Debatindlæg, Drivhusgasser, PETM

PETM: – Hvad er det reelt den varme PETM periode for ca 55 mio år siden viser?

  • Nu og da hives PETM periodens varme frem som argumentet der virkeligt ændrer noget i klimadebatten. Men hvad er det konkret at data fra PETM perioden viser?

PETM: Paleocene-Eocene Thermal Maxinum

I 1991 kunne forsker teamet Kennett and stott i NATURE [1] dele deres imponerende nye opdagelse med verden: Vi har haft en pludselig varmepeak for ca 55 mio år siden hvor temperaturer hævede sig ca 5-7 grader Celsius indenfor nogle tusinde år.

Siden 1991 er det alment accepteret at der også efterfølgende er fundet flere måske lidt mildere varme-episoder sted. Et andet team [2] har vist, at sea levels efter PETM synes at have haft mange peaks efter PETM perioden, og viser her en mulig sammenhæng med Jordens bane:

Fig 1

Men lad os fokusere på selve PETM episoden for godt 55 mio år siden.

Fra og med Kennett and Stott´s artikel i 1991 [1] blev PETM forandringerne beskrevet som nogenlunde samtidige stigninger af overfladetemperatur og atmosfærens indhold af kulstof. Man kunne ikke sige at temperaturer steg først og derefter kulstof (CO2/CH4) og man kunne heller ikke sige det modsatte. Opløsningen i data var for lille.

Problemet er at 55 mio år gamle sedimentlag langt nede kan være for tynde og måske med en vis opblanding der ikke tillader at vi kan sige noget om hvad der skete 1000 år før eller efter med tilstrækkelig sikkerhed.

Antarktiske istidsdata

CO2 i atmosfæren følger gerne efter temperaturer op og ned. Dette mønster ses i data fra Antarktiske borekerner hvor CO2 peaks ofte kommer 500-1000 år efter peaks i temperaturer. Vi ser ikke at en hel del CO2 peaks efterfølges af temperaturer peaks som man måske kunne have forventet hvis CO2 effekten er katastrofal stor.

Det havde naturligvis stillet hele debatten anderledes hvis man ofte direkte kunne se at temperaturer fulgte efter CO2 i fortidens data.

Derfor kommer PETM episoden nu og da ind i billedet, som en slags bevis på at kulstof CO2/CH4 helt konkret ER årsagen til en voldsom opvarmning.

Men en del artikler om PETM 1991-2010 afspeljer at data har problemer i form af for dårlig opløsning og resultaterne viser blot en ret sammenfaldende timing af temperaturstigning og forøgelse af kulstof i atmosfæren.

Dybe oceaner

Kennett and Stott´s argumenterede ud fra deres resultater i 1991, at PETM-opvarmningen syntes at være mest udtalt i det dybe ocean og faktisk startede her.

De noterede at varme i dybet var så kraftig at temperaturgradienten ned gennem oceanet – der ellers normalt har koldere vand længere nede – næsten var forsvundet i en periode. De rapporterede om massedød blandt dybhavsarterne alt imens overfladearterne forekom mere upåvirkede. Denne indledende dybhavs opvarmning kom næppe oppe fra atmosfæren grundet drivhuseffekt.

I årene 2005-12 udgives en stribe artikler, bland andet Sluijs et al., 2007 [3] med deltagelse af forskeren Appy Sluijs fra Utrecht University.

Det lykkedes for Sluijs teams at finde nogle lokationer hvor netop 55 mio år gamle sedimentlag er meget bredere og dermed har en bedre data opløsning og klarere budskaber. Først fandt teamet bl.a lokationen Wilson Lake ved den Amerikanske Østkyst men det til dato mest optimale site med de bredeste sedimentlag og klareste signaler i data fandt Sluijs teamet i sedimenter fra Bass River, PA, USA [2]:

FIG 2 Bass River PETM data i høj kvalitet.

For Bass River (og Wilson Lake) estimerede Sluijs team at havoverflade temperaturer ( lilla graf ) steg ca 3000 år før at indholdet af kulstof i atmosfæren steg ( ”δ13C”), brun og sort graf.

SST linien ligger under ”CIE” linien herover. (CIE ”carbon isotope excursion”, der indikerer hvornår Kulstof indholdet i atmosfæren steg).

Sluijs team kan i Bass river sedimenter adskille timing for onset af varme indtil kulstofindholdet steg i atmosfæren med hele 40 cm borekerne og teamet skriver at enhver snak om at disse lag kunne være blandet sammen er forkerte. Disse usædvanligt klare resultater er altså mulige fordi sediment-tilførslen ved Bass River lokationen har været rigtig hurtig i perioden for 55 mio år siden. 

Bemærk at ca 2/3 af opvarmningen i Bass River data havde allerede fundet sted da kulstofindholdet i atmosfæren for alvor begyndte at røre på sig.

Vi har altså på den ene side visse artikler der rapporterer data hvor onset af temperaturændring er nogenlunde sammenfaldende med ændring af kulstof i atmosfæren, og så på den anden side artikler hvor opløsningen, sedimenthastigheden for 55 mio år siden, er bedre og tillader at vi kan se at PETM temperatur stigning kom klart før kulstof stigningen i atmosfæren – ganske som vi ser for Antarktiske istidsdata.

FIG 3

Her er data fra ”Weddel Sea” der ligger nede ved Antarktis, lige Øst for den Vest-Antarktiske halvø.

Her vises isotob prøver fra 4 forskellige arter. TV: δ13C viser udsving i kulsstof, hvor måske den fuldt optrukne linie ”Bulk Carbonates” er ok ledetråd. I midten: δ18O er en meget udbredt indikator for temperatur variation. Det vi kan se er, at overfladens temperaturudsving ligger måske godt 15 cm under ”BFE” linien hvor Bulk Carbonate skifter kurs. Igen, temperaturstigninger før kulstofændringeri atmosfæren. Men opløsning ikke helt så god som for Bass River.

”Apectodinium”

Det står stadigt mere klart at noget er indtruffet før både PETM temperaturstigninger og kulstofændringer i atmosfæren. På figur 2 for Bass River data ses grøn graf ”Apectodinium”, en ”dinoflaggelat” alge type der kan leve langt nede i oceanet.

En voldsom stigning i bl.a. Apectodinium udbredelsen indtraf før PETM temperaturstigningen ved overfladen. Således regner mange i dag hele PETM perioden for at starte allerede da Apectodinium bestanden vokser op.

Slujs team skriver [3]:

A baseline requirement for abundant Apectodinium appears to have been relatively high temperatures, judging from bio-geographical patterns.”

Sluijs team gjorde klart at Apectodinium stigningen i havet krævede temperaturstigning i havet. Det er normalt for PETM resultater at opblomstringen af Apectodinium indtræder noget før både overfladens temperaturstigninger og atmosfærens tilvækst af kulstof indholf.

Bl.a. således kommer Sluijs et al artiklerne på linie med bl.a. Kennett and Stott 1991 derved at varmen synes at være startet i det dybere hav – hvor uventet det end måtte lyde. Men det passer glimrende med Kennet and Stotts resultater om massedød specifikt for arter i det dybere hav.

Vi så på figur 2 at Apectodinium stigning (der kræver varme i havet) kom ca 40 cm (ca 3000 år) før temperatur stigning ved overfladen som igen kom ca 40 cm (3000 år) før kulstof stigning i atmosfæren.

Sluijs et al., 2007 [3]:

The lag of 3,000 years between the onset of warming in New Jersey shelf waters [Bass River, wilson Lake] and the carbon isotope excursion [CIE = Stigningen I kulstof I atmosfæren] is consistent with the hypothesis that bottom water warming caused the injection of 13C-depleted carbon by triggering the dissociation of submarine methane hydrates, but the cause of the early warming remains uncertain.”

Sluijs team vurderer at noget af det kulstof boom vi ser senere i atmosfæren stammer fra methan fra havbunden udskilt p.gr.a dybhavets opvarmning.

Sluijs team fortsætter:

” Warming before the CIE is consistent with the hypothesis that thermal dissociation of submarine gas hydrates caused the CIE. “

Igen, varmen er altså muligvis startet i det dybe hav og har bl.a. via methan udskillelse forsaget den senere ophobning af kulstof i atmosfæren.

SUMMA:

Adskillige artikler skitserer samlet at vi har haft en ufattelig opvarmning af “the Benthic ocean”, det dybe hav. Man er lidt forsigtig med at forklare hvilken type af imponerende event der her har været tale om. Men den enorme varmemængde vi har konstateret i det dybe hav startede med at vise sig som tidlig stigning i Apectodinium bestanden. Uanset hvilke meksnismer der var i spil, så må vi formode at en voldsom varme tilført det dybe hav før eller siden ville kunne mærkes ved overfladen og vi fik da også varme ved overfladen senere end den indledende stigning i Apectodinium bestanden, Figur 2.

Sådanne enorme varmemængder fra det dybe ocean er den mest oplagte forklaring på opvarmingen ved overfladen senere idet kulstof indholdet i atmosfæren først steg voldsomt efter at 2/3 af varmen indtraf ved overfladen, figur 2.

Sceneriet for at hævde at PETM beviser katastrofal opvarmende effekt fra CO2 eller CH4 bliver bare dårligere og dårligere.

Man skal skal bestemt have de helt store CO2-briller på for at påstå at PETM er det længe ventede bevis på en katastrofal opvarmende effekt fra CO2/CH4. Man skal virkeligt ville det.

2014

Eldret et al., 2014 [4] ser på Europæiske data og samler op på timingen mellem stigningen af overfladetemperaturer og “CIE”, stigningen af kulstof indholdet i atmosfæren:

“Our seasonal temperature and precipitation estimates provide the first quantification of warmer and wetter summers prior to the CIE in Europe, being comparable to those seen in some other records from Europe, i.e., a shift to warmer and wetter summers prior to and during the CIE (Collinson et al., 2009; Storme et al., 2012; Kender etal., 2012; Garel et al., 2013).

Previous studies found anomalous biotic change and at least regional warming to lead the CIE by thousands of years (Thomas et al., 2002; Sluijs et al., 2007;Secord et al., 2011). This suggested that early warming could have caused destabilization of submarine methane hydratesto cause injection of13C-depleted carbon into the global ex-ogenic carbon pool.”

De tørre resultater fra en del undersøgelser viser altså – Ganske som istidsdata fra Antarktis – at en voldsom varme ved overfladen kom først og at kulstof I atmosfæren kom senere.

Der er altså ikke nogen konkret smoking gun heller i PETM data der viser at en ændring i kulstof i atmosfæren direkte medførte en temperatur ændring. Vi ser blot i PETM data at CO2 og Methan indhold blev dikteret af andre forhold.

Nogle vil alligevel hæfte sig ved at:

”Jamen hvis nu sådan og sådan og sådan, så er PETM data faktisk ikke et bevis mod at drivhusgasser kunne have spillet en vigtig rolle for PETM varmen! Det kunne CO2/CH4 godt have været, i hvert fald noget..”

Tjahtjoh.

Men tilbage står blot at data i sig selv ikke viser at det er CO2/CH4 der stod bag det meste af PETM opvarmningen.

Og så er vi jo lige vidt, vi står stadig i en situation med PETM data som med antarktiske istidsdata hvor det måske er visse forskeres tolkninger, ord og overbevisning der er ”beviset” snarere end konkrete databeviser.

Dog er “bevis” for katastrofal CO2/CH4 opvarmning på Jorden med PETM data umiddelbart svagere end “beviser” fra Antarktiske data fordi:

PETM perioden indledes med en varme i det Benthiske dybe ocean, så voldsom at det medførte massedød for arter specifikt i det dybe ocean. For at argumentere at PETM viser at CO2 i atmosfæren er the smoking gun skal man argumentere at varmen fra det dybe hav IKKE i høj grad var det som efterfølgende smittede af på atmosfærens opvarmning. Endda til trods for at kulstof indholdet i atmosfæren – iflg. det bedste resultater vi har – først steg efter at 2/3 af varmen ved overfladen allerede var indtrådt.

Kan dette virkeligt vinkles så CO2/CH4 bliver the smoking gun? Så CO2/CH4 bliver den eneste forklaring på den kraftige PETM opvarmning ved overfladen?

Når alt dette er sagt: Jeg synes der er en del løse ender, og er fuldt ud klar over at der kan være endog vigtige elementer mht. PETM episoden jeg ikke har med her. Hvis der er konkrete kvalitetsdata helst med høj opløsning jeg ikke har med, så evt. læg link og beskrivelse i kommentarene. Dette er et debatoplæg.

[1] http://shadow.eas.gatech.edu/~kcobb/warming_papers/kennett&stott91.pdf

[2] https://www.researchgate.net/publication/49944400_The_Paleocene_-_Eocene_Thermal_Maximum_in_the_Gulf_of_Mexico

[3] https://www.academia.edu/24128538/Environmental_precursors_to_rapid_light_carbon_injection_at_the_Palaeocene_Eocene_boundary

[4] https://www.clim-past.net/10/759/2014/cp-10-759-2014.pdf

Please follow and like us:
Del på de sociale medier

4 Comments

  1. Claus Beyer

    Tak for disse figurer og din beskrivelse af sagen. Jeg har følgende kommentarer: I Danmark har vi blottet en sektion fra PETM oppe på Furs nordkyst og jeg har været med til at prøvetage sektionen og skrive artikel om det. Det har vakt international interesse, at denne sektion er blottet, og der har været flere forskere på besøg for at tage prøver og for at bore ned til friske sketioner af dette interval, der er spændende af flere grunde. Dels er det jo specielt, at der var en så hurtig og kraftig opvarmning i starten af Eocæn. At det skete ved starten af Eocæn giver sig selv, idet man for en del år siden besluttede at definere Paleocæn/Eocæn grænsen udfra dette temperaturskift, idet det var en global hændelse, som derfor er velegnet til at definere en tidsstratigrafisk grænse. Forklaringen på hændelsen kan være ganske ligetil, nemlig at adskillelsen af Grønland og Norge tog fart på det tidspunkt. Store vulkanudbrud var en del af denne tektoniske aktivitet, og selvfølgelig var det associeret med kraftig opvarmning af adskillelseszonen i NØ Atlanten samtidig med, at alverdens gasser og vanddamp blev frigivet. Vulkanudbrudene producerede også enorme askeskyer, som lagde sig som lag ud over blandt andet Danmark. Disse askelag ses i dag i molerklinterne på Fur og Mors foruden mange andre steder i Danmark. Hvert udbrud producerede et karakteristisk lag, og disse lag kan korreleres over flere hundrede kilometer fra Limfjorden til Røjle Klint på Fyn for eksempel (hvilket blev gjort for 100 år siden af Bøgild i 1918). Så vi har overvældende dokumentation for en massiv opvarmning over et par hundrede tusinde år, hvor NØ Atlanten blev sprækket op af aktivitet, som den vi ser på Island i dag. Det er klart, at denne opsprækning ikke skete på grund af et CO2 indhold i atmosfæren. Tværtimod er det opvarmningen, der bevirkede tilførsel af gasser, der i blandt CO2, til atmosfæren. Altså opvarmning=årsag, ændring i atmosfærens koncentration af CO2 og andre gasser=virkning.
    For 200 år siden var man eget interesseret i at undersøge opløselighedsproduktet af forskellige luftarter i vand. Dette er i høj grad temperaturafhængig. Sir Henry opstillede en ligning for relationen nu kaldet henrys lov, og den siger, at opløseligheden af f.eks. CO2 falder hurtigt med stigende temperatur. Igen er temperaturen = årsag og ændring i CO2 koncenteration=virkning.
    Disse to ting, den geologiske begivenhed (kontinent adskillelsen i NØ Atlanten) og henrys lov forklarer på enkel vis, hvorfor fortids data viser, at opvarmning kommer før CO2 øgning i atmosfæren, og hvorfor denne opvarmning sker og kommer fra havbunden.
    Når vi ikke har så voldsom vulkansk aktivitet, styres CO2 koncentrationen i såvel vandet (oceanerne) som i atmosfæren af henrys lov. Den C cyklus som vi (nogen af os) lærte om i skolen, består af atmosfæren, oceanerne og kalksten er en konstant udveksling af CO2 mellem oceanerne og atmosfæren styret af temperaturen.
    Det hele hænger logisk sammen og skulle være enkelt at forstå. Men det enkle er gjort kompliceret af geschäftige forretningsfolk, som vil udnytte den efterhånden generelle uvidenhed til egen vinding. Det kræver snørklede og vanskellig dokumenterbare, næsten religøse besværgelser – men sandheden findes ofte i det enkle. Det er bare at gå ud og se det i naturen. Askelagene på Fur, processen på Island, og iskernedata på internettet. Og åben en dåseøl og hør, hvordan CO2 afgasses fra væsken til luften.

    En enkelt kommentar til din ellers udmærkede artikel: Kunne du ikke godt bruge datid for begivenheder, der foregik i fortiden og nutid for det nutidige? Jeg ved, at det blandt journalister ofte synes smart at stryge datid, men af hensyn til os, der stadig kender forskel på datid og nutid, ville det være en hjælp. (jeg oversætter for mig selv ved læsningen f.eks. “En voldsom stigning i bl.a. Apectodinium udbredelsen indtræffer før PETM temperaturstigninger ved overfladen” til “En voldsom stigning i bl.a. Apectodinium udbredelsen indtraf før PETM temperaturstigninger ved overfladen”. Eller ” havoverflade temperaturer ( lilla graf ) stiger ca 3000 år før at indholdet af kulstof i atmosfæren..” nej “havoverflade temperaturer steg ca 3000 år før….” o.s.v. Det ville efter min mening lette læsningen og forståelsen.

  2. Frank Ewald Lansner

    Hej Claus Beyer,

    Med så fine og relevante inputs så er jeg med på in hvilken som helst editering nutid->datid. Lige nu er jeg på weekend med familien, men i ugen der kommer!

    Jeg kunne meget godt tænke mig at stille et par spørgsmål til dine info, så jeg vender tilbage.

    Tak for hjælp og input!

    Bedste hilsner, Frank

  3. Claus Beyer

    Hej Frank Lansner
    Det lykkedes mig ikke at uploade en figur. Er dette ikke muligt på denne tråd? eller er det bare mig, der ikke ved, hvordan man gør det?.
    Det er i øvrigt en super god idé med disse fakta ark, som jeg glæder mig til at lære af. Og til at kunne henvise til i debatter o.lign.
    Med venlig hilsen
    Claus Beyer

  4. Frank Ewald Lansner

    Hej igen Claus Beyer,

    I Sluijs opgørelse havde vi Apectodinium eksplosion ca 3000 år før stigninger i overflade temperaturer som igen kom ca 3000 år før stigning i CO2/CH4 tallene i atmosfæren.
    Apectodinium væksten kræver iflg. Sluijs et al., 2007 oceanvarme, og vi ser en ret bred enighed om at varmen startede på det dybere ocean – ganske som du er indepå med opsprækning af Nordaltanen.

    -> Det første store askelag i forbindelse med PETM (overgang Eocæn) fundet på Fur, Mors etc. hvordan er det timet i forhold til Apectodinium vækst, altså den tidligere undersøiske opvarmning?
    Umiddelbart kunne man forestille sig at den indledende undersøiske opvarmning har forbindelse til de første af disse askelag du beskriver? Eller kommer askelagene først senere?
    -> Kunne du måske anbefale link(s) til det noget af jeres materiale der omhandler disse ting?

    Igen 1000 tak for særdeles spændende info.

    Bedste hilsner, Frank Lansner

Leave a Comment

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *

*