Ny forskning utförd av Mann Research Group avslöjar att Mid-Pleistocene Transitions förändring i glaciala cykler påverkas av historiska klimathändelser och aktuella miljöfaktorer, vilket ger nya insikter för potentiella klimatbegränsningsstrategier. Kredit: Bladet.se.com
Forskare från Mann Research Group körde en klimatmodell både framåt och bakåt i tiden och upptäckte ett betydande vägberoende i utvecklingen av Plio-Pleistocene glaciationer.
Klimatmodelleringssamhället har varit särskilt irriterat av glaciala och interglaciala cykler under de senaste tre miljoner åren, under vilka det norra halvklotet växlade mellan perioder med och utan omfattande inlandsisar.
Från cirka 1,25 miljoner till 750 000 år sedan – under Pleistocene-epoken – inträffade en förändring i glaciala cykler som kallas Mid-Pleistocene Transition (MPT). Under denna tid skiftade glaciala/interglaciala cykler från att inträffa vart 41 000 år till vart 100 000 år, med en ökning av cyklernas amplitud och asymmetri. Forskare arbetar för att förstå Varför dessa förändringar inträffade, med tanke på att instrålningskraft – variation i energi som jorden tar emot från solen – inte i sig förklarar förändringen.
Vägberoende i glacial evolution
Nu har forskare från Mann Research Group vid School of Arts & Sciences vid University of Pennsylvania och Potsdam Institute for Climate Impact Research funnit ett starkt vägberoende, även känt som hysteresbeteende, i utvecklingen av Plio-Pleistocene glaciationer. Detta betyder att istidens utveckling inte bara är en funktion av faktorer som koldioxidnivåer och solproduktion, utan också att den är begränsad av tidigare händelser.
De visar att en gradvis minskning av både regolit – sediment som förhindrar tillväxten av stora inlandsisar – och i vulkanisk utgasning, när utbrott släpper ut koldioxid i atmosfären, krävs för att producera MPT. Deras resultat publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences.
”Vad vi har sett i den här studien är att med samma mängd vulkanisk utgasning beräknar modellen olika koncentrationer av atmosfärisk CO2. Detta indikerar att kolets kretslopp inte beter sig linjärt och beror på dess initiala tillstånd”, säger första författare Judit Carrillo, postdoktor i Mann Research Group.
Klimatforskaren Michael E. Mann säger att dessa resultat indikerar att det inte är för sent att agera för att förhindra att dagens inlandsisar kollapsar.
Forskarna förklarar att modellen avgör var koldioxiden som avgasas av vulkaner tar vägen. Detta kan hjälpa forskare att bättre förutsäga effekterna av utsläpp av växthusgaser orsakade av människor, säger Carrillo.
Modellbaserad forskning och resultat
Denna forskning använde CLIMBER-2 Earth-systemmodellen av mellanliggande komplexitet, som inkluderar atmosfär, hav, inlandsis och kolcykelkomponenter. Mann förklarar att denna modell tillåter forskare att göra simuleringar av miljontals år, vilket inte skulle vara möjligt med de mest komplexa och detaljerade modellerna. Matteo Willeit från Potsdam Institute, en medförfattare på tidningen, ledde en studie 2019 med denna modell för att återskapa huvuddragen i Plio-Pleistocene glaciala/interglaciala cykler.
I den nya studien byggde forskarna på 2019 års papper genom att driva modellen framåt och bakåt i tiden under de senaste tre miljoner åren, och testade olika regolitkonfigurationer för att bedöma deras inverkan på MPT. Resultaten tyder på att utarmad regolit och sänkta CO2-nivåer krävs för att producera den 100 000-åriga, sågtandsformade cykeln, men att koldioxid bestämmer uppkomsten av MPT mer fundamentalt än graden av utarmning av regolit.
”Vi finner att denna evolution är vägberoende och, för att vara specifik, inte reversibel i tid”, avslutar författarna. ”I experiment som börjar med moderna förindustriella förhållanden och driver modellen tillbaka i tiden med tidsomvänd jordomloppsbana och tektonisk kraft, reproduceras inte de varma, relativt isfria förhållandena från sent Pliocen och tidigt Pleistocen.”
Mann tillägger att detta fynd potentiellt har bredare implikationer. – Det faktum att inlandsisens utbredning inte bara beror på koldioxidhalterna efter riktning i tiden, det vill säga om klimatet är i en avkylnings- eller uppvärmningsfas, ger lite goda nyheter, säger han. ”Även om inlandsisens utbredning minskade avsevärt och havsnivån var betydligt högre förra gången koldioxidnivåerna var så höga som de är idag för flera miljoner år sedan, är inlandsisens kollaps förmodligen inte låst ännu. Vi har en lite av en dämpning om vi kan minska koldioxidutsläppen dramatiskt och snabbt.”
Forskarna varnar för att eftersom simuleringarna är baserade på en enda modell och eftersom långtidssimuleringar av glaciala/interglaciala cykler fortfarande är i sin linda, är deras resultat inte en definitiv karakterisering av klimatsystemets beteende utan ”bör ses som att ge bevis på dynamiskt beteende som är värt att undersökas vidare genom flera modelleringsramverk.” De noterar att ett värdefullt nästa steg från detta arbete skulle vara att utöka simuleringarna längre tillbaka i tiden, in i miocen, när koldioxidnivåerna var ännu högre.
Carrillo säger att Mann Research Group för närvarande arbetar för att bättre förstå hur kolcykeln fungerar och varför hysteresbeteende uppstår och arbetar med en ny version av CLIMBER som har högre rumslig upplösning för att bättre analysera Grönlands inlandsis.
Studien finansierades av det tyska federala ministeriet för utbildning och forskning och University of Pennsylvania School of Arts & Sciences.