Det har ikke vært havnivåstigning de siste 2000 år, før havet plutselig begynte å stige igjen for 150 år siden. Hvorfor? Og hvor mye?
Figur 1. Havnivåendringer de siste 8 000 år observert på ulike lokaliteter, blant annet i Stillehavet. Figur: Wikimedia Commons
Det er ikke lett å finne observasjoner som kan fortelle hvor store globale havnivåendringer (i forhold til jordas sentrum) det har vært på jorda, det vil si hvor mye smeltevann fra isbreer som har rent ut i havet. Det finnes nemlig ingen havnivåendringer som er globalt uniforme. Dette skyldes at havnivåendringer både har medført endringer i gravitasjon og bevegelser av den faste jord (såkalte isostatiske bevegelser).
På øyer langt til havs (for eksempel Tahiti) observeres, imidlertid, havnivåendringer som kan gi et omtrentlig bilde av det globale gjennomsnittet. En øy vil nemlig følge med havbunnen i isostatiske bevegelser, og gravitasjonseffektene fra smeltende is er minimale.
På Tahiti er det observert 120 meter havnivåstigning de siste 20 000 år, og 15 meter de siste 8 000 år. I figur 1 (over) ser vi at det (omtrent) ikke har vært havnivåstigning de siste 4 000 år, og at det har vært fullstendig stabilt de siste 2 000 år.
Tidevannsmålinger verden over, derimot, viser at det de siste 150 år har vært en gjennomsnittlig stigning i globalt havnivå på 1,7 mm/år. Hvis denne havnivåstigningen hadde foregått over de siste 1 000 år, ville havnivået steget med 1,7 meter; noe som ikke støttes av observasjonene (figur 1 over).
Spørsmålet er da: hva kan det komme av at havnivået plutselig har begynt å røre på seg?
La oss først se på hva som teoretisk kan ha forårsaket bevegelser av havoverflaten (eustasi) over så korte tidsrom som 150 år:
- Tektono-eustasi omfatter endringer som skyldes forandring i volumet av havbassengene, enten årsaken er tektoniske bevegelser eller sedimentasjon.
- Glasial-eustasi skyldes endringer i havvannets volum på grunn av at isbreer dannes eller smelter, eller at volumet endres på grunn av temperatursvingninger (ved termisk ekspansjon).
- Geoide-eustasi skyldes endring i gravitasjon. Denne fører til omfordeling av vannmassene, og fører til at havnivåendringer ikke er globalt uniforme; dette ser vi også fra satellittmålinger.
Se også «Hva påvirker havnivået i Norge? »
Det er glasial-eustasi som antas å være årsak til havnivåstigningen de siste 150 år, altså endring av havvannets masse ved tilførsel av smeltevann og/eller termisk ekspansjon av havvannet på grunn av temperatur-økning.
IPCC (FNs klimapanel) mente i 1990 at havnivåstigningen skyldes hovedsaklig termisk ekspansjon av havvannet og hadde sammenheng med temperaturøkningen etter at den lille istid tok slutt (rundt 1850).
Den kjente geofysiker/oseanografen Walter Munk skrev imidlertid i 2002 at termisk ekspansjon er altfor ubetydelig til å forklare en havnivåstigning på 2 mm/år. Dessuten mente han at den var altfor lineær til å ha sammenheng med økningen i CO2, og at smeltingen av verdens isbreer heller ikke var kraftig nok til å være forklaringen. Munk konkluderer derfor med at en så stor havnivåstigning som 1,7 mm/år er vanskelig å forklare.
’Mye vann har rent ut i havet’ siden 2002; blant annet har det vært en stor økning i mengde data fra satellittmålinger, og det er påvist at termisk ekspansjon kan være en betydelig faktor i havnivåendringer. Men tross dette er det fremdeles usikkert hvor mye havet stiger, og det er heller ikke enighet om hva som forårsaker det.
Satellittmålinger er den eneste metoden som gir absolutt havnivå, men metoden påvirkes av en hel del faktorer. Målinger av absolutt havnivå påvirkes for eksempel av bevegelser av den faste jord. I motsetning til det inntrykket mange har, gir satellittmålinger derfor ikke et eksakt mål for dagens havnivåendring.
Her skal vi se på én av de mange korreksjoner som må gjøres av satellittmålinger – nemlig GIA (’Glacial Isostatic Adjustment’)-korreksjonen. Det er egentlig to typer GIA-korreksjon for satellittmålinger – en for Topex-satellitten (som brukes til å estimere havnivåendringen) og en annen for GRACE-satellitten (som brukes for å se på årsaken til endringen).
Estimert havnivåstigning
Dagens havnivåstigning basert på satelittobservasjoner (Topex) blir vanligvis satt til 3,2 mm/år. Men det foreligger andre estimater; her følger et knippe av publiserte estimater fra ulike perioder:
- Fra 1993 til 2003 er den 3,1 mm/år (ifølge IPCC, 2007)
- Fra 2003 til 2008 er den 2,5 mm/år (ifølge Cazenave et al., 2009)
- Fra 2002 til 2011 er den 1,7 mm/år (ifølge Baur et al., 2013)
Havnivåstigningen varierer over tid, og estimat av endringen vil variere etter hvilken periode som undersøkes. Dette forklarer noe av variasjonen i estimatene ovenfor, men det er neppe hele forklaringen. To publiserte studier med data fra samme periode gav resultater for havnivåstigningen som er såpass forskjellige som 2,4 mm/år og 3,6 mm/år (Milne, 2009). Det skyldes i stor grad metodene som er brukt til å korrigere satellitt-målingene.
Når det gjelder GIA-korreksjonen, har vi tidligere påpekt at GIA-modellen som gir best overensstemmelse med observert landhevning har lav-viskøs astenosfære, tynn litosfære og uniform mantel.
Se:
Astenosfæren og landhevningen
Landhevningen og litosfærens tykkelse
En GIA-modell med økning av viskositeten fra øvre til nedre mantel gir dårlig overensstemmelse med observasjonene.
GIA-korreksjonen brukt til satellitt-målinger som Topex (som måler avstanden fra satellitten ned til havoverflaten) dreier seg om endring av havbassengvolumet, og vil forårsake tektono-eustasi. Tektono-eustasi skyldes i denne sammenheng en kombinasjon av glasial-isostasi og hydro-isostasi, altså ettervirkninger av siste istid. Det er heving av tidligere nediset landområde og innsynkning av havområdene på grunn av smeltevannet som vil føre til endring av havbassengvolumet.
Se «Hva påvirker havnivået i Norge?»
Ifølge den GIA-modellen som oftest brukes i havnivåstudier (såkalt Peltier-modell) øker volumet av havbassenget i dag med ca. 0,3 mm/år. Når satellitt-målingene viser 3,0 mm/år i endring, blir det korrigert med GIA slik at havnivåendringen blir 3,3 mm/år. Denne GIA-modellen har økende viskositet fra øvre til nedre mantel. Dette har vi sett ikke stemmer for Skandinavia, og sannsynligvis heller ikke for resten av kloden (Cathles, 1975).
En illustrasjon av forskjellen på de to modeller, er vist i figur 2 under. Figuren viser dagens innsynkningsrate av havområdene på grunn av pålastning av smeltevannet etter siste istid (hydro-isostasi) beregnet med Peltiers GIA-modell og GIA-modell med lav-viskøs astenosfære og tynn litosfære. I beregningene har vi antatt at global havnivåstigning følger observerte havnivåkurver fra øyer langt til havs. Figuren viser bare hydro-isostasi; med glasial isostasi (heving av landområdene) ville bildet blitt noe mer komplekst.
Figur 2. Dagens innsynkningshastighet (hydro-isostasi) i våre områder beregnet med to ulike GIA-modeller (kontur-intervall 0,2 mm/år). Til venstre den som oftest brukes til korreksjon av satellitt-målinger (Peltier-modell); til høyre den modellen som gir overensstemmelse med landhevningen i Skandinavia (lav-viskøs astenosfære, uniform mantel og tynn litosfære). Klikk for større figur.
Vi ser av figuren at de to modellene gjør stor forskjell i innsynkning. Det interessante i denne sammenheng (i forbindelse med GIA-korreksjon for Topex-satellitten) er ikke minst hva som skjer i området hav/kontinent. For en uniform mantel-modell vil periferien først synke inn, deretter heves.
Se «Har landhevingen skapt en forebulge?»
Peltier-modellen oppfører seg motsatt – periferien vil først heves, deretter synke inn.
Forskjellene mellom ulike GIA-modellene blir enda mer markante for store havområder, eksempelvis Stillehavet. Havbassengvolumet vil derfor kunne skrumpe for den ene modellen og utvides for den andre. Det vil si at GIA i seg selv kan føre til en liten havnivåstigning når en bruker uniform-modellen, og havnivåsynkning med en ikke-uniform mantel-modell.
IPCC-estimatet ovenfor er basert på korreksjon med Peltier-modellen, mens Baur bruker litt andre GIA-modeller. Det er foreløpig uklart hvor mye av forskjellen mellom disse estimatene som skyldes ulike korreksjons-modeller, og hvor mye som skyldes at periodene som studiene dekker er ulike.
Årsaker
Når det gjelder årsaken til havnivåstigningen, er situasjonen også uklar. Forholdet mellom smeltevann og termisk ekspansjon kan i prinsippet ’måles’ med GRACE-satellitten. En studie av GRACE-målingene over perioden 2003-2008 viser at det ikke er endring i gravitasjon over havene (Cazenave et al., 2009). Dette er kanskje litt overraskende siden det antakelig har kommet mer vann i havene på grunn av dagens is-smelting. Men det foregår altså samtidig en isostatisk innsynkning av havområdene som ettervirkning etter istiden (GIA).
I og med at GRACE-satellitten ikke observerer gravitasjons-endring, må det bety at gravitasjonseffekten av økt smeltevann i havene og gravitasjonseffekten av isostasien (GIA) er like store og har motsatt fortegn. Hvis en altså vet (eller kan finne ut) hvor mye havbunnen synker inn på grunn av smeltevannet fra siste istid, så har en samtidig et estimat av mengde smeltevann som kommer ut i havene nå.
Korreksjonen av GRACE-målingene med Peltier-modellen er nesten 2 mm/år. I de nyeste studier av havnivået er brukt andre og lavere GIA-korreksjoner; det medfører at estimatet av økt vannmasse blir lavere. GIA-korreksjonene er store, viktige – og altså helt usikre. Dermed blir også estimert forhold mellom endring av vannmassene og effekt av termisk ekspansjon svært usikkert. Effekt av termisk ekspansjon varierer i ulike studier fra 0,2 mm/år til 1,6 mm/år.
Konklusjon
Tidevannsmålinger viser at havnivået har steget med bortimot 2 mm/år siste 150 år (etter at den lille istid tok slutt). Satellittmålinger gir ikke et eksakt mål for dagens havnivåendring, og ulike studier av havnivåendringer basert på satellittmålinger har gitt forskjellige resultater; det er foreløpig uklart hvor mye av forskjellen som skyldes diverse korreksjoner som må gjøres av satellittmålingene og hvor mye som skyldes at studiene omfatter ulike perioder.
På grunn av usikkerhet i GIA-modell som brukes til korreksjon av GRACE-satellitten, er det høyst uklart hva som er hoved-årsaken til havnivåendringene, om det er økt smeltevann fra isbreer eller termisk ekspansjon. En kan ikke utelukke at IPCC (1990) hadde rett, i at havnivåendringen i stor grad skyldes termisk ekspansjon.
Slik er status nå med henhold til havnivåstudier, men – forståelig nok – siste ord er ikke sagt i denne saken. Men før siste ord blir sagt, vil det antakelig renne atskillig mer vann ut i havene (med mindre havnivåstigningen skyldes termisk ekspansjon).
Referanser
Baur, O., Kuhn, M. and Featherstone, W.E., 2013. Continental mass change from GRACE over 2002-2011 and its impact on sea level. Journal of Geodesy 87, 117-125.
Cathles, L.M., 1975. The Viscosity of the Earth’s Mantle. Princeton University Press, NJ.
Cazenave, A., K. Dominh, S. Guinehut, E. Berthier, W. Llovel, G. Ramillien,M. Ablain, and G. Larnicol, 2009. Sea level budget over 2003–2008: A reevaluation from GRACE space gravimetry, satellite altimetry and Argo. Global Planet. Change, 65, 83–88.
Milne, G. A., W. R. Gehrels, C. W. Hughes, and M. Tamisiea, 2009. Identifying the causes of sea-level change. Nature Geoscience 2, 471-478.
Peltier, W., 2004. Global glacial isostasy and the surface of the ice‐age Earth: The ICE‐5G (VM2) model and GRACE, Annu. Rev. Earth Planet. Sci., 32, 111–149.
