Quantifying ice sheet response to variations in initial bedrock topography

Å kvantifisere isdekkenes respons til topografien som var før isdekkene ble dannet (IceBed) Majoriteten av jordens befolkning bor i kystnære områder. I en tid der de store isdekkene smelter og det globale havnivået øker på grunn av issmeltingen er det derfor svært relevant og viktig å studere isdekkene. Det har ikke vært godt kjent hvilken effekt topografien under isdekkene i det isdekkene dannes har på hvor store og stabile isdekkene blir. I IceBed prosjektet hadde vi en målsetning om å kvantifisere denne effekten for ulike varme klimatilstander. Først gjorde vi en evaluering av klimaforholdene under den siste mellomistiden, ca. 130 til 115 tusen år siden. Denne evalueringen ble gjort ved å analysere en rekke øyeblikkseksperimenter utført med den norske jordsystemmodellen (NorESM). Vi viste at ett redusert drivhusgasspådriv (for eksempel lavere innhold av CO2 i atmosfæren) fører til global nedkjøling for alle sesonger. I motsetning til responsen til endringer i atmosfærisk CO2 innhold, vil endringer i strålingspådriv, forårsaket av endringer i orbitalsyklusene til jordens rotasjon rundt solen, forårsake regionale og sesongmessige temperaturendringer. Modellsimuleringene bekreftet at de varmeste sommertemperaturene i Nord Atlanteren fant sted for omtrent 125 000 år siden. Vi brukte øyeblikkseksperimentene som utgangspunkt for å evaluere utviklingen av Grønlandsisdekkets størrelse gjennom den siste mellomistiden. Resultatene viser en moderat reduksjon av Grønlandsisdekket, tilsvarende en havnivåøkning på omtrent 1-2 m sammenlignet med dagens havnivå. Reduksjonen av Grønlandsisdekkets størrelse er avhengig av modelloppsettet, og dessverre finnes det ikke nok tilgjengelige data til å kunne bekrefte resultatet. Videre studier av utviklingen av Grønlandsisdekkets utvikling gjennom denne klimatisk varme perioden fortsetter i ett pågående doktorgradsprosjekt. For å kunne se utviklingen av Grønlandsisdekket gjennom den siste mellomistiden, og dagens endringer, i et geologisk tidsperspektiv har vi evaluert langtidsutviklingen av isdekket gjennom den siste istiden. Vi har blant annet vist at de estimerte fremtidige smeltehastighetene høst sannsynlig vil være større enn det som var tilfelle da den siste istiden tok slutt. Når isdekker etablerte seg på den nordlige hemisfære er svært diskutert. Det er foreslått at dette skjedde så tidlig som for 34 millioner år siden, knyttet til klimaovergangen mellom Eocen og Oligocen. IceBed har hatt ett spesielt fokus på å undersøke om det var mulig å etablere is på Grønland på den tiden. Ved overgangen mellom Eocen og Oligocen vokste det Antarktiske isdekket på grunn av en kraftig reduksjon i atmosfærisk CO2 innehold, og nedkjøling på høye breddegrader. Det er ingen enighet knyttet til om det samtidig ble etablert ett isdekke på Grønland. Funn av istransportert materiale utenfor kysten av Grønland og indikasjoner på endringer i erosjonsregimet på Grønland er argumenter for etablering av Grønlandsisdekket allerede for 34 millioner år siden. Selv om det ble omtrent 5°C kaldere i området rundt Grønland på dette tidspunktet var det fremdeles opp mot 10°C varmere enn i dag rett etter klimeovergangen mellom Eocen og Oligocen. Det vil ikke være mulig å etablere ett isdekke på Grønland under ett så varmt klima, med dagens topografiske forhold. Vi viser at når en tar hensyn til de topografiske forskjellene som har vært der isdekket dannes kan man løse den tilsynelatende motsetningen mellom høye temperaturer og avsetning av istransportert materiale. På grunn av tektoniske prosesser knyttet til den nord atlantiske spredningen, der Grønland ble dyttet mot Kanada, og plasseringen av den islandske mantelplumen, var Grønland topografisk høyere enn i dag. Når vi tar hensyn til den høyere topografien er det mulig for modellen og simulere et isdekke på Grønland selv under det varme tidlig Oligocene klimaet. I IceBed har vi vist at det å bruke riktig berggrunstopografi når en starter ismodellen er essensielt for å kunne kvantifisere utbredelsen av isdekket som etableres.

IceBed aims at quantifying the effect of initial bedrock topography on ice sheet volume, extent and stability, and related sea level variations (objective 1). The project also intends to improve our understanding of atmospheric CO2-ice sheet interactions by assessing CO2 thresholds required for glacial inception on various bedrock topographies (objective 2). This knowledge will be applied to the much-debated early onset of Northern Hemisphere glaciation under high Eocene/Oligocene CO2 levels. IceBed will analyse the probability of such an early onset by elevating the initial bedrock topography (objective 3). These objectives will be achieved by using the three-dimensional ice sheet model SICOPOLIS, for which a climate-forcing module converting CO2 and i nsolation to surface energy and mass balances will be developed. A set of hypothetical, but realistic initial bedrock topographies will be designed and used as model boundary condition. The elevated initial bedrock topography required for the Northern Hem isphere glaciation simulations will be derived from geodynamic model results. IceBed combines the disciplines of ice sheet and climate modelling with geology and geodynamics. It will advance these fields and additionally produces information essential f or future global sea level projections and hydrocarbon exploration offshore Norway. IceBed also gives the applicant the opportunity to engage in popular dissemination activities, increase her publication record and enlarge her scientific and industrial network, thereby promoting the gender balance in these male dominated research fields. The transfer of scientific knowledge and skills, expansion of international cooperation (with the University of Bristol, United Kingdom) and development of new interd isciplinary methods associated with this project is highly beneficial for the ongoing excellence of Norwegian research.