Hjem

Geofysisk institutt

Ny forskning

Retter opp i sporstoffer

Marine klimaforskere har i en årrekke brukt forholdet mellom to karbonisotoper for å kunne sammenligne fortidens havklima med dagens tilstand. Men utslipp av CO2 har forkludret dette verktøyet. Marie Eide og kollegaer ved Bjerknessenteret funnet fram til et alternativ.

marieeide2.jpg

Marie Eide
Phd.kandidat Marie Eide leverer snart sin doktorgradsavhandling på Universitetet i Bergen.”Possibly groundbreaking” var en av tilbakemeldingene fra anonyme forskerkollegaer i vurderingsprosessen av forskningsarbeidet. Det er svært hyggelig å høre for Marie Eide og hennes veileder Are Olsen.
Foto:
Gudrun Sylte

Siden 1980-tallet har kjemiske havforskere utnyttet forholdet mellom to karbonisotoper for å kunne fortelle om ulike forhold i havet. Når fortidsklimaforskere undersøker sedimentkjerner, er forholdet mellom disse isotopene en signatur som kan fortelle om havsirkulasjon og fotosyntese i fortiden. Forholdet er et sporstoff som kan avsløre en del om hvor gammelt eller nytt vannet er, som igjen gir informasjon om havsirkulasjonen.

Men dette forholdet har siden den industrielle revolusjonen blitt gradvis ødelagt.

Marie Eide, ph.d-stipendiat ved Geofysisk institutt, UiB og Bjerknessenteret har sammen med kollegaer nå utviklet en ny metode for å kunne fastslå hvordan karbonisotopene har endret seg i vannsøylen siden den industrielle revolusjonen.

Karbonisotopene

De to stabile variantene av karbonatomet som vi finner i naturen er 12C og 13C, som til sammen utgjør δ13C (uttrykt delta 13C). I naturen er det mest av 12C, som kommer fra organisk materiale. Det er forholdet mellom disse to karbonisotopene som blir brukt av fortidsklimaforskere for å kunne si noe om hvordan tilstanden har vært i havene i fortiden.

I havet er det to prosesser som styrer forholdet mellom disse to isotopene: Algenes fotosyntese – altså hvor mye 12C organismene spiser, og den andre er havsirkulasjonen, som blander og flytter vannmasser.

Normalt sett er det mye 13C i havets overflatelag, siden fytoplankton og lignende organismer spiser 12C i fotosyntesen. Dette fører til høye δ13C verdier. Nede i dypet dominerer karbonisotoper fra organisk materiale, altså 12C, ettersom det organiske materialet synker. Her remineraliseres det, som vil si at det organiske materialet løser seg opp, og δ13C-verdiene her er derfor lavere enn i overflaten. Dette gir dermed et skille mellom overflatelaget og dyphavet.

Skillet viskes ut

Men siden den industrielle revolusjonen har skillet mellom overflaten og dypet gradvis blitt mindre markant. Økning i den menneskelige aktiviteten har tilført mye 12C fra fossilt brennstoff. Utslipp i atmosfæren, blir også tatt opp i havets overflate. Desto mer 12C i forhold til 13C, desto lavere δ13C verdier.

Med de økende CO2 konsentrasjonene har forskjellen mellom δ13C i overflaten og i dypet minket kraftig. Med andre ord, det er ikke lengre en markant forskjell mellom konsentrasjonen av δ13C i overflaten og i dypet.

Dermed kan ikke fortidsklimaforskerne lengre bruke den observerte mengden av δ13C som et pålitelig verktøy for å sammenligne dagens hav med fortidens gjennom undersøkelser av sedimentkjerner fra havets bunn.

En løsning på dette problemet presenteres av Marie Eide og hennes kollegaer i den nye artikkelen. Svaret ligger et annet sporstoff: Klorfluorkarboner, KFK-gass.

Det nye verktøyet

Klorfluorkarboner finnes ikke naturlig i naturen, og utslippene er godt kjent. De siste tiårene har mengden klorfluorkarboner og 13C endret seg relativt likt.

– Det gjør at vi kan bruke konsentrasjon av klorfluorkarboner til å estimere hvor sterk endringen i 13C har vært. Deretter har vi skalert dette for å gjelde hele perioden siden den industrielle revolusjon, forklarer Eide.

Metoden har forskerne brukt på alle verdenshavene, med unntak av Nordishavet. De har beregnet hvor mye δ13C har endret seg, og dermed hvordan den var i tiden før den industrielle revolusjon.  

– Vi har utviklet en global oversikt over før-industriell δ13C. Dette verktøyet kan igjen brukes til å vurdere modeller, og gi en mer robust tolkning av fortidsdata, sier Marie Eide.

Alle dataene er tilgjengelige fra Bjerknes Climate Data Center, som er en portal til data fra klimaforskningen.

Referanse:

Eide, M., A. Olsen, U. Ninnemann, and T. Eldevik (2017a), A global estimate of the full oceanic 13C  Suess effect since the preindustrial, Global Biogeochemical Cycles, 31, doi:10.1002/2016GB005472.

Eide, M., A. Olsen, U. Ninnemann, and T. Johannessen (2017b), A global ocean climatology of preindustrial and modern ocean δ13C, Global Biogeochemical Cycles, 31, doi:10.1002/2016GB005473.


Denne saken er også publisert på Bjerknessenteret for klimaforskning sine nettsider.