Hvernig vita vísindamenn um loftslag á jörðinni til forna?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hvernig vita vísindamenn um loftslag á jörðinni til forna?
Upprunalega spurningin var:

Var loftslagið á Íslandi, Grænlandi og víðar þar sem norrænir menn settust að í kringum landnámsöld mun hlýrra en við þekkjum í dag, eða svipað? Hvaða heimildir eru fyrir því, t.d. úr sagnaritun miðalda og vísindalegum mælingum?

Náttúrulegar veðurfarssveiflur eru þekktar frá fyrri jarðlífsöldum þar sem þær eru skráðar með ýmsum hætti í jarðlög. Snemma á sjöunda áratug 20. aldarinnar varð mönnum ljóst að gamall jökulís getur einnig geymt margþættar upplýsingar um veðurfar fyrri tíma. Síðan hafa nokkrir ískjarnar verið boraðir bæði á Grænlandsjökli og jökli Suðurskautslandsins, en úr þessum tveimur meginjöklum hefur helst verið talið gerlegt að ná heillegum ískjörnum sem geta gefið nákvæmar upplýsingar um veðurfar og orsakir veðurfarsbreytinga.

Rannsóknir hafa sýnt að Grænlandskjarnarnir geyma upplýsingar að minnsta kosti 130.000 ár aftur í tímann, en úr Suðurskautsjöklinum má lesa veðurfarssögu síðustu 820.000 ára. Mikilvægi póljöklanna við rannsóknir á samsetningu andrúmsloftsins á liðnum öldum stafar fyrst og fremst af því að þeir eru gerðir úr vel lagskiptri frosinni úrkomu liðins tíma. Þá er reiknað með því að hvert árlag varðveiti í sér efnasamsetningu úrkomu á þeim tíma þegar snjórinn féll á jökulinn. Stærð jöklanna, hæð þeirra yfir sjó og einangrun eða fjarlægð frá mengunarvöldum gerir þá enn frekar sérlega hentuga til rannsókna á fornumhverfi jarðarinnar. Þessi atriði tryggja ekki einvörðungu mjög góða og einsleita blöndun snefilefna í andrúmsloftinu, þar sem úrkoma myndast, heldur er snjórinn einnig að öllu jöfnu ákaflega hreinn. Þannig geyma póljöklarnir einstakar upplýsingar um samsetningu veðrahvolfsins yfir stórum svæðum.

Af þessum ástæðum er Grænlandsjökull ákjósanlegasti staðurinn á norðurhveli jarðar til rannsókna á veðurfari og samsetningu andrúmsloftsins á liðnum öldum. Hægt er að rannsaka ýmsa þætti í hjarnjöklum, til dæmis samsætur, en þær gefa upplýsingar um hitastig fyrri tíma, rykmagn, sem upplýsir um storma og vindáttir, gasinnlyksur, sem spegla meðal annars efnasamsetningu andrúmsloftsins og þar með gróðurhúsalofttegundir, sýrustig íssins auk öskulaga sem falla á jökulinn og vitna um eldvirkni á norðurhveli jarðar. Efnasamsetning hvers lags gefur jafnframt upplýsingar um ýmis ferli á landi, sjó og lofti. Saman gefa þessir þættir nákvæma mynd af umhverfi og veðurfari liðins tíma, ekki bara á Grænlandi heldur á öllu norðurhvelinu og reyndar um jörðina alla.

Rannsóknir á borkjörnum úr Grænlandsjökli sýna að veðurfar hefur verið mjög óstöðugt á síðasta jökulskeiði, sem hófst fyrir um 115 þúsund árum og lauk fyrir 11,7 þúsund árum. Á þessu tímabili hlýnaði 25 sinnum mjög snögglega, um 10-15°C í hvert sinn og síðan kólnaði aftur en mun hægar. Hlýindakaflarnir vöruðu flestir í um 1-2 þúsund ár. Mikill munur er á hraða veðurfarsbreytinga við upphaf og lok síðasta jökulskeiðs. Mjög athyglisvert er að breytingin frá síðasta jökulskeiði yfir í tiltölulega milt veðurfar, sem markaði upphaf okkar eigin hlýskeiðs (nútíma) fyrir um 11,7 þúsund árum, gerðist á ótrúlega skömmum tíma, eða einungis 3-50 árum, eftir því hvaða breyta er skoðuð. Breytingin frá síðasta hlýskeiði (Eem) og yfir í síðasta jökulskeið fyrir um 115 þúsund árum gerðist hins vegar á mun lengri tíma, eða um 7 þúsund árum. Samkvæmt niðurstöðum samsæturannsókna á Neem-ískjarnanum á NV-Grænlandi náði hitastig hámarki í upphafi síðasta hlýskeiðs fyrir um 126 þúsundum ára og var hæst 8 ± 4 °C hærra en meðaltal síðustu þúsund ára.

Miðað við jökulskeiðið hefur veðurfar á nútíma verið stöðugt. Þegar rýnt er nákvæmlega í gögn er þó ljóst að töluverðar breytingar hafa orðið á þessu tæplega 12 þúsund ára tímabili. Mesta og hraðasta hitasveiflan varð fyrir um 8,2 þúsund árum. Þá kólnaði mjög snögglega um 4-5 °C, og veðurfar hélst kalt í um það bil 100-200 ár uns jafnsnögglega hlýnaði. Minni kuldaköst, en eigi að síður mjög greinileg, urðu einnig fyrir um 11,3 þúsund árum og 9,3 þúsund árum. Hlýjast var á nútíma á tímabilinu frá því fyrir 9 þúsund til 6 þúsund árum. Af öðrum veðurfarsbreytingum sem sjást í borkjörnum úr Grænlandsísnum má nefna hitaskeiðið sem hófst upp úr 1920 og stóð fram undir 1960, kuldaskeiðin í lok 17. og 14. aldar, auk þess sem áberandi hitaaukning varð á öldunum kringum landnám Íslands.

Mjög gott samræmi birtist þegar samsætugögn frá Grænlandi eru borin saman við mældan hita frá Stykkishólmi (mælingar hófust 1860) og Englandi (frá 1690). Sama gildir um samanburð þeirra við mat á hitafari fyrir tíma beinna mælinga út frá bæði hafísgögnum og skrifuðum heimildum. Í gögnunum kemur til dæmis “litla ísöldin” vel fram en svo er kuldatímabilið gjarnan kallað sem hófst hér á landi í lok miðalda og endaði við upphaf tuttugustu aldarinnar. Fróðlegt er að skoða ýmsa sögulega stórviðburði, eins og til dæmis landnám Íslands og Grænlands, í ljósi ársmeðalhita, eins og hann er metinn út frá samsætumælingum á grænlenskum borkjörnum.

Íslendingasögur greina frá því að árið 865 kom Hrafna-Flóki til Íslands með föruneyti sínu. Flóka veittist vistin erfið. Eftir að hið kalda og hrjúfa veðurfar hafði svipt hann öllum búsmala eftir fyrstu vetursetuna snéri hann bitur í bragði til Noregs og kallaði eyjuna í norðri Ísland. Frásögnin af afdrifum Hrafna-Flóka er í fullu samræmi við niðurstöður mælinganna. Úr þeim má lesa að þegar landnámsmaðurinn kom út til Íslands ríkti hér kuldaskeið og loftslag hafði um skeið versnað stöðugt. Á næstu árum snérist hins vegar þróunin við. Það tók að hlýna um norðurslóðir og einungis tíu árum eftir uppgjöf Hrafna-Flóka heppnaðist landnám á Íslandi með Ingólfi Arnarsyni. Ekki er ólíklegt að batnandi veðurfar hafi átt drjúgan þátt í velgengni Ingólfs, og þeirra sem í kjölfar hans sigldu.

Röskum 100 árum síðar fann Eiríkur rauði annað land vestan Íslands, sem hann nefndi Grænland. Samsætumælingar sýna að um það leyti hafði ríkt milt loftslag á Grænlandi í næstum öld. Því má ætla að þegar Eiríkur rauði kom þangað hafi mætt honum grösugt land, og nafngiftin því réttnefni. Hitasveiflurnar sem lesa má úr borkjörnum frá þessum tíma geta því skýrt það misræmi sem ella virðist fólgið í frásögnum um annars vegar kalt og hrjóstrugt Ísland þegar Hrafna-Flóki tók hér land og hins vegar grasi vaxið Grænland sem mætti Eiríki rauða aðeins hundrað árum síðar. Samsætumælingarnar sýna einfaldlega hitasveiflur sem renna stoðum undir þá ólíku upplifun sem garparnir tveir spegluðu með ólíkum nafngiftum sínum á löndunum.

Fleiri sögulega atburði má nefna þar sem samsætumælingar sýna róttækar hitasveiflur sem kunna að skýra breytingar á búsetu. Eftir landnám Íslendinga á Grænlandi lagðist önnur meginbyggðin í nýlendunni, Vestribyggð, í eyði á fyrri hluta fjórtándu aldar. Vandlegar mælingar á samsætum sýna að um svipað leyti stóð yfir langvarandi kuldakast. Ekki er fráleitt að álykta, að langt fimbulskeið hafi átt þátt í því að byggðin eyddist. Það er í samræmi við íslenska annála sem endurspegla minnkandi hitastig á norðurslóðum upp úr 1200 þegar hafís varð mun algengari við Íslandsstrendur en áður, og mestur frá 1600-1900. Til marks um kuldann gerðist sá fáheyrði atburður árið 1695 að hafís umkringdi Ísland og náði hálfa leið til Færeyja. Svo kalt varð á þeim tíma um N-Evrópu að enskir annálar greina frá því að ána Thames hafi lagt í Lundúnum í þeim mæli að íbúar borgarinnar settu upp markað á árísnum. Þetta kuldaskeið birtist afar vel í samsætustyrk borkjarnanna úr Grænlandsjökli sem sýnir hversu náin samsvörun er með þeim og frásögnum annála.

Helstu heimildir:

• Árný E. Sveinbjörnsdóttir. 1993. Fornveðurfar lesið úr ískjörnum. Náttúrufræðingurinn, 62, 99-108.
• Árný E. Sveinbjörnsdóttir og Sigfús J. Johnsen. 1996. Ískjarnar: Skuggsjá liðinna alda. Um landnám Íslands (ritstj. Guðrún Ása Grímsdóttir). Vísindafélag Íslendinga, Ráðstefnurit IV, 171-190.
• Árný E. Sveinbjörnsdóttir og Sigfús J. Johnsen. 2012. Fornveðurfar lesið úr Grænlandsjökli. Náttúrufræðingurinn, 82, 135-145.

Myndir:

• Úr safni höfundar.
• 4-NEEM_flagline_HR_T_Jones | The NEEM ice core drilling proj… | Flickr. (Sótt 2.02.2018).
• Bækur.is - Grönlandia eður Grænlands saga. (Sótt 2.02.2018).

...