Norra Ishavet och spåren
p
av
människans klimatpåverkan
Leif Anderson
Inst. Kemi och Molekylärbiologi
Göteborgs
g universitet
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
Atmosfärens
k ldi idh l
koldioxidhalt
400
pC
CO2 (µatm)
Global tem
mperature anomaly
420
380
360
340
320
300
1960
1970
1980
1990
2000
2010
1
0.8
06
0.6
0.4
Globala
temperaturp
förändringen
(oC)
0.2
0
‐0.2
‐0.4
1960
1970
1980
1990
2000
2010
Year
Year
Människans globala påverkan domineras av fossil förbränning
70
Sea Icce Extent (10
06 km3)
Seaa Level Anom
maly
60
50
40
30
20
Havsytans
y
förändring
(mm)
10
0
‐10
‐20
1990
1995
2000
2005
2010
2015
Year
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
8
7
6
5
4
3
1975
975
Havsisens
september
p
utbredning
i Arktis
1985
985
1995
995
2005
005
2015
0 5
Year
www.gu.se
Uppvärmningen i Arktis är större än på andra
ställen av vår jord, och här förväntar vi oss att
se de största förändringarna
g
Observerad avvikelse från medeltemp under 60 & 70 talen
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
Vi har observerat stora
förändringar, inte bara i
isutbredningen, utan även i
fördelningen av flerårsis.
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
Direkta samhällskopplingar
För att inte nämna potentialen av
minskad frakttid mellan Atlanten
och bortre Asien
As en
Genom Arktis är
avståndet från
Europa till Kina
ca ⅔ av det genom
Suez kanalen.
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
Ingen ny ide !
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
Direkta samhällskopplingar
Kusterosionen kan vara upp till
flera 10-tals meter per år och
påverkar naturligtvis
befolkningen direkt.
Men även den mängd frusen
mark
k som h
hamnar i havet
h
t
deltar i klimatsystemet.
Laptev
h
havet
t
Alaska
Öst Sibiriska havet
Sibirien
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
H påverkar
å
k en förändrad
fö ä d d isutbredning
i tb d i den
d A
kti k
Hur
Arktiska
miljön ?
-
pp vatten ger
g mer upptag
pp g av solstrålningen
g (minskat
(
Mer öppet
albedo))
Vattentemperaturen ökar
Smältvattnet ger lägre salthalt
ger mer ljus
j till y
ytvattnet (ökad primärproduktion)
p
p
Mindre is g
Mindre is ger mer omblandning av ytvattnet från vinden
Mindre is ger större utbyte av gaser mellan ytvatten och atmosfär
Ökad halt CO2 och lägre salthalt stärker havets försurning
Mindre is ger dels mer stormar i det öppna vattnet, dels mindre skydd
av stränderna under hösten, vilket leder till ökad kusterosion
Hur kopplar denna förändring tillbaka till mer sydliga
områden, och då framförallt genom klimatet?
-
Lägre ytvattensalthalt kan minska djupvattenbildning
Flera faktorer påverkar havets upptag av koldioxid (??)
Ökad temperatur leder till större läckage av metan ?
Ändrat havstemperatur och ökad försurning leder till förändringar i
ekosystemet (ändrad utbredning av arter
arter, inkl fisk)
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
H påverkar
å
k en förändrad
fö ä d d isutbredning
i tb d i den
d A
kti k
Hur
Arktiska
miljön ?
-
pp vatten ger
g mer upptag
pp g av solstrålningen
g (minskat
(
Mer öppet
albedo))
Vattentemperaturen ökar
Smältvattnet ger lägre salthalt
ger mer ljus
j till y
ytvattnet (ökad primärproduktion)
p
p
Mindre is g
Mindre is ger mer omblandning av ytvattnet från vinden
Mindre is ger större utbyte av gaser mellan ytvatten och atmosfär
Ökad halt CO2 och lägre salthalt stärker havets försurning
Mindre is ger dels mer stormar i det öppna vattnet, dels mindre skydd
av stränderna under hösten, vilket leder till ökad kusterosion
Hur kopplar denna förändring tillbaka till mer sydliga
områden, och då framförallt genom klimatet?
-
Lägre ytvattensalthalt kan minska djupvattenbildning
Flera faktorer påverkar havets upptag av koldioxid (??)
Ökad temperatur leder till större läckage av metan ?
Ändrat havstemperatur och ökad försurning leder till förändringar i
ekosystemet (ändrad utbredning av arter
arter, inkl fisk)
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
Havets strömmar
D d
De
dominerande
i
d strömmarna har
h stor betydelse
b
d l för
f hur
h
Norra Ishavet reagerar på klimatförändringar
Röda och orangea
pilar visar
strömmarna i
ytvattnet.
Lila pilar visar
strömmarna i
djupvattnen.
Kontinentalhaven
är grundare än ca
200 m, ofta
endast 30 m,
djupbassängerna
är ner till 4 km
djupa.
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
Djupvattenbildning
Issmältning ger ett mindre salt ytvatten som kan begränsa djupvattenbildning och därmed också den globala termohalina cirkulationen.
Å andra sidan ökar isbildningen och därmed produktionen av saltlake.
saltlake
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
Djupvattenbildning
Flera k
Fl
kopplade
ppl d klimatmodeller
klim tm d ll ger en
nf
framtida
mtid minsk
minskad
d
transport av den termohalina cirkulationen i Atlanten.
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
Mätningar under de senaste
årtiondet ger dock ingen
indikation på en förändring på
djupvattenflödet mellan
G ö l d och
Grönland
h Island.
I l d
Jochumsen, et al. (2012), Variability of the Denmark Strait overflow: Moored time series from 1996–2011, J.
Geophys. Res., 117, C12003, doi:10.1029/2012JC008244.
www.gu.se
Mellan 1980 och 2000 ökade
temperaturen vid nordpolen
med
d ca 1 oC på
å ett d
djup av
200 – 300 m.
Detta är ett vatten som
kommer från Nordatlanten.
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
Men instrument som mäter
kontinuerligt har visat att
detta inte är någon konstant
fö ä d i
förändring.
Aagaard, K., and J.M. Johnson. 2011. The North Pole Environmental Observatory mooring.
Oceanography 24(3):100–101, http://dx.doi.org/10.5670/oceanog.2011.60.
www.gu.se
Kapitan Dranitsyn
Utvecklingen av denna
temperatursignal har följts
på flera ställen, i Arktis.
Dmitrenko, et al. (2008), Toward a warmer Arctic Ocean: Spreading of the early 21st century Atlantic Water warm
anomaly along the Eurasian Basin margins, J. Geophys. Res., 113, C05023, doi:10.1029/2007JC004158.
www.gu.se
Och när man får längre tidsserier
f
framgår
å variabiliteten
i bilit t !
Dmitrenko, et al. (2011), Properties of the Atlantic derived halocline waters over the Laptev Sea continental
margin: Evidence from 2002 to 2009, J. Geophys. Res., 116, C10024, doi:10.1029/2011JC007269.
www.gu.se
Kolcykeln i Norra Ishavet
Partialtrycket av CO2 (pCO2) är lågt i ytvattnet som
strömmar in i Norra Ishavet pga.,
1/ avkylning,
k l i
och
h 2/ bi
biologisk
l i k produktion
d k i (f
(fotosyntes))
Atm 2005
pCO2
µatm
2005
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
Bering – Tjuktjer-haven
Barentshavet
www.gu.se
Kolcykeln i Norra Ishavet
Hur stor potential finns att ta upp CO2 då istäcket minskar ?
Medelvärdet för att nå
jämvikt med atmosfären är
11 ± 3 g C m-2 vilket totalt
ger ett möjligt upptag av
52±14 1012 g C.
Detta motsvarar ca 0.5%
av globala utsläppen av
antropogen CO2.
Underskott av kol i ytvattnet (g C m-2)
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
Permafrosten tinar
Kusterosionen har inte bara en direkt samhällskoppling,
utan är även viktig för den globala koldioxidcykeln.
Uppskattningar av mängden kol i marken på höga nordliga
latituder, inklusive frusen mark och torv, ligger kring 1 500 Pg C.
Dvs 1,5 1018 gC (atmosfären innehåller idag ca 1 1018 gC)
Laptev
h
havet
t
Öst Sibiriska havet
Sibirien
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
Det stora tillskottet av organiskt material från land bryts ner och
resulterar i höga part
partialtryck
altryck av CO
O2, vilket
v lket driver
dr ver ett flöde till
t ll luften.
pCO2
(µatm)
pCO2
(µatm)
pCO2
(µatm)
Laptev Sea
Ingen O2 övermättnad!
385
East Siberian Sea
Lena
pCO2 (µatm)
ytvatten
y
Chukchi
Sea
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
AOU
(µmol/kg)
www.gu.se
Läckage av kol till atmosfären
Om man summerar överskotten av löst oorganiskt kol blir det för västra
Östsibiriska havet ~5 1012 g C och ungefär samma för Laptevhavet.
Då detta är grunda hav som blandas väl på vintern kan det mesta av
detta läcka upp till atmosfären. Totalt svarar det mot drygt 1 ‰ av de
globala utsläppen av antropogen CO2.
Integrerat överskott löst oorganiskt kol (gC m-2)
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
Nytt fenomen?
Ytvatten data från juli – augusti 1994 Tundra NE
Tillsammans med 2008 data
424 367
370
259
348
4000
Olene
ek
101
142 348
303
823
Ytvatten p CO2in situ
37 517 371
1200
Beror de högre halterna av pCO2 på ett ökat
inflöde av organiskt material från land?
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
Försurning av havet
Nedbrytning av organiskt
material, marint eller
landproducerat bidrar även
landproducerat,
till havets försurning genom
produktion av CO2 (kolsyra).
Detta sker huvudsakligen på
bottnarna i de grunda
Sibiriska kontinentalhaven
där vattnet blir korrosivt för
aragonit och kalcit.
Aragonitmättnad i bottenvattnet
Kalcitmättnad i bottenvattnet
Båda är kalciumkarbonat,
kalciumkarbonat men
med olika kristallstruktur.
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
Försurning av havet
Vatten som är undermättat
V
d
med
d
avseende på kalciumkarbonat sprids
ut i centrala Norra Ishavet
Kalcit
mättnad
pCO2
(µatm)
(µ
m)
Aragonit
mättnad
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
Metan
Metanhydrater (100-300 ggr mer än årliga
utsläppen av antropogen CO2) finns i tundran och
shelfhavens sediment.
sediment Skillnaden är att de senare
utsätts för betydligt varmare omgivning, då
havsvatten aldrig går under ca -1.8 oC. Nu hotar
ännu varmare vatten!
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
Metanbubblor observerade under ISSS-08
ISSS 08 i Laptev havet:
19 september, 2008. Prof Igor Semiletov.
Si
Signaler
l i sedimentet
di
t t som visar
i
dä
där gas h
har ”b
”bubblat”
bbl t” ut.
t
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
Metan
2m
30 m
15 m
Löst metan på
å olika djup
(2 m, 15 m, 30 m), vilket visar
att dessa hav är en källa av
metan till atmosfären.
Frågan är om källan ökar med
varmare klimat?
Koncentration i jämvikt med
atmosfären, ca 4 nM.
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
www.gu.se
CO2 i Norra Ishavet och klimatet
En mängd processer
samverkar och det är
svårt att förstå den
totala effekten
havets
cirkulation
Atmosfär och land
havsis
produktion
luft hav CO2
luft-hav
utbyte
metan
djupvatten
bildning
SENIORUNIVERSITETET I STOCKHOLM, 19 mars 2013, Leif Anderson
primär
produktion
www.gu.se
Är Arktis klimatförändringens kanariefågel ?
www.gu.se
www.gu.se
