozoikum. Foto Wladyslaw Wlady Altermann Research Gate.
Men på dansk kalder vi begge slags periode for istid, hvilket kan virke forvirrende. Jeg vil kalde den lange "ice age" for en "istid" og den korte "glaciation" for en "egentlig istid" og håbe at der engang i fremtiden vil fremkomme et mere beskrivende ord.
I dag befinder vi os i en mellemistid i den Kvartære Istid, også kaldet Den Pleistocæne Istid, som startede for få millioner år siden. For blot 11.700 år siden sluttede den sidste egentlige istid, Weichel Istiden.
Egentlige istider og mellemistider gennem den sidste halve million år af vor nuværende Kvartære Istid. Tiden skrider frem fra venstre mod højre. Varmeperioder har ulige numre og kuldeperioder har lige numre. Bemærk varmeperioders typiske form, Varmen kommer hurtigt og klinger derefter langsomt af. Graf Research Gate.
Vi har navngivet vor nuværende mellemistid Holocæn. Gennem Jordens geologiske historie har der med stor sandsynlighed været tusinder af mellemistider, men vi mener og føler at den, som vi lever i nu, er noget ganske særligt, fordi alle menneskelige civilisationer og hele verdenshistorien har udspillet sig i den. Den har allerede varet 11.700 år, og den vil med meget stor sikkerhed afsluttes om nogle få tusind år, og isen og kulden vil komme tilbage - ganske uanset atmosfærens indhold af nogle få titusinddele CO2.
2. Milankovitchs astronomiske klimateori
Under 1. Verdenskrig udformede den serbiske ingeniør, Milutin Milankovitch, en teori om at istidernes kommen og gåen skyldes små, cykliske variationer i Jordens bane om Solen.
De tre Milankovitch parametre, som er præcessionen, excentriciteten og aksehældningen. Det antages at disse parametre skabes af gravitationskræfter fra Solen, Månen, Jupiter, Venus og de øvrige planeter. Men uanset den formodede årsag, er det sikkert at Milankovitch parametrene findes. Foto Insolation values for the climate of the last 10 million years A. Berger M.F. Loutre.
Den korteste Milankovitch cyklus er præcessionen. Lad os betragte en snurretop, som er ved at gå i stå. I nogle sekunder før den vælter, vil den vakle, og den øvre ende af dens rotationsakse vil begynde at beskrive en cirkel. Det kaldes aksial præcession.
Medens en snurretop præcesserer hele vejen rundt i en brøkdel af et sekund, vil større toppe præcessere langsommere. Jorden er en meget stor snurretop, den præcesserer en gang rundt hvert 25.772 år. Om 12.000 år vil Jordens akse på grund af præcessionen pege på stjernen Vega i stedet for Polaris, og den nordlige halvkugle vil opleve sommer i december og vinter i juni.
En anden Milankovitch parameter er jordbanens excentricitet. Vi antager almindeligvis at Jordens bane om Solen er cirkulær, men imidlertid er cirklen ikke helt perfekt. Den er strengt taget en ellipse med Solen i det ene brændpunkt. Excentricitet angives som et tal mellem 0 og 1. For en perfekt cirkel er excentriciteten 0. Jordbanens ellipse excentricitet svinger mellem næsten 0 og 0.06 og tilbage igen i løbet af en periode på gennemsnitligt 100.000 år. I dag er jordbanens excentricitet omkring 0,017; hvilket er meget tæt på en cirkel. Ved en meget elliptisk bane vil den pol, som vender mod Solen, når Jorden er nærmest Solen, modtage mere varme end den anden pol. Dette øgede varmeindput bliver modereret af Keplers 2. lov om planeternes bevægelser, som siger at radiusvektor (linjen mellem solen og jorden) bestryger lige store arealer i lige store tidsrum. Hvilket betyder at Jorden vil bevæge sig hurtigere medens den er nær Solen, og vil således ikke modtage den øgede solindstråling i så lang tid.
Solindstrålingen i Watt/M2 for juni på 65 grader nordlig bredde beregnet teoretisk for fortid og fremtid. Tidens skrider frem fra venstre mod højre. Tiden er i "kilo år", der skal altså tilføjes tre nuller. 0 repræsenterer nutiden. Den røde kurve repræsenter insolation beregnet efter alle tre Milankovitch parametre. Den grønne er bidraget alene fra aksehældning og præcession. Som det ses er det excentriciteten, som giver de store udsving. Det ses, at de næste 100.000 år vil der ikke fremkomme nogen alarmerende lav insolation, som vil være i stand til at afslutte en mellemistid. Graf Incredio Wikipedia.
En tredje Milankovitch parameter er aksehældningen. Jorden drejer om sin akse, hvilket er grunden til, at vi har nat og dag. Men aksen er ikke lodret på jordbanens plan, hvilket er årsag til årstiderne. I dag afviger den 23,5 grader med lodret. Det halve af året vil den nordlige halvkugle være mere eksponeret for Solens stråler end den sydlige halvkugle, og omvendt den anden halvdel af året. Men denne vinkel varierer mellem 21,8 grader og 24,4 grader over en periode på 41.000 år. Det vil således tage 41.000 år for aksen at bevæge sig fra minimum til maksimum vinkel med lodret og tilbage igen. Ved en stor aksehældning vil Jorden opleve varme somre og kolde vintre, og ved en mindre aksehældning vil vintrene være knap så kolde og somrene knap så varme.
Det kritiske område omkring 65 grader nordlig bredde er i meget høj grad dækket af landmasser, hvorpå der kan opbygges indlandsis. Foto NASA Terra satelite Meow Wikipedia.
Milankovitch mente at den nordlige halvkugle er klimatisk styrende i forhold til den sydlige, fordi den nordlige er domineret af store landmasser, hvorpå der kan opbygges indlandsis; medens den sydlige halvkugle i stort omfang er dækket af hav.
Milankovitch teorien drejer sig ikke om den totale mængde solenergi, som Jorden modtager. Hvad der betyder noget er den indgående solenergi på det kritiske tidspunkt på det kritiske sted, og det er juni måned på 65 graders nordlig bredde.
En egentlig istid med omfattende indlandsis tænkes således at starte i en periode med meget lav insolation på 65 graders nordlig bredde, således at sne og is ikke når at smelte henover sommeren. Sne er blændende hvidt og vil reflektere en meget stor del af solstrålingen tilbage til rummet, hvilket vil virke selvforstærkende, således at der opbygges endnu mere sne og is år for år.
3. Holocæn vil finde sin afslutning
Istiderne udgjorde 30% af de sidste 2,5 milliarder år af Jordens geologiske historie (Proterozoikum plus Phanerozoikum). Vi kan tro at årsagerne til den stadige vekslen mellem egentlige istider og mellemistider indenfor en istid er astronomiske forhold, som kan antages at være temmelig konstante, hvad disse årsager end er.
Eksempler på beregning af varighed af seks forskellige mellemistider ud fra temperaturer uddraget fra iskerner fra EPICA Dome C på Antarktis. Det ses at det karakteristiske forløb har været at varmen kom hurtigt - med geologisk målestok, og derefter aftog den langsomt eller holdt sig nogenlunde konstant, indtil et karakteristisk knæk på kurven markerer en øget afkølingshastighed ned mod egentlige istidsforhold.
Start af en mellemistid defineres, som ved Holocæn, ved det tidspunkt, hvor EPICA Dome temperaturen når 0℃. I tilfælde, hvor en mellemistid ikke når denne temperatur, fastlægges starten ved at ekstrapolere opvarmningen til 0℃-værdien. Afslutningen af en mellemistid defineres ved det karakteristiske knæk på afkølingsgrafen, hvor EPICA Dome C temperaturen øger sin afkølingshastighed ned mod egentlige istidsværdier. Grafer Nature Unbound X – The next glaciation by Javier - Climate Etc.
Den karakteristiske vekslen mellem de to faser, som karakteriserer vor nuværende Kvartære Istid, må også have været til stede gennem tidligere istider, skulle man tro. I 30% af de sidste 2,5 milliarder år har der været istid. Hvis vi meget groft og generøst regner en egentlig istid til 100.000 år og en mellemistid til 15.000 år, så må der have været - 2,5 milliarder år gange 0,3 divideret med 115.000 - omkring 6.000 mellemistider gennem alle de langvarige istider i Proterozoikum og Phanerozoikum - som alle er kommet til deres afslutning. Hvordan kan vi da tro at netop vor egen elskede Holocæn vil vare evigt?
Normaliseret på den måde, som er ovenfor vist, varede mellemistider mellem 10.000 og 16.000 år, med et gennemsnit på 13.057, idet MIS 7e og MIS 11c undtages, fordi de er unormale. Parenteser betegner at starttidspunktet er beregnet ved ekstrapolering som ovenfor vist. MIS 1, altså Holocæn er endnu ikke afsluttet, men hvis den er en gennemsnitlig mellemistid, så har vi statistisk set 1.357 år endnu, indtil kulden igen melder sig. Tabel Nature Unbound X – The next glaciation by Javier - Climate Etc.
Hver mellemistid er forskellig. De er alle karakteriseret ved forskellige astronomiske forhold i form af varierende kombinationer af Milankovitch variable, forskellige begyndelsesbetingelser, forskellig udvikling og udsat for et kaotisk klimas uforudsigelighed. Men de finder alle sted i en enkelt aksehældningsperiode.
I løbet af blot Pleistocænens 2,6 millioner år er der blevet identificeret 104 marine isotopstadier (MIS), hvoraf halvdelen er varme perioder. I gennemsnit er der en hvert 50.000 år, som næsten svarer til en aksehældningsperiode (41.000 år). Men nogle aksehældningsperioder skabte ikke en mellemistid, hvilket i følge Javier er årsag til ideen om at de 50.000 års istidsperioder skiftede til 100.000 års perioder for 800.000 år siden.
Forfatteren Javier Vinos, climate analyst, diskuterer tre forskellige forhold, som han mener kan fremkalde mellemistider. Tiden skrider frem gennem en million år fra højre mod venstre.
Øverste vandrette linje repræsenterer Jordens aksehældning i stigende og faldende faser, i grader mellem 22,5 og 24,5 i forhold til lodret med den totale cyklus frem og tilbage 41.000 år. De røde og blå lodrette striber repræsenterer perioder, hvor aksehældningen øgedes, altså hver 20.500 år. De hvide lodrette striber repræsenterer perioder, hvor aksehældningen mindskedes. En rød stribe fortæller at lykkedes at skabe en mellemistid i denne periode, og en blå stribe fortæller, at det ikke lykkedes.
Den midterste vandrette linje repræsenterer insolationen i Wat/M2. Insolation menes at have været årsag til mellemistider, når den er over den røde stiplede linje ved 520 Wm2, med nogen forsinkelse (røde cirkler), eller mere omgående, når den er over den grønne stiplede linje ved 550 W/m2 (grønne cirkler).
Den nederste vandrette linje repræsenterer indholdet af O18 i boringer i oceanets bund, idet et højt indhold af denne tunge ilt-isotop repræsenterer en lav temperatur og et lavt indhold en høj temperatur.
Der findes en teori om at meget lave temperaturer i sig selv kan fremkalde en mellemistid, Det er de røde cirkler i bunden, hvor mellemistider i nogle tilfælde starter uden synderlig høj insolation. De blå cirkler repræsenterer tidspunkter med stigende aksehælding og rimelig insolation, hvor det dog ikke rigtigt lykkedes at skabe en mellemistid, men blot en impuls på kurven.
Det falder i øjnene at mellemistider næsten altid fremkommer i perioder, hvor aksehældningen øges, og de stagnerer eller sygner hen i perioder, hvor aksehældningen mindskes. Vi bemærker at vores nuværende mellemistid, Holocæn, allerede er trådt ind i en periode, hvor aksehældningen mindskes.
Vi bemærker at MIS 11, Holsten Mellemistiden, den længste og varmeste mellemistid i mindst 500.000 år, startede uden nogen synderlig insolation, hvilket ikke er godt for Milankovitch teorien som generel forklaringsmodel.
Den nuværende akademiske konsensus er, at en tilbagevenden til egentlige istidsforhold ikke er nogen realistisk mulighed for titusinder af år frem i tiden. IPCC udtrykker stor tillid til at start af en ny egentlig istid ikke er mulig i de næste 50.000 år, hvis CO2-niveauer forbliver over 300 ppm.
Denne påstand afhænger fuldstændigt af sandhedsværdien af teorien om at nogle få ti tusindedele CO2 i atmosfæren styrer planetens klima, hvilken teori er effektivt modbevist på mange forskellige måder. Vi ved for eksempel at Jorden i både Protrozoikum og Phanerozoikum blev hærget af langvarige istider, selv om indholdet af CO2 i atmosfæren var mange gange de 300 ppm.
Desuden står påstanden om umuligheden af en ny istid i modsætning til mellemistiders natur. Gennem hele den geologiske periode Kvartær, der startede for 2,58 millioner år siden, har der været mange egentlige istider og tilsvarende mellemistider, men ingen, som har haft en varighed i størrelsesordenen 50.000 år eller mere. Den længstvarende mellemistid indtil nu har været MIS 11, Holsten, som varede 24.000 år, og den typiske varighed for en mellemistid har været 13.800 år.
En gennemsnitlig mellemistid konstrueret af Javier. Tiden skrider frem fra venstre mod højre. Tidsskalaen forneden referer udelukkende til forskellige faser i denne model af en gennemsnitlige mellemistid.
Den er beregnet og konstrueret ud fra mellemistider af samme type som Holocæn gennem de sidste 800.000 år. Det drejer sig om MIS 5e, 7c-a, 9a, 15a, 15c og 19. Det ses, at han har udeladt MIS 11c og MIS 17.
Den tynde sorte linje repræsenterer den gennemsnitlige temperatur i forhold til EPICA-skalaen til venstre. Det mørke område er 1 standardafvigelse i en normalfordeling.
Den fuldt optrukne sinuslignende kurve repræsenterer den gennemsnitlige aksehældning, som referer til skalaen til højre, som er i grader.
Den stiplede sinuslignende kurve repræsenterer den samlede insolation, som refererer til skalaen til højre i W/M3.
Den tykke sorte linjer viser de typiske faser i en typisk mellemistid. "Glacial inception" betyder start af istiden.
Holocæn befinder sig i fasen Neoglaciation omkring +11.700 henne på modellens tidsskala. Graf Nature Unbound X – The next glaciation by Javier.
Efter alt at dømme er Holocæn ekstraordinært tæt på en typisk mellemistid med hensyn til astronomiske begivenheder. Den gennemsnitlige varighed af Holocæn-lignende mellemistider er 13.800 år.
I modellen ovenfor befinder Holocæn sig i fasen Neoglaciation, 1.500-2.000 år før punktet, "Glacial inception", som er et karakteristisk knæk på kurven, hvor Jordens gletchere vil begynde at øges og udviklingen ned mod egentlige istidsforhold vil tage fart.
