Få utskriftsvennlig versjon ved å trykke på denne

Rekonstruerer jordas overflatetemperatur med iskjerner og mikrofossiler

Jorda har lagret historisk informasjon om klimaet bakover i tid, matematiker Tine Nilsen har undersøkt hvordan denne informasjonen kan innpasses i en ny klimamodell.


Vibeke Os 28.02.2018 11:32   (Sist oppdatert: 01.03.2018 10:47)

Tine Nilsen viser frem en iskjerne fra fryselageret ved Norsk Polarinstitutt og forklarer hvordan kjemiske analyser av den lagvise inndelingen i iskjerner kan fortelle noe om klimaet bakover i tid. Fra iskjernen kan forskerne avlese både oksygenisotoper, hydrogenisotoper og tynne lag av vulkansk aske og bruke det til å datere alder på de ulike delene av iskjernen. Foto: Vibeke Os

Det er bare de siste 150 år at vi har faktiske målinger av jordas overflatetemperatur, så når forskerne vil studere klimaet lengre bakover i tid, må de bruke statistikk eller naturens egne historiske arkiv.

Styrker klimamodell

Tine Nilsen ved UiT- Norges arktiske universitet har kombinert begge deler i sitt forskingsprosjekt.

– Vår forskningsgruppe har tidligere utarbeidet en klimamodell som samsvarer godt med målte observasjoner bakover i tid, og vi ville finne ut om vi kan styrke denne klimamodellen med informasjon som er lagret i naturen, som for eksempel i treringer, i skallet på mikrofossiler fra havbunnen og i iskjerner.  Ved å bygge inn data fra naturens egne arkiver håper vi å styrke våre statistiske modeller, ikke bare for hundrevis, men også for tusenvis av år tilbake i tid, forklarer Nilsen entusiastisk.

Hun har nylig skrevet en doktorgradsavhandling på temaet og forklarer at klimamodellen hun har forsket på anvendes til å modellere jordas overflatetemperatur, og at hun har jobbet med såkalte proxy-data. Modellen utnytter en statistisk egenskap vi finner i virkelige temperaturdata, som kalles langtidshukommelse.

Direkte, men indirekte

Jordklodens langtidshukommelse ivaretas av havet fordi det holder bedre på varmen enn atmosfæren, mens proxy-data er naturens eget historiske arkiv, der ulike forhold knyttet til klodens historie kan avleses i levende og døde planter, dyr og mineraler. I Nilsen sin forskning er en klimamodell for langtidshukommelse kombinert med tallmateriale fra iskjerner, trær og mikrofossiler.

Den kjemiske komposisjonen av mikroorganismenes skall kan gi indikasjoner på hvordan klimaet var da de levde i havet for tusenvis av år siden. På havbunnen ligger skallene lagvis i et historisk arkiv. Foto: Chauhan, UiT

Datamaterialet er samlet inn over mange tiår av forskere fra hele verden. Iskjernene ble boret opp fra isbreer på Grønland og i Antarktis. Data fra treringene stammer fra skogområder i Eurasia og Nord-Amerika, og mikroorganismene lå på et historisk arkiv på havets bunn i Atlanterhavet. Nilsen har samarbeidet nært med Norsk Polarinstitutt som har samlet inn noe av dette materialet. Ifølge matematikeren er det felles for alle disse dataene at de er et produkt av sin tid, en tid der klimaet og temperatur satte sitt preg på avsetninger og vekst og at sesong-variasjoner gjenspeiles i form av årringer og lagvise avsetninger av snø og is

Forskningstekniker ved Norsk Polarinsitutt, Svetlana Divina studerer mikrofossiler fra havbunnen utenfor Svalbard. Foto: Vibeke Os

Temperatur bare èn av mange faktorer

– Men, forklarer Nilsen, det som er veldig viktig å huske på når proxy-data tas med i klimamodeller for globale temperaturer, er at temperatur bare er en av mange faktorer som påvirket organismene eller «arkiveringen» for det gitte tidspunktet i historien. For eksempel vil veksten til et tre være et resultat av ikke bare temperatur, men solforhold, vanntilgang, jordsmonn, innsekter og parasitter.

Dette regnes som «feilkilder» og vi som bruker modellene må være klar over at proxy-data bare er indirekte indikatorer, slik at vi ikke leser for mye informasjon ut av usikre data.

Støy overgår signalet

– I det hele tatt må vi bruke andre briller år vi leser en klimamodell basert på proxy-data enn når vi ser på en modell basert på instrumentelle data, poengterer matematikeren.

I noen tilfeller kan man jo tenke seg at usikkerheten avlesingen er like stor som verdien i seg selv, at støy overgår signalet, og da har dataene liten verdi. Med mitt arbeid ønsker jeg å bidra til at vi får større sikkerhet i rekonstruksjon av klimaet og prognoser for fremtiden.

– Klimamodellen vår med langtidshukommelse fungerer godt til å beskrive klimaet tilbake til siste istid, altså fra 11 000 år tilbake i tid og frem til i dag, men når vi går lengre tilbake i historien, kan vi ikke anvende denne modellen. Jeg har derfor konsentrert meg om å studere proxy-data i dette tidsrommet, oppsummerer Nilsen

Etter doktorgradsprosjektet fortsetter hun nå som forsker ved institutt for matematikk og statistikk ved UiT. Der skal hun jobbe videre med tidsrekkeanalyser, nå for å undersøke forhistoriske skogbranner i arktiske områder. 

Tine Nilsen forsvarte sin doktorgradsavhandling 23. januar 2018. Tittel på oppgaven var: ”Long-range memory in Earth’s climate response – analysis of paleoclimate records and climate model simulations”. Doktorgraden ble finansiert av Norges Forskningsråd gjennom KLIMAFORSK-programmet og Tromsø forskningsstiftelse. Hun var tilknyttet den nasjonale forskerskolen ResCLIM (The Norwegian Research School in Climate Dynamics) og ble veiledet av Kristoffer Rypdal og Martin Rypdal ved Institutt for matematikk og statistikk, og Dmitry Divine ved Norsk Polarinstitutt.

 

Les mer:

Long-Range Memory in Millennium-Long ESM and AOGCM Experiments (Østvand et. al, 2014) 

Jordas overflatetemperatur har langtidshukommelse (UiT nyhatssak 2018)

Kan vi stole på klimaforskere? (longread fra UiT)