Norra Ishavet och spåren av människans klimatpåverkan

Norra Ishavet och spåren av människans klimatpåverkan Leif Anderson Inst. Kemi och Molekylärbiologi Göteborgs universitet

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 8 7 6 5 4 3 1975 975 Havsisens september p utbredning i Arktis 1985 985 1995 995 2005 005 2015 0 5 Year

Uppvärmningen i Arktis är större än på andra ställen av vår jord, och här förväntar vi oss att se de största förändringarna Observerad avvikelse från medeltemp under 60 & 70 talen

Vi har observerat stora förändringar, inte bara i isutbredningen, utan även i fördelningen av flerårsis.

Direkta samhällskopplingar För att inte nämna potentialen av minskad frakttid mellan Atlanten och bortre Asien Genom Arktis är avståndet från Europa till Kina ca ⅔ av det genom Suez kanalen.

Ingen ny ide!

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

Hur påverkar en förändrad d isutbredning i den Arktiska k miljön? -Mer öppet vatten ger mer upptag av solstrålningen (minskat albedo) - Vattentemperaturen ökar - Smältvattnet ger lägre salthalt - Mindre is ger mer ljus till ytvattnet (ökad primärproduktion) p - Mindre is ger mer omblandning av ytvattnet från vinden - Mindre is ger större utbyte av gaser mellan ytvatten och atmosfär - Ökad halt CO 2 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, inkl fisk)

Hur påverkar en förändrad d isutbredning i den Arktiska k miljön? -Mer öppet vatten ger mer upptag av solstrålningen (minskat albedo) - Vattentemperaturen ökar - Smältvattnet ger lägre salthalt - Mindre is ger mer ljus till ytvattnet (ökad primärproduktion) p - Mindre is ger mer omblandning av ytvattnet från vinden - Mindre is ger större utbyte av gaser mellan ytvatten och atmosfär - Ökad halt CO 2 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, inkl fisk)

Havets strömmar De dominerande d strömmarna har stor betydelse för hur 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.

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.

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.

Mätningar under de senaste årtiondet ger dock ingen indikation på en förändring på djupvattenflödet mellan Grönland och Island. 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.

Mellan 1980 och 2000 ökade temperaturen vid nordpolen med ca 1 o Cpå ett djup av 200 300 m. Detta är ett vatten som kommer från Nordatlanten.

Men instrument som mäter kontinuerligt har visat att detta inte är någon konstant 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.

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.

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.

Kolcykeln i Norra Ishavet Partialtrycket av CO 2 (pco 2 ) är lågt i ytvattnet som strömmar in i Norra Ishavet pga., 1/ avkylning, och 2/ biologisk i produktion (fotosyntes) Atm 2005 pco 2 µatm 2005 Bering Tjuktjer-haven Barentshavet

Kolcykeln i Norra Ishavet Hur stor potential finns att ta upp CO 2 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 10 12 g C. Detta motsvarar ca 0.5% av globala utsläppen av antropogen CO 2. Underskott av kol i ytvattnet (g C m -2 )

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

Det stora tillskottet av organiskt material från land bryts ner och resulterar i höga partialtryck altryck av CO 2, vilket driver ett flöde till luften. pco 2 (µatm) pco 2 (µatm) pco 2 (µatm) Laptev Sea 385 Ingen O 2 övermättnad! Lena East Siberian Sea pco 2 (µatm) ytvatten Chukchi Sea AOU (µmol/kg)

Läckage av kol till atmosfären Om man summerar överskotten av löst oorganiskt kol blir det för västra Östsibiriska havet ~5 10 12 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 CO 2. Integrerat överskott löst oorganiskt kol (gc m -2 )

Nytt fenomen? Ytvatten data från juli augusti 1994 Tundra NE Tillsammans med 2008 data 370 259 348 424 367 4000 142 348 101 303 823 Ytvatten p CO in situ 37 517 371 2 Olene ek 1200 Beror de högre halterna av pco 2 på ett ökat inflöde av organiskt material från land?

Försurning av havet Nedbrytning av organiskt material, marint eller landproducerat, bidrar även till havets försurning genom produktion av CO 2 (kolsyra). Detta sker huvudsakligen på bottnarna i de grunda Sibiriska kontinentalhaven där vattnet blir korrosivt för aragonit och kalcit. Båda är kalciumkarbonat, men med olika kristallstruktur. Aragonitmättnad i bottenvattnet Kalcitmättnad i bottenvattnet

Försurning av havet Vatten som är undermättat med avseende på kalciumkarbonat sprids ut i centrala Norra Ishavet Kalcit mättnad pco 2 (µatm) Aragonit mättnad

Metan Metanhydrater (100-300 ggr mer än årliga utsläppen av antropogen CO 2 ) finns i tundran och shelfhavens sediment. Skillnaden är att de senare utsätts för betydligt varmare omgivning, då havsvatten aldrig går under ca -1.8 o C. Nu hotar ännu varmare vatten!

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

Metan 2 m 15 m 30 m Löst metan på 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.

CO 2 i Norra Ishavet och klimatet En mängd processer samverkar och det är svårt att förstå den totala effekten havets cirkulation havsis produktion metan Atmosfär och land luft-hav CO 2 utbyte djupvatten bildning primär produktion

Är Arktis klimatförändringens kanariefågel?