Istiden är inställd

Trots att 2020 inleddes med en av de mildaste vintrarna i mannaminne är kylan kanske inte långt borta. Astronomiska mätningar tyder på att solens aktivitet, och därmed dess energileverenser till jorden, dyker under de kommande tio åren.

Senast solens aktivitet var så låg var under den så kallade lilla istiden som varade från omkring år 1450 till 1850.

De kallaste åren inträffade under perioden 1645–1715, då ett iskallt stryptag om Västeuropa gjorde att miljontals människor frös, svälte och dog.

Trots att forskarna ännu är oeniga om exakt vad som låg bakom den lilla istiden är den stora frågan vilken effekt en liknande – eller ännu djupare – minskning av solens aktivitet skulle få i dag.

Istäcken byggs på

Solen är helt avgörande för jordens klimat eftersom den levererar 99,97 procent av energin till planetens yta medan klotets inre värme bara står för 0,03 procent.

Därför kan även små variationer i instrålningen av solenergi påverka temperaturen dramatiskt. Det kan till exempel hända under de istider som jorden upplevt flera gånger de senaste drygt 2,6 miljoner åren.

Under en istid bygger kylan på jordens stora istäcken på Grönland och Antarktis, och nya istäcken växer fram i Nordamerika, Sibirien och Skandinavien.

Härifrån skickar de ut de kilometertjocka istungor som bulldozar landskapet till oigenkännlighet och får djur och växter att fly mot varmare trakter. Värmeglada arter som i dag trivs i Nordeuropa överlever bara om de tar sig över Alperna och ned mot Medelhavet.

Forskarna har känt till de stora istiderna från mitten av 1800-talet och har sedan upptäckten letat efter förklaringen. Det första förslaget på en sådan kom 1864 från den självlärde skotska fysikern James Croll.

Han föreslog att isens rastlösa vandrande fram och tillbaka berodde på rytmiska ändringar av mängden solljus – och därmed energi – som träffade jorden vid olika årstider.

Croll föreställde sig att en period med extra kalla vintrar lade grunden för en istid som sedan stärktes genom ett antal självförstärkande effekter.

James Croll påpekade till exempel att det utbredda vita snötäcket från en lång och kall vinter reflekterar solens energi tillbaka ut i rymden långt in på våren och på så sätt sänker temperaturen från år till år.

Senare undersökningar har visat att Crolls teori stämde när det gäller den grundläggande orsaken. Sedan har teorin bara justerats en aning och utökats med några extra detaljer. Istider uppstår just till följd av tre små variationer i jordens bana runt solen.

Tillsammans skapar variationerna de så kallade Milankovitch-cyklerna, som över tusentals år ger komplicerade variationer i mängden energi som träffar jorden vid olika årstider och på olika platser. Croll tog dock fel på en punkt.

Det är inte perioder med kalla vintrar som är avgörande för om vi får istid eller ej.

Däremot är de flesta klimatforskare i dag eniga om att växlingen till istid sammanfaller med perioder där en zon runt den 65:e norra breddgraden får ytterst lite solenergi på sommaren.

Fläckfria perioder kyler planeten

Den senaste istiden kallas weichsel och tog slut för cirka 11 500 år sedan. Forskarna vet inte exakt hur många istider som föregått weichsel, men det är i alla fall fler än tio.

Under de senaste 800 000 åren har kylan kommit och gått i en rytm där istiderna varat i drygt 100 000 år, avbrutet av mildare perioder som den vi är i nu, på 10 000–20 000 år.

Klimatet är dock instabilt även under de varma perioderna och bjuder på kraftig kyla som varar från några årtionden till flera århundraden. Återigen finns orsaken på solen – eller rättare sagt i den.

Mellan 1645 och 1715, under det så kallade Maunder Minimum, blev solen ovanligt lugn och dess yta var i stort sett helt fri från solfläckar – mörka fläckar skapade av bågar i magnetfältet i den översta solatmosfären.

Den tyske astronomen Gustav Spörer studerade på 1700-talet nedtecknade data och upptäckte att det mellan 1672 och 1700 bara fanns 50 solfläckar. När solaktiviteten är hög har solen under motsvarande period 40 000 till 50 000 solfläckar.

Enligt klimatforskarna i projektet PAGES 2k blev planeten 0,4 grader kallare under Maunder Minimum och den lilla istidens kallaste årtionden.

I Europa sjönk temperaturen lokalt med 1,5 °C, till exempel i centrala Alperna där glaciärerna fick växtvärk.

På andra platser frös floder till is och omöjliggjorde fartygstransporter, och skördarna slog fel. Resultatet för den pressade befolkningen var hungersnöd, sjukdom och död.

Vulkanutbrott bidrog till kylan samtidigt som jorden nåddes av mindre energi. Forskare på University of Colorado, USA, menar att solen då levererade cirka 1360,25 watt per kvadratmeter medan den siffran under 20:e århundradet var i genomsnitt 1361,5 watt per kvadratmeter.

Astrofysikern Irina Kitiashvili på Nasas Ames Research Center undersöker variationer i solens magnetfält.

Hon har återskapat utvecklingen från 1976 fram till 2019 och lagt in alla data i en så kallad magnetohydrodynamikmodell. Den visar hur elektriskt ledande gaser och vätskor uppför sig i ett magnetfält och kan hjälpa till att förutsäga antalet solfläckar i framtiden.

Mängden solfläckar varierar över en period på cirka elva år – från få till många och tillbaka till få igen.

Astronomerna har numrerat cyklerna och nu nått cykel 24, som började 2008 och slutar 2020.

Irina Kitiashvilis modell stämde väl på cykel 24,, vilket har skapat stort intresse för hennes förutsägelse av kommande cykel 25, som enligt modellen kommer att bli den svagaste på 200 år.

Solfläckarnas aktivitet halveras jämfört med cykel 24, som i sin tur bara var hälften så aktiv som cykel 21 och 22 från 1976 till 1996. Ändå har det aldrig uppmätts så höga temperaturer på jorden som nu.

Kyla kämpar med värme

Orsaken är att atmosfärens innehåll av växthusgasen koldioxid har ökat med 45 procent sedan den industriella revolutionen inleddes på 1800-talet och mängden metan, en ännu mer kraftfull växthusgas, har ökat med hela 150 procent.

Växthusgaserna har orsakat dagens globala uppvärmning och är en potent motståndare till kylan från rymden.

Utan växthusgaser i atmosfären skulle genomsnittstemperaturen falla till ohyggliga minus 18 grader. Nu ligger den i stället på behagliga plus 15 grader.

2017 undersökte tre amerikanska forskare på University of California i San Diego 20 års astronomiska data från 33 solliknande stjärnor.

Målet var att fastställa hur mycket deras utstrålning varierade över tid. Studierna visade att det nästan uteslutande är energi i form av ultraviolett strålning som minskar när en stjärna går in i ett Maunder Minimum.

Baserat på de 33 stjärnorna menar forskarna att sänkningen är mellan 5,5 och 8,4 procent. På jorden skulle Maunder Minimum därför resultera i ett temperaturfall på max 0,5 °C.

Michael Brown på Monash University i Australien har tittat närmare på kampen mellan värme och kyla. Enligt Brown skulle ett nytt Maunder Minimum inte ge något stort temperaturfall – främst för att atmosfären fortfarande tillförs växthusgaser varje år, som sedan 1850 har värmt upp planeten med drygt 1°C.

Siffror från det internationella energiorganet visar till exempel att jordens samlade energibehov var 2,3 procent högre 2018 än 2017.

Samtidigt täcktes det ökande behovet i huvudsak med kol, olja och gas i stället för gröna energikällor i form av vind- och solenergi. Därmed finns det för tillfället inget som tyder på en inbromsning av temperaturhöjningen.

Ny istid pausad

Först om cirka 1 500 år hotar en ny ”riktig” istid att dyka upp. Till skillnad från en liten istid är den äkta varan inte bara ett kort temperaturfall på några årtionden utan omfattar tiotusentals år med ett klimat som är minst fem grader kallare än i dag.

Planeten kommer dock knappast att uppleva några nya gigantiska istäcken inom överskådlig tid, bedömer paleoklimatologen Michael Sandstrom på Columbia University i New York, USA. Han har bland annat studerat hur mycket koldioxid luften innehåller i värmetider respektive istider.

Mängden koldioxid mäts i ppm, miljondelar luftmolekyler. Innan en istid kan uppstå ska koldioxidinnehållet i atmosfären ned till cirka 170 ppm. Det betyder att luften innehåller 170 koldioxidmolekyler för varje miljon luftmolekyler.

Tvärtom ska mängden koldioxidmolekyler upp till 280 ppm för att orsaka en värmetid som den nuvarande. Innan förbränningen av fossila bränslen tog fart i mitten på 1800-talet var atmosfärens innehåll av koldioxid just 280 ppm. Sedan dess har koncentrationen ökat till 410 ppm.

Senaste gången jorden hade en liknande uppvärmning var för drygt 56 miljoner år sedan under PETM (Paleocene-Eocene Thermal Maximum). På 10 000 år blev planeten mellan fem och åtta grader varmare när undervattensvulkaner smälte metanis och frigjorde stora mängder växthusgaser.

När utsläppen avtagit tog det 170 000 år innan temperaturen fallit till den tidigare nivån.

Den långsamma avkylningen beror på att jordens egen termostat är ineffektiv och det tar lång tid att rensa atmosfären från koldioxid.

Dessutom fungerar många av de processer som en uppvärmning sätter igång mycket snabbare framlänges än baklänges. Avsmältningen av planetens stora istäcken på Antarktis och Grönland sker till exempel betydligt snabbare än vad det bildas ny is.

Samtidigt har smält is en självförstärkande effekt. När isen smälter blottläggs mörkt hav och land som – till skillnad från den vita, reflekterande isen – suger åt sig solstrålarna och omvandlar dem till värme.

Värmen förstärker med andra ord sig själv och gör det svårare att vända en höjning av temperaturen till en sänkning.

Solen kan köpa oss tid

Utsläppet av växthusgaser som orsakar den globala uppvärmningen stör också planetens naturliga pendling mellan kyla och värme – vilket kanske kan bli klimatets räddning.

Video: Hur mycket is ska smälta för att ditt hem ska bli översvämmat?

Om astrofysiker som Irina Kitiashvili har rätt i sin teori om att vi går in i en ny period med mycket låg solaktivitet får mänskligheten kanske en kortvarig respit med klimat-förändringarna när växthusgaser driver upp temperaturen eftersom solens minskade aktivitet dämpar deras effekt på klimatet.

Det kan ge den tid energisektorn behöver för att ställa om till gröna energikällor och industrin tid att hitta ersättningar för betong och stål som släpper ut enorma mängder koldioxid.

Respiten är dock kortvarig och när solen och solfläckarna återvänder med förnyad styrka kommer temperaturen att stiga med raketfart om inte mänsklighetens globala uppvärmning då har tyglats.