Har Arktis börjat frysa till igen?

Det bor inte så många människor där, men vad som händer med den ocean som fyller området mellan Norge, Grönland, Kanada, Alaska och Sibirien har inverkan på hela planeten.

Jag skrev i min gamla blogg att jag trodde att nordpolen skulle vara isfri om somrarna redan innan år 2015. Så blev det inte, även om 2012 med bred marginal satte nytt bottenrekord gällande isens utbredning: knappt 3,4 miljoner kvadratkilometer. Genomsnittet för åren 1981 - 2010 är nästan det dubbla. Skillnaden syns tydligt i bilden nedan, där sommarisen 2012 jämförs med 1984 som var ett normalår.

Minsta isutbredning 2012 jämfört med 1984.

Men 2013 och 2014 vände det uppåt igen: 5,1 respektive 5,0 miljoner kvadratkilometer. På sätt och vis behöver det kanske inte förklaras; nedåtgången i istäcket är inte jämn från år till år utan påverkas av väder, vind och strömmar som antingen kan pressa ihop eller dra isär isen. Men det är ändå ganska konstigt, för det finns en stark feedback som påskyndar avsmältningen när den väl tagit fart: mörkt, öppet vatten tar åt sig mycket mer värme än gnistrande is, och den värmen höjer havstemperaturen så mer is smälter, vilket ger ännu mer öppet vatten, som leder till ännu mer avsmältning, o.s.v. Därför vore det intressant att veta vad som låg bakom trendbrottet (om man nu kan kalla det så), och framför allt: finns det skäl att tro att istäcket långsiktigt börjat hämta sig igen? Jag ska försöka reda ut det här.

Bakgrund 

Sedan man började göra regelbundna mätningar av polarisen har man noterat att den krymper i omfång. Is har funnits året runt i Arktis sedan åtminstone 700 000 år och kanske betydligt längre, men nu ser den snabbt ut att försvinna.

Här är ett diagram över isutbredningen i september, som är den månad istäcket är som minst, under de senaste 35 åren. Nedgången motsvarar ungefär sju gånger Sveriges yta.

 Källa: National Snow & Ice Data Center. Blå linje är bästa anpassning till mätningarna.

Den nedåtgående trenden är tydlig (men lägg märke till att den vertikala axeln är avhuggen nedåt).

Men utbredningen är bara halva sanningen. Samtidigt som isens yta har krympt har den också blivit betydligt tunnare, så tittar man på isvolymen - som egentligen är det relevanta måttet eftersom det berättar hur mycket is det faktiskt finns - ser det ännu värre ut:

Svart kurva är volymen, färgade kurvor anpassningar från olika modeller. (Källa https://sites.google.com/site/arctischepinguin/home/piomas)

Här går vertikala axeln dessutom ner till noll och luras alltså inte. Skalan är i tusental kubikkilometrar, och det som smält bort sedan jag föddes är alltså ungefär tio tusen kubikkilometer is, eller halva Östersjöns volym. Packar man ihop det till en kub och ställer den i Uppland ser det ut såhär:

Nettoavsmältning i Arktis 1980 - 2014 sammanpackat i en kub med sidan 21,5 km. Stockholm i förgrunden, Åland uppe till höger.

Kort sagt, en hel del is. Att minskningen går allt fortare syns tydligare när man tittar på volymen istället för på arean, men att 2013 och 2014 sticker ut från trenden framgår också bättre. Vad var det som hände?

När jag skrev det gamla inlägget tänkte jag mig att i takt med att mer och mer vatten skulle bli öppet, skulle feedbacken beskriven ovan snabbt göra slut på det sista av sommarisen. Det såg också verkligen ut så på volymkurvan. Men så enkelt var det inte.

Faktorer som påverkar polarisen

Det som mest uppenbart har inverkan på havsis är förstås temperaturen i luften och i vattnet: is smälter i plusgrader. Men det visar sig vara ett helt gäng mekanismer som har alla har sina fingrar med i spelet. Några påskyndar avsmältningen, andra bromsar upp den.

Större utstrålning från öppet vatten

Mindre is på sommaren gör alltså att mer solenergi tas upp av havet, men bara så länge solen är uppe. När solen framåt hösten och vintern inte längre värmer är istället värmeutstrålningen större från öppet vatten än om det är täckt med is.

Avsmältningen i sig

Havsvatten är salt, is är det inte. När isen smälter sänks salthalten i vattnet omkring och sött vatten fryser lättare än salt. Så en stor avsmältning underlättar återfrysning.

Istjocklek

Is i Arktis som klarar sig över sommaren får en hel ny säsong på sig att växa till sig i tjocklek. Och tjockare is är mycket motståndskraftigare mot all typ av påverkan. Så ju mer is som klarar sig över sommaren, desto mer är benägen att klara sig ett år till.

Snö 

Is reflekterar mer värme än vatten. Men snö reflekterar ännu mer, så snötäckt is borde ge kallare förhållanden och därmed tjockare is. Men snö fungerar samtidigt som isolering, så utstrålningen minskar och isen växer till sig mindre av den anledningen. Så snö ger två motverkande effekter, men isoleringseffekten är störst så isen växer mindre om den är snötäckt, vilket de flesta skridskoåkare känner till.

Arktiska oscillationen

Arktis har ett antal återkommande väderfenomen. Ett är den arktiska oscillationen.

Är det lågtryck över Arktis sägs den arktiska oscillationen vara i positiv fas. Då är det extra kallt över Arktis och den kalla luften hålls kvar där av omgivande varma västliga stormvindar. Då blir det ofta varmare och blötare över Brittiska öarna och Skandinavien, men torrare i västra USA och i Medelhavet. Det blir också varmare än normalt i östra USA men kallare på Grönland.

Om det är högtryck i Arktis (negativt fas) slipper en del av den kalla luften ut och det blir lågtryck och kallt över oss i Skandinavien och i Nordamerika.

Den arktiska oscillationen påverkar alltså vädret inte bara i Arktis utan i hög grad över stora delar av norra halvklotet.

Under 1900-talet varierande den arktiska oscillationen mellan mellan positiv och negativ. Under 70-, 80- och i början av 90-talet var den för det mesta positiv. Sen dess har den åter pendlat mellan positiv och negativ, och som mest negativ var den under vintern 2009 - 2010 vilket sammanföll med extrema snöoväder i USA - men det är tydligen inte ett enkelt ett-till-ett-förhållande det här.

Stormar

Det finns belägg för att antalet stormar ökat i Arktis under senare år. Den troliga förklaringen är att det generellt blivit varmare och att stormar lättare hämtar energi från öppet vatten än istäckt. Stormar kan pressa ihop eller dra isär isen och bryter förstås sönder tunnare is som då lättare smälter eftersom den totala ytan mot vattnet och luften blir större.

Havsströmmar

Havsströmmar spelar en stor roll. Om sol och vind tär på isen ovanifrån gnager havsströmmarna på den underifrån. Värmeinnehållet i vatten är runt 4000 gånger större än i samma volym luft, så mycket små förändringar i strömmarna kan ge stora effekter på isen, och dessa förändringar är inte så lätta att mäta.

Vulkanutbrott

När Pinatubo i Indonesien fick sitt stora utbrott sommaren 1991 gav det upphov till askmoln långt upp i stratosfären som låg kvar i bortåt tre år, minskade solinstrålningen i marknivå med 10% och kylde Jorden med 0,4 grader. Återhämtningen i istäcket året efter syns i båda diagrammen ovan.

Smältvattendammar

Det är lätt att föreställa sig isen i Arktis som ett enda vitt istäcke. Det stämmer ganska bra på vintern, men inte på sommaren. Bland annat kan det, när solen ligger på dygnet runt, bildas ett gytter av dammar av smältvatten ovanpå isen. Precis som öppet hav är dessa mörkare än is och suger åt sig mer värme vilket påskyndar avsmältningen.

Hur stor andel av isen som täcks av dessa dammar och när de börjar uppträda verkar ha stor betydelse för hur stor avsmältningen blir under resten av säsongen.

Plurra inte nu då. (Bild NASA).

Isdynamik

Det här med is och avsmältning är alltså betydligt krångligare än man kanske kunnat tro. Värmein- och utstrålning, lufttryck, vindar, nederbörd, havsströmmar, istjocklek och avsmältningen i sig samverkar på komplicerade sätt.

Den stora avsmältningen 2007, då istäcket tappade nästan 25% av sin yta, verkar i huvudsak ha berott på tre saker: ett långvarigt högtryck över centrala arktiska oceanen som varade i tre månader mellan juni och augusti, samtidigt som sydliga vindar från Sibirien tryckte ihop isen. Vidare var molnigheten ovanligt låg, och slutligen hade istäcket förtunnats och försvagats gradvis under somrarna innan.

2012 var väderförhållandena knappast idealiska för stor avsmältning, men isen försvann i rasande takt ändå. Istäcket var så tunt att det knappt spelade någon roll hur vädret var och en storm i början av augusti hackade sönder mycket av det som fanns kvar.

Under 2013 var väderförhållandena direkt ogynnsamma för avsmältning: sommaren var kall jämfört med övriga år och avsmältningsperioden kort. Därför hann istäcket återhämta sig, i kombination med de negativa återkopplingseffekter som nämnts.

2014 var mer av ett normalår, men eftersom isen hämtat sig under året innan klarade den sig hyfsat, och den totala volymen ökade trots att arean minskade något - isen växte sig helt enkelt tjockare.

Så vad händer nu?

Det är ungefär en månad kvar innan avsmältningen övergår i nyisbildning. Maj var ovanligt kall, ännu kallare än 2013 och 2014, så det har fram tills nyligen sett ut att bli ännu ett återhämtningsår. Men under juni vände det och under hela juli rådde stabilt högtryck, så avsmältningen har tagit fart den sista tiden. Någon ny lägstanivå är inte att vänta, eftersom det finns såpass mycket is kvar, men en viss minskning från förra året verkar trolig.

Generellt fortsätter dock trenden med allt högre temperaturer och i synnerhet i Arktis, och det gör att isen oundvikligen kommer att smälta inom några få års tid. Exakt hur snabbt det kommer gå är (tydligen) svårt att avgöra, dels då vädret har en stor inverkan och dels då systemet har flera återkopplingseffekter som verkar i olika riktning.

Än sen då?

Man kan fråga sig om det här är så mycket att bry sig om, förutom att en och annan isbjörn får extra simträning. Den stora oron är att om (när) Arktis väl blir isfritt kommer klimatet att bli "låst" i det läget eftersom det är svårt att få tillbaka isen när den väl försvunnit. Det kommer i sin tur leda till ännu högre temperaturer, vilket kan starta ytterligare feedbacks. Att ha en mörk ocean istället för en vit mössa längst norrut på jorden har mänskligheten aldrig varit med om.

Källor

http://nsidc.org

http://neven1.typepad.com/

forum.arctic-sea-ice.ne

Fallet med Påskön

Påskön, Rapa Nui, är en av världens mest isolerade platser, belägen 350 mil västerut från Chiles kust i Stilla Havet. Ön är bara något större än Fårö. Trots detta lyckades skickliga polynesier ta sig dit i kanoter och kolonisera den någon gång kring 1000-talet.

På ön växte en tät skog, bestående bland annat av världens största palmträd, och i skogen fanns ett rikt fågelliv.

Polynesierna upprättade en civilisation med ett hierarkiskt klansamhälle, kapabla att hugga ut och flytta de nästan tusen enorma stenstatyerna ön är känd för, vissa 10 meter höga och 80 ton tunga.

För att få plats med odling, för att bygga kanoter att fiska med och för att kunna flytta stenstatyerna började man hugga ner skogen. När befolkningen var som störst bodde minst 15 000 personer på ön.

Men när européer kom dit på 1700-talet fanns det bara några magra stackare kvar. Skogen var nedhuggen till sista palm, alla fågelarter var utrotade, odlingsjorden hade eroderat bort och det enda spåret av högkulturen var stenstatyerna. Populationen hade dykt till under 3000.

Utgrävningar av avfallshögar visar att huvudkällan för protein till en början var tonfisk och delfin. När träden tagit slut minskade mängden fiskben drastiskt, eftersom de inte längre kunde göra kanoter att bedriva fiske med. Därefter bestod födan för en tid mest av fågel. Senare lager i högarna innehåller kyckling, alltmer råttben och, alla sist, människoben.

Skogsskövlingen, jordbruket och att man fått med sig råttor, som naturligtvis snabbt förökat sig och var fina på att gnaga i sig bl.a. palmnötter, gjorde att ekosystemet på ön brakade ihop fullständigt, med svält, inbördeskrig och möjligen även kannibalism som följd.

Vad Påskön genomgick i fråga om resurser och befolkning är något i den här stilen:

I början, när det fanns gott om resurser, ökade befolkningen exponentiellt. Den växande befolkningen tärde på resurserna i allt snabbare takt, och till slut nådde populationen ett tak, när det inte längre gick att öka utvinningstakten på resurserna och brist uppstod. Därpå dök befolkningskurvan brant.

Jag gjorde en enkel simulering av det här. Antag att det från början fanns 10 miljoner träd på Påskön (ett per 16:e kvadratmeter - ön är ca 160 kvadratkilometer stor), att det var 20 personer som kom dit från början (hur många det var vet vi förstås inte) och att varje person gjorde av med 10 träd per år i genomsnitt. Antag vidare att återväxten av träd är 1% per år och tillväxten av befolkningen är 2% per år. Då blir resultatet följande:

På knappt 400 år når befolkningen sitt högsta värde (det råkade bli drygt 38000 - förmodligen för mycket men inte helt åt fanders ändå), samtidigt som träden tar slut och - i den här modellen - alla dör. Fullt så dramatiskt blev det inte på riktigt, eftersom man inte automatiskt dör bara för att man inte har tillgång till träd. Därför liknade verkligheten förmodligen mer förloppet i den förra figuren. Men grunden för deras civilisation var oåterkalleligt undanryckt.

Värt att notera är att mängden resurser (alltså den blå kurvan) inte påverkas någonting förrän väldigt sent när befolkningen vuxit sig så stor att de gör av med mer än den årliga återväxten - vad vi idag skulle kalla hållbarhetsgränsen. Efter det går det fort innan resurserna plötsligt är slut.

Parallellen mellan Påskön, helt utlämnad åt sig själv i oceanen, och Jorden som helhet är inte svår att dra, och var mänskligheten idag befinner sig på en sån här kurva kan vara värt att fundera på. Verkligheten är som sagt förstås mer komplex: vi har inte bara en enda resurs som vi är beroende av, vissa resurser räcker längre, vissa kan ersättas med andra och så vidare, men i grund och botten är det samma mekanismer för oss som för befolkningen på Påskön.

Det är kanske frestande att avfärda dem som vildar som inte hade mycket förstånd, men de var givetvis fullt moderna människor precis som vi. Dels hade de lyckats med bedriften att navigera dit och dels hade de upprättat den rika kulturen och organiserat sig så till den grad att de klarat av byggandet och flyttandet av statyerna. Alltså var de kunniga, hårt arbetande och välorganiserade. Trots detta lyckades de tydligen inte kontrollera de här processerna när de väl startat.

Sensmoralen är alltså: önskar man ha kvar sin civilisation, se då till att värna de resurser den behöver för sin överlevnad. Just nu är vi i full färd med att "göra en Påskön". En fördel har vi gentemot dem: möjligheten att lära oss av deras misstag.

Välkommen!

Jag skrev tidigare på min skidblogg. Jag fick bra respons på denna och tyckte det var kul att skriva. Därför ska jag fortsätta med det, men nu om helt andra ämnen.

Här kommer jag istället helt enkelt skriva om sådant jag går och funderar på. Jag tycker om att förstå saker och hur olika fenomen hänger ihop, därför kommer innehållet kretsa kring sådant. Det kommer vara högt och lågt med allt från väderfenomen till världsekonomi. Jag utger mig alltså inte för att vara någon expert på de områden jag skriver om, men jag bemödar mig med att kolla fakta och läsa på så gott jag kan innan - det är det som är hela grejen, att jag tvingar mig att lära mig genom att formulera det. Men hittar du något som verkar galet eller obegripligt så är ingen gladare än jag om du säger till.

Sanningen är obestridlig. Panik kan attackera den, okunnighet kan förlöjliga den, illvilja kan snedvrida den, men här är den. 

(Winston Churchill, min översättning)

Jag hoppas att någon kommer tycka att det intressant och kanske lärorikt. Trevlig läsning!


Förresten, om du läser det här på en mobiltelefon kan det hända att du får upp ett halvirriterande meddelanden om cookies. När jag klickade runt bland blogginställningarna markerade jag att den inte skulle räkna mina egna sidvyer till statistiken, men då dök cookiemeddelandet upp, så jag avmarkerade det alternativet igen, men meddelandet kvarstod. Det verkar vara en bugg i Blogger. På desktopversionen har jag lyckats få bort det, men inte för mobiler. Om du råkar veta hur man blir av med det, säg gärna till!