Når nivåene av klimagassen karbondioksid stiger og varmer kloden, vil Antarktis is bli mer sårbar for sykluser i astronomisk målestokk, spesielt er planeten til når den snurrer rundt aksen.
Ny forskning viser at over 30 millioner år med historie, antarktisens isark reagerte sterkest på vinkelen på jordens vippe på sin akse når isen strekker seg ut i havene, og samhandler med strømmer som kan bringe varmt vann til å la seg i marginen og føre til økt smelting. Effekten av vippet toppet seg når karbondioksydnivåene var lik det forskerne forutså for det neste århundre, hvis mennesker ikke får utslipp under kontroll.
Når karbondioksidnivåer skyver forbi 400 deler per million, vil klimaet bli mer følsomt for jordens vipp, eller skråhet, rapporterte forskere 14. januar i tidsskriftet Nature Geoscience.
"Virkelig kritisk er mengden karbondioksid i atmosfæren," sa studieforfatter Stephen Meyers, en paleoclimatologist ved University of Wisconsin, Madison.
Et scenario med høy karbondioksid og høy vippevinkel kan være spesielt ødeleggende for den milstykke isen som dekker Antarktis.
Rekonstruere fortiden
I løpet av omtrent 40 000 år vipper jordas akse frem og tilbake "som en gyngestol," sa Meyers. For øyeblikket er denne skråheten rundt 23,4 grader, men den kan være så lite som 22,1 grader eller så mye som 24,5 grader.
Vippingen betyr noe for når og hvor sollys treffer kloden, og kan dermed påvirke klimaet.
For å rekonstruere en historie om hvordan Antarktis is har reagert på denne vippa, brukte Meyers og hans medforfattere noen få kilder til informasjon om jordas klimafortid. En kilde var kalsiumkarbonat fra havbunnen, etterlatt av encellede organismer kalt benthic foraminifera. Disse organismene skiller ut et kalsiumkarbonatskall rundt seg selv, og holder fast i en global, kontinuerlig oversikt over kjemien i havene og atmosfæren.
Sedimentoppføringer fra rett rundt Antarktis ga en annen kilde til klimahistorie - en spesialitet av studieforfatter og paleoklimatolog Richard Levy fra GNS Science og Victoria University of Wellington i New Zealand. Disse sedimentene, boret fra havbunnen i lange, søyleformede kjerner, holder også oversikt over fortiden. En isbre dumper for eksempel en særegen blanding av gjørme, sand og grus der den sitter. Disse kjernene gir et veldig detaljert bilde av hvor isplatene en gang var, sa Meyers, men det er hull i posten.
Is sykluser
Med data fra begge kilder samlet forskerne en historie om Antarktis fra 34 millioner til 5 millioner år siden. De første store isplatene på Antarktis dannet for 34 millioner år siden, sa Levy, og havis året rundt ble normen bare for 3 millioner år siden, da karbondioksidnivået falt under 400 deler per million.
Fra omtrent 34 millioner år siden til omtrent 25 millioner år siden var karbondioksid veldig høyt (600 til 800 ppm), og det meste av Antarktis is var landbasert, ikke i kontakt med havet. Kontinentets isfremgang og tilbaketrekning var relativt ufølsom for planetens vippe på dette tidspunktet, fant forskerne. For rundt 24,5 millioner og for rundt 14 millioner år siden falt atmosfærisk karbondioksid til mellom 400 og 600 ppm. Isark avanserte oftere ned i sjøen, men det var ikke veldig mye flytende havis. På dette tidspunktet ble planeten ganske følsom for skråstillingen av jordas akse.
For mellom 13 millioner og 5 millioner år siden falt karbondioksidnivået igjen og gikk så lavt som 200 ppm. Flytende havis ble mer fremtredende, og dannet en skorpe over åpent hav om vinteren og tynnet bare om sommeren. Følsomheten for jordens vippe falt.
Det er ikke helt klart hvorfor denne endringen i følsomhet for skråhet oppstår, sa Levy til Live Science, men grunnen ser ut til å innebære kontakten mellom isen og havet. I tider med høy vippe blir de polare områdene varme og temperaturforskjellene mellom ekvator og polene blir mindre ekstreme. Dette forandrer i sin tur vind- og strømningsmønster - som i stor grad er drevet av denne temperaturforskjellen - til slutt øker strømmen av varmt havvann til Antarktis kant.
Når is stort sett er landbasert, berører ikke denne strømmen isen. Men når isplatene er jordet mot havbunnen, i kontakt med strømningene, betyr strømmen av varmt vann mye. Flytende havis ser ut til å blokkere noe av strømmen, og reduserer islagets tendens til å smelte. Men når karbondioksidnivåene er høye nok til at flytende havis smelter, er det ingenting som hindrer de varme strømningene. Det er da Jordens vippe ser ut til å ha størst betydning, som skjedde for mellom 24,5 millioner og 14 millioner år siden.
Denne historien staver problemer for Antarktis fremtid. I 2016 hoppet nivået av karbondioksid i jordas atmosfære forbi 400 ppm, permanent. Den siste gangen i jordas geologiske historie at karbondioksid var så høyt, var det ingen havis året rundt i Antarktis, sa Levy. Hvis utslippene fortsetter som de er, vil havisen vakle, sa Levy, "og vi vil hoppe tilbake til en verden som ikke har eksistert på flere millioner år."
"Antarktis sårbare marinbaserte islag vil føle effekten av vår nåværende høye tilt, og havoppvarmingen ved Antarktis marginer vil bli forsterket," sa han.
Mandag (14. januar) rapporterte en annen gruppe forskere at antallet av smelter i Antarktis allerede er seks ganger raskere enn for bare noen tiår siden. Forskerne fant ut at kontinentet mistet omtrent 40 gigatons is per år mellom 1979 og 1990. Mellom 2009 og 2017 mistet det 252 gigatons is per år i gjennomsnitt.
Forskerne ser nå på de små variasjonene i følsomhet for jordens vippe som oppstår på tvers av de tre brede mønstrene de fant, men hovedbudskapet er allerede klart, sa Levy.
"Antarktis havis er helt klart viktig," sa han. "Vi må presse på og finne ut måter å nå utslippsmålene på."
