Hur vet vi jordens temperatur för miljoner år sedan?

Svar av Dan Hammarlund, professor i kvartärgeologi, Lunds universitet

Det finns en mängd metoder för att rekonstruera hur jordens klimat och miljö har varierat i det förgångna med hjälp av så kallade naturliga arkiv. De längsta kurvorna sträcker sig många miljoner år tillbaka, och kan till exempel vara baserade på mätningar av syreisotoper i bottensediment i havet, eller koncentrationen av klyvöppningar på fossila blad i olika typer av sediment.

Gemensamt för dessa metoder är att de avspeglar miljöförändringar som på något sätt relaterar till klimatvariationer, dock utan att direkt avspegla medeltemperaturen. Metoderna i exemplen ovan ger oss information om hur mängden inlandsis på kontinenterna respektive atmosfärens koldioxidhalt har varierat.

Isborrkärnor, som frågeställaren nämner, ger mer detaljerad och direkt information om hur just temperaturen i atmosfärens lägre delar har varierat, och de går betydligt längre tillbaka än några tusen år.

Sedan slutet av 1960-talet har ett stort antal borrningar genomförts i de stora inlandsisarna på Grönland och i Antarktis. Det har gett oss kontinuerliga borrkärnor av glaciäris, alltså snö som har ansamlats år efter år under tusentals år. De längsta iskärnorna når cirka tre kilometers djup och går 123 000 år tillbaka på Grönland och 800 000 år tillbaka i Antarktis. (Efter att detta svar författades har avståndet ökat till 1,2 miljoner år.)

Genom att mäta förhållandena mellan olika isotoper av syre eller väte på olika djup i borrkärnan kan vi avgöra hur temperaturen har förändrats i det förgångna. Dessa data avspeglar temperaturförändringar på de platser där borrkärnorna togs, men mycket tyder på att de i grova drag representerar globala trender.

Utöver temperaturer kan iskärnorna ge oss information om många andra miljöförändringar. Isen innehåller små luftbubblor med bevarad atmosfär från när varje lager i isen bildades. I dessa bubblor är det möjligt att mäta koncentrationen av de viktigaste växthusgaserna, koldioxid och metan.

Vi kan se att förändringar i atmosfärens koldioxidhalt samvarierar med klimatet i Antarktis, med låga koncentrationer under istiderna och höga koncentrationer under värmeperioderna. Detta visar att temperatur och koldioxidhalt är intimt sammankopplade och förstärker varandra.

Atmosfärens koldioxidhalt började öka strax före temperaturen vid slutet av den senaste istiden, vilket visar att koldioxidhalten inte bara var en återkoppling på naturliga klimatförändringar, utan också en viktig drivkraft för isavsmältningen.

I modern tid har mänskliga utsläpp av koldioxid förskjutit jordens klimatsystem väl utanför den naturliga variationen under istidscyklerna och lett till den kraftiga uppvärmning vi upplever i dag, ett samband som är fysikaliskt väl belagt. Vi ser inga exempel i iskärnorna på större ökningar i koldioxidhalt som inte åtföljts av temperaturökningar.

Även metankoncentrationen i atmosfären avspeglar förändringar från istider till värmeperioder, främst genom att våtmarkernas utbredning var mindre under de kallare och torrare istiderna.