Torvmossarna kan orsaka istid

Torvmossar har en i det närmaste unik förmåga att lagra kol. Som all växtlighet tar mossarna upp koldioxid via fotosyntesen. Men tack vare torvbildningen fungerar de även som kolsänkor, det vill säga de binder stora mängder organiskt kol som annars skulle oxideras till koldioxid och bidra till växthuseffekten.

Under 1990-talet utvecklade Lars Franzén, professor i naturgeografi, en ny teori om hur istiderna uppstår. Han undersökte bland annat torvmossars ekologi och kom fram till att torvmarkerna har en central roll i istidscyklerna.

Torvmossarnas unika egenskaper medför att de kan binda så mycket koldioxid att växthuseffekten minskar. Om torvmossorna fick breda ut sig utan mänsklig påverkan, skulle de kunna orsaka sådana temperatursänkningar att en istid uppstod, resonerade han: ”Om vi accepterar att förhöjda halter av koldioxid i atmosfären leder till en höjning av den globala temperaturen, så måste vi också acceptera att en sänkning av koldioxidnivåerna medför ett kallare klimat.”

Lars Franzén, som avled tidigare i år, är sannolikt den enda forskare som har presenterat en rent biologisk förklaringsmodell till istidscyklerna. En mer vedertagen teori är annars att dessa orsakas av variationer i solinstrålningen till jorden. Och visst kan det låta underligt att något så oansenligt som torv skulle kunna hålla planeten i ett köldgrepp som varar i närmare 100 000 år. Men faktum är att torvmossar har en enorm tillväxtpotential.

Torvmossar består till stor del av vitmossa som suger upp regnvatten som en tvättsvamp. Regnvattnet försörjer mossen med näringsämnen vilket medför att den kan växa på näringsfattig jord. Eftersom vattnet i mossen står stilla blir det snabbt syrefattigt. Det leder till att nedbrytningen av död mossa och övrigt växtmaterial stannar av. Det här är grunden för själva torvbildningen.

En torvmosse kan vara flera meter hög. Men bara det översta lagret består av levande mossa, för i samma takt som mossen växer uppåt, så dör den underifrån. Med tiden blir mossen så toppig att regnvattnet börjar flöda ner efter sidorna och bildar en blöt kantzon. Mossen börjar nu växa till i kantzonen medan höjdtillväxten stannar av. Det leder till att mossen blir flackare så att mittpartiet återigen kan binda vatten. Mossen börjar då växa på höjden igen.

Man kan säga att torvmossen skapar en miljö som gynnar dess tillväxt och kan på så sätt breda ut sig över stora områden. Torvmossarna har till och med förmågan att konkurrera ut skogen.

– Om en torvmosse växer in i en skog sker en försumpning av skogsmarken. Jorden blir då så blöt och syrefattig att trädens rötter dör. Träden faller och mossan växer över dem, säger professor Lars Lundin på Institutionen för vatten och miljö vid Sveriges lantbruksuniversitet.

Tillsammans med sina kolleger på Göteborgs universitet har Lars Franzén beräknat torvmossornas maximala utbredningsområden i Sverige. Förutsättningen var att människan inte påverkade miljön. Beräkningarna speglar således Sveriges natur vid tidigare mellanistider. Forskarnas kalkyler visar att närmare hälften av Sveriges landarealer kan ha varit täckta av torvmossar vid slutet av förra mellanistiden.

Under sådana omständigheter skulle torvmossarnas årliga kolupptag bli 6–9 gånger större än i dagsläget. Forskarteamet gjorde även en uppskattning av kolupptaget från jordens alla torvmossar. Beräkningarna indikerar att, om jordens alla torvmarker fick växa fritt under en hel mellanistid, skulle de kunna lagra in en miljard ton kol per år. Det är fem gånger mer än vad som årligen lagras i havsbottnarnas sediment, som anses vara en betydelsefull kolsänka.

Det har beräknats att en fördubbling av atmosfärens koldioxidhalter – jämfört med de nivåer som rådde före industrialiseringen – skulle ge en temperaturökning på 3–4 grader på nordliga breddgrader, medan en halvering av samma koldioxidnivåer skulle leda till en temperatursänkning på hela 20 grader. Små koldioxidsänkningar får således stora klimateffekter. Enligt Lars Franzén skulle jordens torvmarker kunna suga upp två volymenheter (2 ppm, parts per million) av atmosfärens koldioxid, vilket skulle räcka för att utlösa en ny istid.

Under den senaste årmiljonen har istiderna utgjort jordens normaltillstånd. Mellanistiderna har varit korta, cirka 10 000–15 000 år. Den pågående mellanistiden har varat i ungefär 12 000 år, vilket innebär att vi borde stå på randen till en ny istid. Men om atmosfärens koldioxidnivåer reglerar istidscyklerna – så kan nästa istid dröja. Lars Franzén spekulerade i att människans utsläpp har förlängt vår mellanistid genom att hålla koldioxidhalten på en betryggande hög nivå. Utan mänsklig påverkan, resonerade han, hade den oundvikliga utvecklingen mot istid fortgått.

Det finns även andra forskare som anser att våra utsläpp av växthusgaser kan förlänga den rådande mellanistiden.

– De nuvarande koldioxidnivåerna är sannolikt tillräckligt höga för att kunna förhindra att en ny istid uppstår. Och om man väger in att våra koldioxidutsläpp kan stanna i atmosfären under flera tusen år, så kan man spekulera över om vi redan skapat förutsättningarna för en fördröjning av istiden, säger professor Heinz Blatter, som är klimatforskare vid Schweiz tekniska högskola, ETH, i Zürich.

Men Heinz Blatter tror inte att koldioxidnivåerna i atmosfären reglerar istidscyklerna. Han, i likhet med många andra forskare, anser att istiderna regleras av variationer i solinstrålningen till jorden.

Jordens bana runt solen förändras över tid. Under en tidsperiod på 100 000 år blir den alltmer elliptisk för att sedan bli rundare igen. När jordbanan är elliptisk kan skillnaderna mellan årstiderna bli kraftigare eftersom jordens avstånd till solen förändras under året. Även jordaxelns lutning varierar. Under en tidsrymd på 41 000 år förändras lutningen med ett par grader, och ju mer axeln lutar, desto större blir skillnaden mellan årstiderna. Dessutom roterar själva jordaxeln i en cirkel, ett fenomen som kallas precession och som har en cykel på 21 000 år. Precessionen avgör vilken årstid som råder när jorden befinner sig närmast solen i sin bana. För närvarande har norra halvklotet vinter när jorden befinner sig närmast solen. Alla de här cyklerna ger således upphov till variationer i solinstrålningen till jorden.

Att istidscykeln orsakas av variationer i solinstrålningen är en gammal teori. Under 1940-talet presenterade den jugoslaviska matematikern Milutin Milanković modeller som förutspådde klimatcykler på 23 000 och 41 000 år. Men under 1950-talet började man undersöka jordens klimathistoria med hjälp av borrkärnor från havsbottnarnas sediment, och proverna visade att istidscyklerna hade en period på ungefär 100 000 år. Milanković fick dock upprättelse på 1970-talet då utförligare borrprover visade att alla tre klimatcyklerna existerade.

Men trots omfattande forskning är det ännu inte helt klarlagt hur Milanković-cyklerna är kopplade till istiderna. Många forskare anser att variationerna i solinstrålningen är för svaga för att kunna orsaka istidscykeln. Dessutom har det visat sig vara svårt att finna en mekanism som förklarar hur istiderna upphör. 

Men i en ny artikel i tidskriften Nature presenterar Heinz Blatter och hans kolleger en utförlig beskrivning av hela istidsförloppet. Genom att kombinera modeller över isens tillväxt med klimatmodeller har forskarteamet lyckats räkna ut hur klimatet, solinstrålningen och själva ismassorna samverkar under istidscyklerna.

– En istid kan börja när jordbanan är oval och när det råder vinter på norra halvklotet, då jorden är som närmast solen i sin bana, säger Heinz Blatter.

Då infaller sommaren när jorden är som längst bort från solen i sin elliptiska bana. Det leder till svala somrar vilket medför att snötäcket på de nordligare breddgraderna ligger kvar hela året. Enligt forskarnas beräkningar rådde sådana förhållanden för 120 000 år sedan, då den senaste istiden började. Den årliga solinstrålningen var vid tillfället tio procent lägre än idag, vilket orsakade att temperaturen sänktes med ungefär fyra grader. Ismassan började växa. Under de följande två precessionscyklerna, det vill säga under de följande 42 000 åren, var solinstrålningen förhållandevis kraftig under sommarperioderna. Men de kallare perioderna dominerade och istäcket blev tjockare och kröp allt närmare ekvatorn. Det medförde att inlandsisen blev temperaturkänsligare. Samtidigt blev jordbanan allt mindre oval vilket dämpade värmeperioderna under de följande precessionscyklerna. Efter 100 000 år hade inlandsisen nått sin största utbredning. Istäcket var då flera kilometer tjockt.

Den femte och avslutande värmeperioden utlöste en omfattande issmältning och hela inlandsisen försvann på några tusen år. Det snabba förloppet har förbryllat forskarna, eftersom den sista värmeperioden inte var kraftigare än de tidigare och dessa hade haft ganska liten effekt på istäcket. Men Heinz Blatters beräkningar visar att det var isens vikt som orsakade det snabba förloppet: isen hade blivit så tung att den pressade ner jordskorpan i jordens flytande inre. Den totala landsänkningen uppgick till en hel kilometer och isytan sjönk ner i en varmare del av atmosfären. Isen började smälta och blev allt lättare.

Trots detta fortsatte jordskorpan att sjunka under en lång period. Den här tidsfördröjningen medförde att issmältningen gick allt snabbare. Istiden tog slut och mellanistiden tog vid. Jordskorpan började sakta höja sig igen, en process som pågår än i dag.

Forskarnas modeller visar att istidscykeln kan fortskrida även om atmosfärens koldioxidnivåer hålls konstanta.

– Atmosfärens koldioxidnivåer kan definitivt påverka isens tjocklek och utbredning, men de orsakar inte själva istidscyklerna, säger Heinz Blatter.

Modellerna visar också att, om man tog bort effekten av den fördröjda landsänkningen, så skulle den snabba issmältningen vid slutet av istiderna avstanna, och jorden skulle fastna i en evig istid.

Lars Franzén hade en annan förklaring till inlandsisens snabba tillbakagång. Han ansåg att ismassans rörelser medförde att infrusen torv transporterades ut mot ismassans kanter. Där kunde den söndermalda torven – tillsammans med övriga växtrester – exponeras för luftens syre. Nedbrytningen tog fart och koldioxid och metan frigjordes i atmosfären. Det ledde till en ökande växthuseffekt och när klimatet blivit tillräckligt varmt för att övervinna ismassans värmereflektion, den så kallade albedoeffekten, började en snabb issmältning.

Polarområdenas glaciärer innehåller ett klimatarkiv som spänner över hundratusentals år. Varje vinter mottar glaciärerna ett nytt snölager, och med tiden medför den ökande tyngden att de djupare snölagren pressas ihop till is. Genom att analysera koldioxidnivåerna i de olika islagren kan forskarna skapa sig en uppfattning om hur atmosfärens koldioxidhalter förändrades under de senaste istiderna.

Isprover från Antarktis visar att koldioxidnivåerna var låga under själva istiderna men att de ökade snabbt vid istidernas slut. Detta stöder således Lars Franzéns teorier om att det var en kraftig växthuseffekt som avslutade den förra istiden. Att de förhöjda koldioxidnivåerna orsakades av förmultnande torvmossar är dock svårt att bevisa. Men teorin är ändå intressant, eftersom de regelbundna förändringarna i atmosfärens nivåer av koldioxid – som äger rum under istidscykeln – fortfarande saknar en fullständig förklaring. De utgör en av de olösta gåtorna inom klimatforskningen. 

När kommer nästa istid?

För 16 år sedan, i F&F 3/1997, skrev naturgeografen Wibjörn Karlén om hur forskarna tolkar subtila spår efter jordens istider. Sammansättningen av pollen i sediment avslöjar till exempel mycket små temperaturförändringar. Men vad som orsakar själva istiden är fortfarande en öppen fråga.

Lars Franzén – ekolog med unika teorier

Lars Franzéns forskning rymde flera intresseområden, men myrmarker och torv följde honom genom hela hans aktiva tid som forskare och lärare. En stor del av hans forskningsintresse riktades mot klimatförändringar och framför allt snabba växlingar i klimatet, huvudsakligen under de senaste 10 000 åren.

Lars Franzén avled i cancer vid 62 års ålder. I ett minnesord skriver hans kolleger på Institutionen för geovetenskaper vid Göteborgs universitet: ”Med enorm entusiasm och drivkraft arbetade han med datainsamling för att stödja sina kanske okonventionella idéer om torvmarkernas roll som klimatregulatorer under den period vi i vardagligt tal kallar istiden. Allt detta bottnade i Lars Franzéns djupa kunskaper om torvmarkernas tillväxtdynamik.”