Klimaendringer i Antarktis

Antarktis i et geologisk tidsperspektiv

Figur 4 s. 6 i Mayewski et al. 2009 – Forandring i global temperatur over de siste 80 millioner år med illustrasjon over forandring i iskappen i Antarktis.

Isen som i dag dekker størsteparten av Antarktis ble dannet for om lag 34 millioner år siden, relativt nylig sett i et geologisk tidsperspektiv, og mest sannsynlig som følge av nedgang i atmosfærisk CO₂-nivå. Nedgangen i CO₂ skyldtes en kombinasjon av redusert CO₂-utgassing fra undersjøiske fjellkjeder og vulkaner, i tillegg til økt karbonopptak. Denne nedgangen førte til lavere global middeltemperatur, men omtrent 4 ˚C høyere enn i dag. Isen nådde da ut til kanten av kontinentet, men var sannsynligvis varmere og tynnere enn i dag. Klimaet ble brått kjøligere for omkring 14 millioner år siden, antakelig forsterket av økende isolasjon av Antarktis heller enn forandring i CO₂-nivået. De andre kontinentene drev lenger bort fra Antarktis, samtidig som Sørishavsstrømmen (den antarktiske sirkumpolare havstrømmen, Antarctic Circumpolar Current, ACC) utviklet seg. På den tiden vokste innlandsisen omtrent til sin nåværende størrelse, og man tror at den har holdt seg slik siden.

Temperaturforskjellen mellom istider og mellomistider i Antarktis har vært ca. 9 ˚C. Isen i både Arktis og Antarktis vokste i istidene, med påfølgende fall i havnivå på gjennomsnittlig 120 meter. Iskjerner fra både Grønland og Antarktis viser at i mellomistidene de siste 400 000 år har temperaturen har vært 2–5 ˚C høyere og havnivået 4–6 meter høyere enn i dag. Studier av fortidsklima viser at Sørishavsstrømmen oppsto i overgangen mellom eocen og oligocen (34 millioner år siden), da Tasmania forlot Antarktis i geologisk forstand, og Drakestredet åpnet for en sirkumpolar havstrøm rundt Antarktis. Sørishavet fikk dermed sin rolle i koblingen av verdenshavene gjennom den store dyphavssirkulasjonen. Samtidig isolerte havstrømmen Antarktis mot varmetransport til høyere breddegrader.

Iskjerner fra Antarktis fungerer også som klimaarkiv fra fortida. Iskjernene viser at isen har vært i stadig endring som følge av endringer i solinnstrålingen (endringer i formen på jordas bane rundt sola, og dermed avstanden til sola), og viser også at det er en sterk kobling mellom nivået av drivhusgasser og lufttemperatur. Omtrent 98 % av Antarktis er dekket av en kappe av is (innlandsisen) med en gjennomsnittlig tykkelse på minst 2,1 kilometer. Denne isen inneholder 90 % av verdens ferskvann. Sammen med havisen som omkranser den, spiller isen en viktig rolle i strålingsbudsjettet på høyere sørlige breddegrader og er en viktig drivkraft i den atmosfæriske sirkulasjonen. Innlandsisen, som på sitt tykkeste er over 4000 m, holder lufttemperaturene på den sørlige halvkule lave og stabiliserer syklonbeltet rundt kontinentet. Is tilføres innlandsisen gjennom nedbør som kommer som snø. Denne snøen blir så komprimert og danner breis som forflytter seg mot kysten under gravitasjon, til dels i raske isstrømmer. Når isen når kysten renner den ut i havet og danner de store flytende isbremmene. Gjennom denne tilflytelsen av is til kysten har innlandsisen en betydelig rolle i opprettholdelse av klimasystemet i regionen, og endringer i balansen mellom tilførsel og tap av is vil ha betydning for klimautviklingen og globalt havnivå.

Betydelig innsats gjøres for å øke vår grunnleggende kunnskap om dynamikken i den antarktiske innlandsisen og dets betydning i klimasystemet, for på denne måten å forbedre de globale klimamodellene. Det gjenstår imidlertid mye for å få tilfredsstillende modeller.  Norsk Polarinstitutt har gjennom flere større forskningsprosjekter bidratt med ny kunnskap som grunnlag for videre modellutviklinger, for eksempel gjennom prosjekter som ICE Fimbulisen og ICE Iskoller.

Innlandsisen i Antarktis er en viktig indikator når det gjelder dagens klimaendringer, og endringer i isen kan få betydelige konsekvenser. Antarktis har mistet masse de siste to tiårene. Disse tapene er i stor grad fra et avgrenset område, nemlig den antarktiske halvøy og området ved Amundsenhavet i Vest-Antarktis. Det er mange kunnskapshull som skal tettes før vi har grunnlag for å gi fullgode prediksjoner om utvikling av innlandsisen i fremtiden. På grunnlag av dagens modeller forventes det  imidlertid i det nærmeste århundre en økning i massebalanse på innlandsisen på grunn av økt nedbør, men likeledes forventes det at tapet av is langs kysten av Antarktis (kalving og smelting) vil være større enn denne økningen på innlandsisen slik at det totalt sett forventes et massetap i tiden fremover.

Sørishavet er verdens største hav. Sørishavsstrømmen danner forbindelser mellom Stillehavet, Atlanterhavet og det Indiske hav. I Sørishavet produseres det kaldeste vannet med høyest tetthet som danner dypvannet i den globale havsirkulasjonen. Sørishavet og dets fysiske egenskaper er av stor betydning for det globale klimaet.

Foto: AMAP (ACIA-rapporten, Key finding 1)

Sørishavet er et av de minst studerte havområdene i verden. Fra store deler av Sørishavet eksisterer det lite eller ingen data fra perioden før 1950. Datagrunnlaget økte først med inntoget av satellittmålinger på 1970- og 1980-tallet. Logistikk og værforhold begrenser fortsatt datainnsamling, særlig om vinteren. Automatiske datainnsamlere plassert i havet og på marine pattedyr bedrer nå kunnskapsgrunnlaget. Likevel er fortsatt forståelsen av Sørishavets rolle i det globale klimasystemet begrenset som følge av mangelfullt datagrunnlag.

Sørishavet ventilerer verdenshavene og regulerer klimasystemet gjennom opptak og lagring av varme, ferskvann, oksygen og atmosfærisk CO₂. Det sterke vestavindsbeltet som omkranser det antarktiske kontinentet er drivkraften bak verdens største og sterkeste strømsystem, Sørishavsstrømmen (Den antarktiske sirkumpolare strøm). Den er også antatt som den viktigste drivkraften for hele den globale havsirkulasjonen. Det er Southern Annular Mode (SAM^?), også kjent som Antarctic Oscillation, som er hoveddrivkraften i variabiliteten i den atmosfæriske sirkulasjonen på høyere breddegrader på den sørlige halvkule. SAM står for omtrent 35 % av klimavariabiliteten på den sørlige halvkule, og er antakelig drivkraften bak storskala havsirkulasjon i Sørishavet. De siste 50 årene har SAM gått over i en mer positiv fase, med lavere atmosfærisk trykk langs kysten, og høyere trykk på midlere breddegrader. Denne faseforandringen har siden 1970-tallet ført til 15–20 % sterkere vinder i vestavindsbeltet over Sørishavet.

I Antarktis dannes det i vintermånedene havis som dekker opp til 18 millioner kvadratkilometer av havet rundt kontinentet, men i motsetning til Arktis smelter nesten all isen som dannes i løpet av vinteren i løpet av sommeren. Ved slutten av sommeren er det igjen bare om lag 3 millioner kvadratkilometer med havis. Det er først og fremst det åpne havet som forårsaker dette. Det åpne havet gjør at havisen kan bevege seg mer fritt, noe som resulterer i høyere drifthastigheter, og fordi det ikke finnes landmasser som begrenser driften nordover flyter isen lettere inn i varmere farvann hvor den smelter. Ved maksimum utbredelse er havisen i Antarktis omtrent symmetrisk fordelt rundt kontinentet. Isutbredelsen i Antarktis er preget av relativt store variasjoner fra år til år.

Da havisen i Antarktis ikke blir der så lenge har den ikke samme mulighet til å vokse seg så tykk som havisen i Arktis. Tykkelsen varierer betydelig, men ligger vanligvis på 1 til 2 meter.

I Antarktis viser satellittdataene at den gjennomsnittlige havisutbredelsen har økt noe (1,2–1,8 % per tiår mellom 1979 og 2012) i området som helhet, men at det er store regionale forskjeller. Hvorvidt denne økningen er et tegn på en vesentlig endring er usikkert fordi isens utbredelse varierer betydelig fra år til år rundt Antarktis, men tilgjengelig kunnskap tilsier at det er rimelig å anta at havisen i Antarktis etter hvert vil minke i utbredelse og tynnes.

Som for Arktisk kan dette på sikt bety at strålingsbalansen i det globale klimasystemet vil påvirkes gjennom albedoeffekten^?. Oppvarming vil kunne påvirke dypvannsdannelse^? gjennom overflateoppvarming og økt ferskvannstilførsel, og påvirker dermed motoren i havsystemet, som igjen danner rammen for det globale klimaet.

I Antarktis er omtrent 10 % av tørre landområder isbrem (en isbrem er delen av en isbre som flyter på havet.) Ferskt smeltevann på undersiden av isbremmene er viktig for havsirkulasjonen og isdekket rundt Antarktis. Vannet som renner ut i havet danner et overflatelag med ferskt og kaldt vann. Tilstanden til isbremmene utgjør dermed en viktig komponent i klimasystemet.

Isbremmene er av natur dynamiske og mister masse ved kalving av isfjell fra isfronten og smelting på undersiden av bremmen. Omtrent halvparten av smeltingen av innlandsisen i Antarktis skjer på undersiden av isbremmene. Rundt Antarktishalvøya har det imidlertid pågått en nedbrytning av isbremmer de siste tiårene av en grad som ikke har skjedd de siste 10 000 år. På slutten av 90-tallet kollapset deler av Larsen-isbremmen på den Antarktiske halvøya, og i 2009 kollapset Wilkins-isbremmen i Vest-Antarktis. I alt har 7 av 12 bremmer rundt halvøya trukket seg tilbake med et totalt tap på 28 000 km². Hastigheten på tilbaketrekningen ligger nå på rundt 6 000 km per tiår. Senere tiders studier viser at smelting i hav–is-sjiktet (undersiden) har større betydning enn tidligere antatt, og det er antydet at så mye som 55 prosent av masse tapt fra isbremmene i Antarktis skjer gjennom slik smelting.

Et annet perspektiv er at isbremmene demmer opp for isbreene og innlandsisen innenfor. Dersom isbremmene i fremtiden kollapser, vil dette påvirke tilførsel av landbasert is til havet, og gjennom det havnivået. Observert kollaps av enkelte isbremmer ved Antarktishalvøya har resultert i økt avrenningshastighet på isbreene på 300–800 % i de områdene hvor bremmene har forsvunnet.

Det er viktig å forstå prosessene knyttet til isbremmene for å få bedre forståelse for hvordan endrede globale klimaforhold, for eksempel økte hav- og lufttemperaturer, vil innvirke på isbremmenes stabilitet og dermed på den videre klimautviklingen. Det gjenstår fremdeles betydelig arbeid for å kunne inkludere disse prosessene på en god måte i klimamodeller. Tidligere har hoveddelen av forskning på isbremmer konsentrert seg om de stor isbremmene Filchner-Ronne og Ross. Isbremmene langs Dronning Maud Land har potensiale til å smelte vel så mye som disse store isbremmene. Dette, kombinert med de store endringene i isbremmene rundt Antarktishalvøya, har ført til betydelig større interesse for de små isbremmene, og forskning på isbremmer og vekselvirkningen mellom den antarktiske innlandsisen og havet er et tema som for tiden har stor fokus. Forskning ved Norsk Polarinstitutt bidrar til dette.

Havisutbredelsen i Antarktis er stabil eller svakt økende med store regionale forskjeller. Utbredelsen i Antarktis var rekordhøy i 2013, sammenliknet med hele perioden man har satellittmålinger fra. I Antarktis viser satellittdataene at den gjennomsnittlige isutbredelsen har økt noe (1,2–1,8 % per tiår mellom 1979 og 2012) i området som helhet, men at det er store regionale forskjeller. I området rundt Antarktishalvhøya minker havisutbredelsen. I Bellingshausenhavet har havisen trukket seg tilbake omtrent 5,3 % reduksjon i isdekke per tiår de senere årene, nært knyttet til temperaturøkningen over Antarktishalvøya. Vest på Antarktishalvøya har issesongen minket med nesten 90 dager, og flerårsisen har forsvunnet. Disse endringene skjer stadig raskere. Utviklingen i havisen i sør kan knyttes til isens bevegelsesmønstre, og vinddrevet endring i isdynamikk som den dominerende faktor. Det er også foreslått at ferskvann fra smeltende innlandsis spiller inn.

Framtidsscenarioer

Tilgjengelig kunnskap tilsier at det er rimelig å anta at havisen i Antarktis etter hvert vil minke i utbredelse og tynnes.

Sentrale havisprosesser

Mengden av og egenskapene til snø på havis, forekomsten av sot og smeltedammer på isen er faktorer som påvirker isens albedo^?.

Mye av dagens forskning fokuserer på å kvantifisere disse faktorenes bidrag til avsmeltingen i Arktis. Det samme gjelder skyenes rolle i den globale oppvarmingen, og hvordan mindre havis i Arktis vil påvirke skydannelse. Resultatet av forskningen vil gjøre klimamodellene mer robuste og presise, noe som er svært viktig for framskriving av havisutviklingen.

Omtrent 98 % av Antarktis er dekket av en iskappe med en gjennomsnittlig tykkelse på minst 2,1 kilometer. Denne isen inneholder 90 % av verdens ferskvann. I iskjerner fra Antarktis kan temperaturen leses av 800 000 år tilbake i tid.

Antarktis har mistet ismasse de siste to tiårene. Disse tapene er i stor grad fra et avgrenset område, nemlig den antarktiske halvøy og området ved Amundsenhavet i Vest-Antarktis. Isbremmene rundt Antarktishalvøya gjennomgår store forandringer. Isen har trukket seg tilbake, slått sprekker, og store deler har kollapset på begge sider av halvøya. Reduksjonen i isbremmene i løpet av de siste 50 årene er estimert til over 28 000 km^2. Hastigheten på tilbaketrekningen ligger nå på rundt 6 000 km per tiår.

Isbremmenes tilbaketrekning skjer ved at isen sprekker opp, og at sprekkene fylles med smeltevann. Relativt varmt havvann trenger også inn under isbremmene. Når deler av isbremmene forsvinner, øker også hastigheten på isstrømmen fra innlandsisen. Kollaps av enkelte isbremmer ved Antarktishalvøya har resultert i 300–800 % økt avrenningshastighet på isbreene i de aktuelle områdene hvor bremmene har forsvunnet.

Området rundt Amundsenhavet er den delen av innlandsisen i Antarktis hvor isbreene trekker seg raskest tilbake. For eksempel har hastigheten til Pine Island-breen økt med 40 % siden 1970. Thwaitesbreen og fire andre isbreer i denne sektoren minker i tykkelse i stadig raskere tempo. Smithbreen har økt hastigheten på isstrømmen med 83 % siden 1992. For tiden taper dette området mellom 50 og 137 gigatonn (Gt) is per år, som tilsvarer dagens nivå fra hele Grønlands iskappe. Dette er et betydelig bidrag til global havnivåstigning.

I Øst-Antarktis er endringene i innlandsisen mindre dramatiske. Størst endring er det nært kysten. Iskappens masse øker moderat i innlandet på grunn av økt nedbør. Isbremmene varierer mellom å øke moderat og minke sterkt i tykkelse. Data fra passive mikrobølger antyder økt kystnær smelting av isbremmene.

Fremtidsscenarier

I Antarktis ventes det derimot det nærmeste århundre en økning i massebalanse på innlandsisen på grunn av økt nedbør, men samtidig forventes det at tapet av is langs kysten av Antarktis (kalving og smelting) vil være større enn denne økningen på innlandsisen slik at det totalt sett forventes et massetap i tiden fremover.

Konsekvenser

Det forventes at tapet av is langs kysten av Antarktis (kalving og smelting) vil være større enn økningen på innlandsisen forårsaket av økt nedbør, slik at Antarktis totalt vil fortsette å bidra til havnivåstigningen. Innlandsisen i Antarktis inneholder ferskvann tilsvarende 57 meter global havnivåstigning. På kort sikt er det kun en kollaps av de antarktiske ismassene som er i kontakt med havet – eller der hvor berggrunnen ligger under havnivå – som ser ut til å kunne gi en betydelig større havnivåstigning enn anslått. Foreløpig tilsier kunnskapen at en slik eventuell situasjon bare vil føre til noen tidels meter mer innenfor dette århundret.