Jordens Klimahistorie

4. Tertiær

1. Indledning

Phanerozoikum er navnet for den del af Jordens historie, hvor der var synligt håndgribeligt liv. Den er opdelt i Palæozoikum, Mesozoikum og Kænozoikum, som populært kaldes Jordens oldtid, middelalder og nutid.

Kænozoikum er pattedyrenes tidsalder. Tertiær er navnet på den del af Kænozoikum, hvor der ikke fandtes mennesker. Det er den tidligste og længst-varende del. Tertiær betyder den tredie (tidsalder). Tertiær-tidens fem perioder er Paleocæn, Eocæn, Oligocæn, Miocæn og Pliocæn.

De geologiske perioder - Hadal var det glødende inferno lige efter Jordens skabelse. I Arkæikum dannedes de første klipper, en atmosfære af nitrogen, metan og vand kondenserede. I Proterozoikum producerede cyanobakterier ilt, som oxyderede jern og metan; i slutningen af perioden opstod liv på havbunden. Hele perioden forud for Phanerozoikum - som er perioden med liv på Jorden - kaldes ofte for Prækambrium, som betyder før-Kambrium, idet man tidligere mente, at livet opstod i Kambrium (tidligste periode i Palæozoikum) for godt 500 millioner år siden.

Phanerozoikum inddeles i Palæozoikum, Mesozoikum og Kænozoikum. Palæozoikum var det tidlige livs periode, hvor planter, insekter, fisk, bløddyr, koraler og mange flere levende organismer udvikledes. Mesozoikum var dinosaurernes epoke og Kænozoikum er pattedyrernes tidsalder, hvilken sidste videre-opdeles i Tertiær og Kvartær.

Tertiær betegner den del af pattedyrenes tidsalder, hvor der ikke fandtes mennesker. Klimaet i Teritær er emnet for denne artikel.

Der findes flere og nyere definitioner af geologiske perioder vedtaget på internationale geologiske kongresser. Nogle inddeler Tertiær i perioderne Paleogen og Neogen, andre lader Kvartærtiden starte senere i mere nøjagtig samklang med menneskets fremkomst. Men den traditionelle periode-inddeling forekommer forfatteren mest velegnet for en populær fremstilling.

Øverst: Klodens gennemsnits-temperatur som afvigelse fra nutidens temperatur efter Anton Uriarte - dog tilføjet de geologiske perioder. Det ses, at temperaturen generelt har været svagt stigende indtil Kridt-tiden, hvorefter den faldt ned mod den Pleistocæne istids-periode. Desuden har kurven nogle tilsvarende minimum ved de to andre istids-perioder i Phanerozoikum, nemlig Andean-Saharan istiden ved overgangen mellem Ordovician og Silur, og Karoo Istiden i sen Karbon og tidlig Perm.
Nederst: Indholdet af CO2 i atmosfæren i Phanerozoikum efter Robert Berner Yale University - dog tilføjet de geologiske perioder. Det nuværende CO2 indhold i atmosfæren er sat til 1 (today). Det ses, at CO2-indholdet havde et maksimum i Kambrium, og det derefter har været faldende bortset fra er minimum i Karbon tiden. Der findes flere rekonstruktioner af CO2 indholdet i fortidens atmosfære, som alle er forskellige. Men trenden er den samme: i langt det meste af tiden har koncentrationen været langt højere end i nutidens atmosfære.

Meget tyder på at Jordens gennemsnits-temperatur gennem hele Phanerozoikums 500 millioner år har haft en svagt stigende tendens indtil et maksimum i Kridt-tiden, dog afbrudt af to istids-perioder, Andean-Saharan og Karoo. Man kan gætte på at det skyldes Solens stadigt øgede lysstyrke.

Samtidig med Jordens nedkøling gennem Tertiær-tiden, skete et konstant fald i atmosfærens indhold af CO2, idet koncentrationen faldt fra mindst 4500 ppm ned til nutidens knap 400 ppm.

Øverst: Solens lysstyrke, radius og temperatur, som en funktion af dens alder i milliarder år - efter Ignasi Ribas: "The Sun and stars as the primary energy input in planetary atmospheres" - Proceedings of the International Astronomical Union, IAU Symposium.
Nederst: Variationer i atmosfærens ilt-indhold gennem Phanerozoikum efter Robert Burner Yale University - dog tilføjet de geologiske perioder.

Solen er en stjerne i Hertzsprung-Russell-diagrammets hovedserie. Den vil opholde sig i hovedserien omkring 11 Miliarder år, i hvilken tid den vil øge sin lysstyrke tre gange totalt set. Ved Tertiærtidens begyndelse for 65 millioner år siden var Solen nået op på godt 99% af nutidens lysstyrke, og som vi ved, har den siden indhentet det forsømte.

Et forskerteam fra "Geophysical Observatory" ved "Institute of Physics of the Earth", Karelian RAS ledet af V.V. Shcherbakova har udarbejdet en database for Jordens "magnetic moment values (VDM) of Earth". På dette grundlag har de beregnet Jordens omløbshastighed gennem Phanerozoikum - Se link nedenfor. Punkter og trekanter er direkte målinger af henholdsvis rotations- og VDM værdier, den punkterede sorte henholdsvis røde linie er kurver afstemt efter punkter og trekanter, og den rette sorte linie er en statistisk linær regression, som repræsenterer Jordens omdrejningshastighed, altså døgnets længde, gennem Phanerozoikum.

Ifølge Robert Berner fra Yale University var atmosfærens ilt-procent fra midten af Trias og indtil nogle millioner år ind i Jura gradvist sunket ned til et lavpunkt for hele Phanerozoikum på omkring 15-17% for derefter igen at stige til et maksimum på omkring 27% i den allersidste del af Kridt. Ved start af Tertiær var ilt-indholdet i atmosfæren omkring 25%, og det er siden faldet til nutidens 21%.

Et forskerteam fra det Russiske "Institute of Physics of the Earth" i Karelen har opstillet en kurve for Jordens omdrejnings-hastighed gennem Phanerozoikum beregnet på grundlag af magnetiske målinger. Det ses at ved start af Tertiær-tiden varede et døgn godt 23,5 timer og - ved slutningen af perioden varede døgnet meget tæt på nutidens 24 timer.

En rekonstruktion af Jordens temperatur gennem Tertiær hentet fra - wikipedia - Tiden skrider frem fra venstre mod højre, og derfor er nutid til højre. Det ses at den generelle tendens er en stadig afkøling fra Kridt tidens drivhus-temperaturer til de Pleistocæne istiders fryseboks, dog overlejret af kortere eller længere perioder med ekstraordinær kulde eller varme.
Kurven er konstrueret på grundlag af prøver af aflejringer på Polarhavets bund. Den store skala til højre angiver indholdet af iltisotopen O-18 i sedimenter. Forholdet mellem ilt-isotoperne O-16 og O-18 i rester af skaldyr indikerer temperaturen, dengang skaldyret døde. Dette er sammenholdt med analyser af radioaktivt henfald fra samme lag, hvilket indikerer tiden.
Bogstaverne foroven og forneden repræsenter de geologiske perioder. Tertiærtidens fem epoker er Pal for Paleocene (Paleocæn), Eo for Eocene (Eocæn), Ol for Oligocene (Oligocæn), Mio for Miocene (Miocæn) Pli for Pliocene (Pliocæn). Plt repræsenterer Pleistocene (Pleistocæn), som er istiden. Bemærk de typiske svingninger mellem egentlige istider og mellem-istider. Holocene (Holocæn), der er nutiden siden slutningen af sidste istid, er en relativ kort periode, som ikke er vist.
Skalaen til venstre "Polar Ocean Equivalent delta-T (C)" viser temperaturen som difference fra nutid. Den er suppleret med skalaen "Equivalent Vostok delta-T (C)" i nederste højre hjørne, som viser resultater fra iskerne-boringer på den russiske Vostok station på Antarktis afvigelser fra nutidstemperatur.

Denne artikel omhandler klimaet i Tertiær tiden.

Tertiær-tiden varede i 63 millioner år. I løbet af dette enorme tidsrum sank Jordens gennemsnits-temperatur støt fra Kridt tidens drivhustemperaturer, som var mellem 20 og 26 grader, ned til de Pleistocæne istiders gennemsnits-temperatur på omkring 5 grader.Vi lever stadig i en istids-periode, kun er vi så heldige at gletcherne de sidste tolv tusind år midlertidigt har trukket sig tilbage og givet plads til en mellem-istid, som vi kalder Holocæn. For en sammenligning er Jordens årlige gennemsnits-temperatur i dag 14 grader.

Gennem hele Tertiær, som udgør det meste af Kænozoikum, var temperaturen generelt faldende, men kurven overlejres imidlertid af flere perioder med særligt varmt eller koldt klima, som for eksempel PETM ved overgangen fra Paleocæn til Eocæn, det Eocæne maksimum, et markant temperaturfald ved start af Oligokæn, en varmeperiode mellem Oligokæn og Miocæn, det Miocæne Maksimum og det relativt varme klima i Pliocæn.

2. Jordens Nedkøling på Grund af mindsket CO2 i Atmosfæren

Jordens atmosfære indeholder idag omkring 400 ppm CO2, hvilket er 0,04 i volumenprocent. Det er 4 titusinde-dele, altså en helt ubetydelig del af den atmosfæriske luft. Ikke desto mindre har det overvejende flertal af videnskabsmænd, politikere og journalister med stor lidenskab bekendt deres tro på at en marginal ændring i dette ubetydelige volumen er den vigtigste faktor for udviklingen af Jordens klima.

I lyset af denne overbevisning antager mange at det høje indhold af CO2 i Kridt-tidens atmosfære var årsag til en drivhus effekt og dermed de høje temperaturer, og følgelig at den faldende koncentration af CO2 i atmosfæren var årsagen til temperatur-faldet ned gennem tertiær-tiden.

En samlet fremstilling atmosfærisk CO2 og gennemsnitlig global temperatur i Phanerozoikum. - tiden skrider frem fra venstre mod højre. Den lodrette akse til venstre er CO2 koncentrationen i atmosfæren i ppm. Den lodrette akse til højre er temperaturen i grader celsius. Begge dele var faldende i Kænozoikum (Cenozoic), men i Jordens tidligere perioder er korrelationen mellem temperatur og CO2 indhold imidlertid meget dårlig, hvilket antyder at der ikke er noget årsag-virkningsforhold.
I varme perioder har Jordens gennemsnitstemperatur været omkring 25 grader, hvilket skal sammenlignes med Jordens aktuelle årlige gennemsnits-temperatur, som er omkring 14 grader. Danmarks årlige gennemsnits-temperatur er 8 grader. (fra http://www.scotese.com/)

Teorien om at øget CO2 indhold i atmosfæren er årsag til øget temperatur udsiger at CO2 er en drivhusgas, som tillader de kortbølgede solstråler at passere og derved opvarme Jordens overflade, medens den ikke tillader den langbølgede varmestråling fra Jordoverfladen at undslippe til verdensrummet. På den måde lader den varmen komme ind, men tillader den ikke at undslippe igen, meget som glasset i gartnernes drivhuse.

Da atmosfærens indhold af CO2 gennem de sidste omkring 50 millioner har været støt faldende, samtidig med at Jordens temperatur også har været faldende, er det fristende at antage, at der er tale om årsag og virkning.

Men imidlertid, når man sammenligner kurverne for CO2 koncentration og temperatur i Phanerozoikums tidligere perioder, må man erkende, at der er ingen iøjefaldende korrelation.

Den formodede virkning af drivhusgasser i atmosfæren - Det meste af Solens kortbølgede stråling omdannes til varme, når den rammer Jordens overflade. Den derved opvarmede jord, klipper og vand udsender langbølget varmestråling. Noget af denne varmestråling undslipper til rummet, men en anden del bliver reflekteret tilbage til Jorden af drivhusgasserne i atmosfæren.

CO2 er ikke den eneste luftart med denne egenskab, metan er en endnu stærkere drivhusgas, men imidlertid bliver den nedbrudt ret hurtigt af luftens ilt. Vanddamp er også en drivhusgas; den er ikke så stærk som de to andre, men til gengæld er der meget af den.

I dag er vanddamps bidrag til atmosfærens drivhus-effekt begrænset til tropiske og subtropiske egne. På grund af kulden er den absolutte fugtighed på højere breddegrader meget lav; for eksempel er vandamp indholdet i luften om vinteren på Antarktis omkring 0,00001%, medens fugtige egne ved ækvator kan have en absolut fugtighed på op mod 4,0 %. I Jura og kridt tiden var luften ved polerne meget varmere, og deres absolutte fugtighed var derfor også meget højere end idag, og følgelig var vanddamps bidrag til drivhus-effekten også betragtelig større.

Vi kan ofte læse at miljø-alarmister udtaler, at indholdet af drivhusgasser i atmosfæren nu har nået et "tipping point with no return", og at menneskabt "global warming" truer vor trygge tilværelse. Men tidligere i Jordens historie - for eksempel i Kridt-tiden - har CO2 indholdet i atmosfæren været langt, langt større end det er nu, og ikke desto mindre faldt det lidt efter lidt.

Jordens carbonkredsløb - Planterne optager carbon i form af CO2 med deres fotosyntese. Nogle planter bliver spist af dyr og mennesker, som udånder CO2 til atmosfæren. Når planter, dyr og mennesker dør, vil de rådne op og det meste af deres carbonindhold vil vende tilbage til atmosfæren.
Imidlertid er dette vigtige kredsløb ikke fuldstændigt tæt. Al Jordens CO2 kommer oprindeligt fra vulkaner, og aktive vulkaner tilfører stadigt store mængder CO2 til atmosfæren. Desuden har kredsløbet en læk, luftens CO2 opløses i regn og bliver til sur regn, som reagerer med nøgne klipper i Jordens bjerge, forvitrings-produkterne i form af karbonater skylles væk af vand og føres med floderne til havets bund, hvor de bliver liggende som sedimenter. Desuden dannes kulstofholdige sedimenter overalt på landjorden, det er derfor at arkæologer og geologer altid skal grave for at finde fortiden.

Klodens temperatur faldt, fordi CO2 indholdet i atmosfæren mindskedes, siger klima alarmisterne. Det er jo en fin teori; men hvor blev det af? Det bringer os til Carbon kredsløbet.

Planternes optager carbon i form af CO2 fra atmosfæren gennem deres fotosyntese. Nogle planter spises af dyr og mennesker, som derved optager carbon. Dyr og mennesker udånder carbon til atmosfæren i form af CO2. Når planter, mennesker og dyr visner og dør, henfalder de blandt andet til CO2, som derved bringes tilbage til atmosfæren. Skovbrande og anden afbrænding bringer også store mængder af carbon tilbage til atmosfæren i form af CO2.

Nogle mentos-pastiller i cola-light får dens opløste CO2 til at overgå til gasform med stor hastighed, hvilket skaber en næsten eksplosiv opskumning.

Nogle har regnet ud at Jordens planter årligt producerer 150 Giga-ton (ni nuller) organiske carbon-forbindelser med deres fotosyntese, og en lignende mængde bringes hvert år tilbage til atmosfæren ved forrådnelse, brande, respiration og oxidering.

Som vi kender det fra cola og sodavand, kan store mængder CO2 opløses i vand. En liter cola indeholder mere end to liter CO2 ved normalt tryk og temperatur. Vi ved også, at hvis vi opvarmer colaen, vil CO2 undslippe som bobler, fordi der kan opløses mere CO2 i kold vædske end i varm.

Således bliver atmosfærens CO2 også opløst i Jordens have. I kolde perioder kan havene indeholde mere CO2 end i varme perioder. Det betyder at Jordens have fungerer som et CO2 lager, der optager CO2 i kolde perioder og frigiver det igen i varme perioder.

Tilsammen udgør disse processer en stabil ligevægt, som årligt cirkulerer 200-300 Gigaton kulstof rundt i de forskellige kredsløb. Alt liv på Jorden er afhængigt af denne balance.

Til venstre: Gargodyl af kalksten som har vogtet Notre Dame i Paris siden middelalderen. Overfladen er stærkt nedbrudt af sur regn.
Til højre: Forvitret klippe ved Matterhorn i Alperne på grænsen mellem Schweiz og Italien. Al regn på Jorden indeholder CO2, og den er derfor svagt sur, og derfor vil alle eksponerede klipper langsomt nedbrydes, og nedbrydnings-produkterne vil blive ført væk med floderne.

Imidlertid er kredsløbet ikke tæt. Der bliver hele tiden tilført CO2 til systemet, og der er også flere læk, hvor CO2 forsvinder og ikke genbruges.

Alt CO2 i atmosfæren kommer oprindeligt fra vulkaner, hvis udbrud er uregelmæssige og uforudsigelige. Kun i nyere tid har også mennesker tilført CO2 til atmosfæren ved afbrænding af fossile brændstoffer, som også oprindeligt har fået deres carbon fra vulkaner.

Når CO2-holdig regn falder på nøgne bjerge vil den reagere kemisk med klipperne og danne forskellige karbonater, som føres med floderne til havets bund. Det er ikke særlig meget CO2 årligt, som på denne måde lækker ud af carbon-kredsløbet, men i løbet af 65 millioner år bliver det alligevel til noget.

Øverst: Mange af Jordens høje bjerge blev skabt i tertiærtiden ved at rester af Gondwanaland pressede mod Eurasien. Det mørkebrune er Eurasien og det lysebrune er resterne af Gondwanaland. De sorte streger viser de mange nydannede bjerge.
Nederst: Monsun regn over Himalaya.

Græsplæne, som gror hen over fliser. Hvis have-ejeren ikke tager affære, vil fliserne blive fuldstændig dækket i løbet af måske 10-15 år.

De fleste af Jordens store bjergkæder blev dannet i løbet af tertiær-tiden. For kun tyve millioner år siden begyndte det Indiske subkontinent at presse mod Asien, og skabte derved Himalaya og det Tibetanske Højland. Sammenstødet mellem Afrika og Europa skabte for tyve millioner år siden Alperne. Andes-bjergene begyndte for alvor at hæve sig for halvtres millioner år siden. Først i Tertiær-tiden dannedes Rocky Mountains.

Med andre ord blev der netop i Tertiær dannet enorme arealer med nøgne klipper, som kontinuerligt blev eroderet af den svagt sure regn, og derved konstant lækkede carbon ud af carbon-kredsløbet.

Arkæologer og geologer skal for det meste grave ned for at finde fortiden. Alt dette materiale, som de skal ned igennem, er skabt af processer, som repræsenterer output fra biosfærens kulstofkredsløb. Sur regn eroderer klipper og fotosyntese og biologisk aktivitet skaber organisk henfald, som i noget omfang ikke vender tilbage til kulstof-kredsløbet.

Hvordan kan det egetligt være at arkæologer og geologer altid skal grave sig ned gennem forskellige arkæologiske og geologiske "lag" for at finde fortiden? Hvor kommer alt dette materiale fra? Det kommer i stort omfang fra erosion og biologisk aktivitet, hvilke begge processer forbruger CO2 fra atmosfæren og tager det ud af biosfærens carbonkredsløb.

På geologisk kort sigt er biosfærens carbonindhold en ligevægt mellem input og output. Aktive vulkaner tilfører carbon til biosfæren i form af CO2 i atmosfæren, og erosion af klipper og forskelligt organisk henfald fjerner CO2 fra biosfæren. I perioder med mange aktive vulkaner har CO2 indholdet i atmosfæren været stort, for eksempel i Kambrium og i Kridt-tiden. Atmosfærens CO2 indhold i Karbon var lavt på grund af stort output i form af dannelse af kul-sedimenter. I nutiden er CO2 indholdet også lavt, måske på grund af stor kemisk nedbrydning af nøgne bjerge og ringe vulkansk aktivitet.

Nogle har regnet ud, at hvis der overhovedet ikke bliver tilført CO2, vil atmosfæren og havene være tømt for CO2 i løbet af omkring 2,5 millioner år, og al fotosyntese og dermed alt liv vil ophøre.

3. Jordens Nedkøling på Grund af øget Albedo

Drake Passagen.

Da Drake Passagen åbnede sig mellem Antarktis og Syd Amerika, og det Tasmanske Hav blev dannet, blev Antarktis isoleret fra resten af Jorden af circumpolære havstrømme. Dermed kunne kontinentet ikke længere udveksle varme og kulde med Verdenshavet og de andre kontinenter. Derfor dannede der sig for 34 millioner år siden, for første gang i tertiær-tiden, is på sydpolen.

Is har en meget høj albedo, hvilket gør at sådanne arealer er meget svære at varme op, idet det meste af solstrålerne bliver reflekteret tilbage til rummet. Den Antarktiske is' høje albedo bidrog ikke alene til kontinentets lave temperatur, men også til at Jordens samlede varmeindput fra Solen blev mindre.

Nogle mener, at alle de store bjergkæder og højsletter, som blev dannet i løbet af Tertiær-tiden, især Himalaya og den Tibetanske Højslette, Alperne og Andes Bjergene, reflekterer mere solskin tilbage til rummet end de skove, sumpe og græsstepper, som fandtes der før bjerg-rejsningen, fordi de har en højere albedo, blandt andet fordi de oftere er dækket af is og sne. Derved optager Jorden ikke så meget af Solens varme som før, hvilket var en årsag til den støt faldende temperatur.

Når man står godt påklædt på en kold forblæst højslette i Tibet eller Bolivia kan man sikkert godt få den tanke, at denne del af Verden ikke modtager så meget sol-energi, som en strand på Hawai eller en jungle i Central-Afrika.

4. Jordens Nedkøling på Grund af Ændrede Havstrømme

I løbet af Tertiær blev Antarktis afskåret fra Syd Amerika ved dannelsen af Drake Passagen og ligeledes afskåret fra Tasmanien og Australien ved dannelsen af det Tasmanske Hav. Derved blev der skabt åbent hav hele vejen rundt om Antarktis, hvilket gav mulighed for dannelse af den stærke strøm, de enorme bølger og rasende storme syd for Kap Horn, som sømænd altid har frygtet. Bølgerne kunne nu frit rulle kloden rundt og forstærkes for hver omgang.

I Kridt og begyndelsen af Tertiær var Tethyshavet er enormt lavvandet tropisk øhav, hvor overflade-vandet blev betydeligt opvarmet af det herskende drivhus-klima. På grund af fordampning øgedes saltholdigheden og dermed vægtfylden, det sank til bunds, og det varme saltholdige vand strømmede mod Antarktis som en varm bundstrøm.

Derved blev Antarktis klimatisk afskåret, således at kontinentet ikke længere kunne udveksle varme og kulde med resten af kloden. Derfor begyndte nedkølingen af Antarktis, og den første indlandsis dannedes på dette kontinent.

Stadig i dag er der en meget stor fordampning fra Middelhavet. Der fordamper mere vand, end der tilføres fra regn og floder. Det tunge saltholdige vand synker til bunds, og en varm saltholdig bundstrøm løber ud gennem Gibraltar og spreder sig i Nord Atlanten. Kortet viser saltholdighed i 1000 m. dybde. Høj saltholdighed er markeret med rødt.

I Kridt og i begyndelsen af Tertiær var Europa en øgruppe i det enorme lavvandede tropiske Tethys hav. Som i Middelhavet i dag var fordampningen meget kraftig. Derfor blev salt-koncentrationen i overfladevandet øget, og det derved tungere opvarmede vand sank til bunds og strømmede som en varm bundstrøm mod de koldere farvande ved Sydpolen. Her kom det varme vand op til overfladen ved Antarktis' kyster og bidrog derved til et relativt varmt klima på dette kontinent.

Imidlertid i løbet af Tertiær-tiden blev Tethys Havet reduceret til Middelhavet, Sortehavet mv., som blev afskåret fra Verdenshavet og derfor ikke længere kunne levere den varme bundstrøm til Antarktis' kyster, og derfor startede nedkølingen af dette kontinent.

Middelhavet er en af resterne af Tethyshavets, og det har en meget kraftig fordampning. Endnu idag strømmer en varm saltholdig bundstrøm ud gennem Gibraltarstrædet, medens koldt og mindre saltholdigt vand strømmer ind på overfladen.

5. Jordens Nedkøling på Grund af øget Kosmisk Stråling

Øverst: Kosmiske partikler træder ind i Jordens atmosfære med høj hastighed og energi. De ioniserer tusindvis af luftens molekyler - heriblandt vanddamp-molekyler, som derefter nemt finder sammen i klynger, der kaldes aerosoler. Skyer består af aerosoler.
Nederst: Overside af skyer set fra flyvindue - De er altid meget hvide, kun nedefra kan nogle skyer synes mørke.

Den Danske forsker Henrik Svensmark og hans kollegaer har påvist, at data om skydække taget ned fra satellitter har en bemærkelses-værdig korrelation med tællinger af kosmisk stråling fra rummet udført i jordstationer. Han konkluderede, at øget kosmisk stråling er en årsag til øget skydække på Jorden og dermed lavere temperatur; og omvendt, at mindsket kosmisk stråling er årsag til mindsket skydække og dermed højere temperatur. Denne opdagelse har givet anledning til en helt ny teori om årsagerne til Jordens klima-variationer.

Lave og høje skyer virker forskelligt i forhold til Solens indstråling af varme. Lave skyer har en høj albedo og reflekterer meget solstråling tilbage til rummet. Høje skyer har derimod en lavere albedo og reflekterer kun lidt af Solens stråler tilbage til rummet. Lave skyer har en høj infrarød emission, som sender megen varmen ud i rummet, medens høje skyer kun sender lidt varme ud i rummet som infrarød stråling. Lave skyer er tætte og tillader kun lidt af solstrålerne at gennemtrænge dem, medens høje skyer er tynde og gennemsigtige.

Den kosmiske stråling stammer fra Mælkevejens supernovaer. Intensiteten af den stråling, som træder ind i atmosfæren, afhænger af intensiteten af den grundlæggende stråling, men også af styrken af Solens magnetfelt, idet meget af den kosmiske stråling fra det ydre rum bliver afbøjet af dette magnetfelt.

Almindeligvis forestiller vi os, at skyer dannes af luftens indhold af vanddamp. Men det er kun delvist sandt, da vanddamp er en transparent gas. Skyer dannes af aerosoler, som er sammen-klumpninger af luftens molekyler, her i blandt vanddamp.

Når en kosmisk partikel træder ind i Jordens atmosfære med enorm hastighed, ioniserer den tusindvis af luftens molekyler. De nyskabte ioner vil hurtigt finde sammen til aerosoler, og derved skabes skyer.

En sky går for Solen - en oplevelse vi alle kender, og som illustrerer lave skyers kølende virkning.

Det er blevet påvist at især det lavt-liggende skydække, det vil sige skyer i under 3 kilometers højde, bliver påvirket af kosmisk stråling. Lavt liggende skyer dækker mere end en fjerdedel af Jordens overflade og udøver en stærkt kølende effekt. (For skyer i de højere luftlag er der en kompliceret vekselvirkning mellem køling og opvarmning).

Oversiden af skyer er meget hvide, som vi ofte har set det, når vi kigger ud ad vinduet i flyet i 10 km. højde. Skyer har en høj albedo, og derfor reflekterer de en stor del af sollyset tilbage til rummet - sollys, som ellers ville have varmet Jord-overfladen.

Skydække er markant kølende. Vi har ofte selv mærket det, når vi ligger på sandet ved stranden efter en svømmetur, badet i sol. Så glider en sky for solen, og vi mærker straks varmen forsvinde.

Man kan indvende at nætter med skydække sædvanligvis er mindre kolde end stjerneklare nætter, fordi skyerne holder på varmen. Men den solenergi, som skyerne indledningsvis sender tilbage til rummet om dagen, er tabt for evigt, derfor må netto-effekten af skydække være kølende.

Denne nye teori om årsagerne til Jordens klima-ændringer udfordrer især den udbredte teori om, at variationer i atmosfærens indhold af drivhusgasser er den afgørende årsag til Jordens klima-ændringer.

Solsystemets bevægelser i Mælkevejen. Både Solen og selve Mælkevejen includeret armene bevæger sig rundt med uret, men solen bevæger sig hurtigere end armene, hvilket de fleste af de andre stjerner også gør. Stjernerne i armene bliver således hele tiden udskiftet, men armene består.
Man kan forestille sig at når Solen bevæger sig i cirkelbane rundt om Mælkevejens tyngdepunkt er det som vi kører ud af motorvejen. Af og til møder vi øget trafik, måske forårsaget af lastbilkolonner, campingvogne og andre personbiler, som tålmodigt holder sig bagved disse, medens de venter på en mulighed for at komme fremad igen. På et tidspunkt kommer vi igennem den øgede trafiktæthed og kan igen øge farten. Men hvis vi kunne se os tilbage ville vi se at den øgede trafiktæthed bag os stadig består, blot nu med andre biler.
På samme måde danner Solen og andre stjerner i deres baner omkring Mælkevejens midtpunkt mælkevejs-arme, som består af stjerner, som stadig udskiftes, hvilke arme også kan iagttages hos andre galakser. Vi kan forestille os at den øgede tyngdekraft fra andre stjerner i en arm hæmmer de enkelte stjerners fart gennem mælkevejs-armen og dermed sikrer dennes eksistens.
Den lodrette akse er kilo-parsek; idet en parsek er 3,26 lysår. Et omløb tager 230 millioner år, siges det (Det vil sige tiden fra Solen befinder sig for eksempel i Orion Spur, til den igen befinder sig i samme arm efter et omløb). Stjernetætheden og dermed risikoen for super novaer og deraf følgende kosmisk stråling, skydække og nedkøling antages at være størst ved passage af mælkevejens arme. Fra COSMOCLIMATOLOGY:a af Henrik Svensmark.

Henrik Svensmarks teori er meget overbevisende til at forklare klima-variationerne i forholdsvis nyere tid, det vil sige siden slutningen af sidste istid. Den kan også forklare hvorfor kolde og varme perioder har vekslet i løbet af Phanerozoikum. Men det forudsætter, at vi accepterer teorien om at solsystemet ikke har en fast plads i en af Mælkevejens arme, men derimod kredser selvstændigt rundt om mælkevejens centrum, en rundtur som tager 230 millioner år, siger Martin Enghoff fra DTU Space. De fleste af mælkevejens stjerner gør dette; man mener at mælkevejens arme er forbigående formationer, hvor stjerner hele tiden udskiftes, lidt som tilfældige kødannelser på motorvejen. Solsystemets rejse i rummet synes at være noget i retning af Månens i den klassiske science fiction, "Moon Base Alfa".

Den kosmiske stråling skabes af super novaer, som er eksploderende stjerner. Derfor må den kosmiske stråling være mest intens, når Solsystemet passerer Mælkevejens arme, hvor tætheden af stjerner er størst. Man kan nemt forestille sig at styrken af strålingen er forbundet med en vis statistisk usikkerhed, da den afhænger af hvor mange, hvor store og hvor nære super novaer, som solsystemet eksponeres for på sin passage gennem en galakse-arm.

Styrken af den kosmiske stråling gennem tiderne kan rekonstrueres ud fra mængden af isotopen Beryllium-10 i sedimenter.

Kosmisk stråling og temperatur gennem Phanerozoikum ifølge Nir Shaviv og Jan Veizer. Den lodrette akse til venstre er temperaturen som afvigelser fra nutids-temperatur. Den lodrette akse til højre er den kosmiske stråling som multiplum af strålingen idag - nutidens stråling er sat til 1. Bemærk at den højre skala er omvendt, således at en stærk stråling kan sammenlignes med en lav temperatur. Den røde kurve repræsenterer temperaturen, og den blå strålingen. Temperatur og kosmisk stråling synes at have en meget fin korrelation. Den vandrette akse er tiden gennem Phanerozoikums godt 500 millioner år. Bemærk at Karbon er delt i "Missisipian" og "Pennsylvanian", det er en amerikansk sædvane, som refererer til forskellige typer kul fra kulminerne.
Phanerozoikums to første istidsperioder - Andean-Saharan og Karoo og istiden -passer også nogenlunde med strålings-maksima og temperatur-minima. Imidlertid mangler der en istid i Jura, eventuelt ved overgangen mellem Jura og Kridt.
Nir Shaviv og Jan Veizer har indlagt, hvad de mener er Solens passager gennem Mælkevejens arme i dette diagram, idet de antager, at i perioder med høj stråling og kulde har solsystemet passeret gennem en mælkevejs-arm. Det er ikke helt tilfreds-stillende, at de derved har antaget, at Solsystemets kredsløb omkring Mælkevejens centrum varede hele Phanerozoikums godt 500 millioner år. Dette er i modsætning til både Henrik Svensmark selv og Martin Enghoff fra DTU Space, som siger at turen varer 230 mill. år. Det er heller ikke nemt at forstå, hvordan den røde temperaturkurve kan nå så langt ned i Jura, hvor det netop var meget varmt, ifølge alle andre oplysninger. Fra COSMOCLIMATOLOGY:a af Henrik Svensmark, dog tilføjet de geologiske perioder.

Nir Shaviv, en astrofysiker ved the Hebrew University i Jerusalem, og geologen Jan Veizer fra Ruhr University har fundet en god korrelation mellem niveauet af kosmisk stråling og temperaturen. De har dog haft mindre success med at sammenligne temperatur minima med solsysstemets passager af Mælkevejens arme, idet de åbenbart antager at et kredsløb tager tiden for hele Phanerozoikum, nemlig omkring 500 mill år.

Nir Shaviv og Jan Veizer mener at Perseus armen blev passeret ved overgangen mellem Ordovicium og Silur samtidig med Andean-Saharan istiden. Norma armen blev passeret i sen Karbon næsten samtidig med Karoo istiden. Scutum-Crux armen blev passeret i Jura eller måske i starten af Kridt - men der var der ingen istid! Der er dog fundet nogle tegn på en temperatur-sænkning, frost og små gletchere mellem Jura og Kridt, men ingen fund viser en egentlig istid. Shaviv og Veizer mener at passagen af Sagittarius-Carina armen fandt sted måske midt i Tertiær-tidens Miocæn periode, hvor temperaturen faldt markant og indlandsisen på Antarktis blev genetableret. Umiddelbart derefter gik solsystemet ind i armen Orion Spur, hvilket var forbundet med starten af den nuværende Pleistocæne istid.

6. Paleocæn

Paleocæn er Tertiærtidens tidligste periode. Den begyndte med K/T katastrofen 65 millioner før nutid, som udryddede samtlige dinosaur-arter på en gang, og sluttede med det sælsomme Paleocæn-Eocæn Thermal Maximum, hvor temperaturen over en periode på nogle få tusinde år steg til 12 grader over nutids-temperatur.

Rekonstruktion af Verden i Paleocæn. Polarhavet var ret isoleret fra resten af Verdenshavet. Der var kun adgang gennem tre smalle stræder. Nemlig strædet mellem Skandinavien og Grønland, Bering Strædet og et stræde, hvor nu det Vestsirbirske lavland ligger. Det Indiske subkontinent var stadig på vej mod Asien. Europa var ved at tage form, men var stadig en øgruppe i Tethys havet. Nord- og Syd Amerika var adskilte. Syd Amerika havde stadig forbindelse med Antarktis. Kort fra scotese.com.

Paleocæns klima var en fortsættelse af Kridt-tidens varme og fugtige drivhus-klima, temperaturen var endog stadig stigende igennem perioden. Jordens gennemsnitstemperatur var måske 18-20 grader, hvilket skal sammenlignes med Jordens nutidige årlige gennemsnit på 14 grader.

Nogle forfattere skriver at CO2 indholdet i atmosfæren i Paleocæn var op til 2000 ppm. Robert Berner fra Yale University mener, at det var godt det dobbelte af nutidens, omkring 700 ppm.

Ilt-indholdet i atmosfæren var knap 25%, som skal sammenlignes med nutidens 21%. Man mener at specielt insekter blev begunstiget af et højt ilt-indhold i luften.

Øverst: Rekonstruktion af landskab i Paleocæn.
Nederst: Forstenet træstamme fra Paleocæn ved Stenkul Fjord på Ellesmere Island - Man mener at den tilhører arten Metasequoia, som er en slags Redwood træer beslægtet med de Californiske kæmpetræer - Foto Anne Jefferson.

Døgnets længde var godt 23,5 timer. Solen lyste næsten med nutidens lysstyrke.

Til venstre: Axel Heiberg Island.
Til højre: Ellesmere Island.

Over hele Jorden var klimaet varmt og fugtigt med subtropisk vegetation i Grønland og Patagonien. Langs den Grønlandske kyst svømmede krokodiller, og i Jordens tropiske skove kæmpede små gnaver-lignende dyr, fugle, krybdyr og kæmpe-slanger om de økologiske nicher, som var blevet ledige efter dinosaurernes bortgang. Det vrimlede med insekter og blomstrende planter.

Højt mod nord, på Axel Heibergs Island og Ellesmere Island, som ligger ved Polarhavet på højde med Thule, er gjort mange fund af forstenede blade og træstammer fra Paleocæn.

Det meste af Jorden havde tropisk klima, og der var en mængde regn og meget lidt forskel mellem sommer og vinter. Næsten hele Jorden var dækket af tætte uigennemtrængelige urskove. Der var ingen is ved polerne, og polarområderne var bevokset med nåle- og løvtræer.

Øverst til venstre: Forstenede blade fra fra Paleocæn, fundet i kulminen Cerrejón i Colombia, sammenlignet med blade fra den moderne jungle i Columbia. De grå er forsteninger fra kulminen, og de grønne er blade fra den moderne jungle samme sted. De ligner hinanden meget.
Øverst til højre: Forstenet blad fra Cerrejón, som ligner familien Malvaceae, som i Danmark kaldes katost familien.
Nederst: Almindelig katost er meget udbredt dansk ukrudtsplante.

I kulminen Cerrejón i Colombia har man fundet mange blade fra Paleocæns jungle. I minen har man også fundet forsteninger af en kæmpeslange, som har fået navnet Titanoboa, den er estimeret til at have været næsten 13 meter lang og vejet mere end et ton. Nogle videnskabs-mænd vurderer ud fra bladenes form og selve størrelsen af slangen Titanoboa at temperaturen i Paleocæns Colombianske jungle var omkring 30-32 grader, hvilket skal sammenlignes med nutidens 27 grader i junglen omkring kulminen.

Vulkan i udbrud som udsender store mængder aske og gas, heriblandt enorme mængder CO2. - Al CO2, som findes i atmosfæren kan spore dens oprindelse tilbage til vulkaner, som har udspyet det fra Jordens indre. Det er stadig 95-99% af jordens kulstof tilbage i Jordens indre, som aldrig har taget del i kulstofkredsløbet. Det er lige til at antage, at en stigning i atmosfærens CO2 indhold må skyldes vulkanisme.

Paleocæn afsluttedes dramatisk for 55 millioner år siden med det mystiske Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM), som var en pludselig global opvarmning, der varede omkring 80.000 år. Ganske pludseligt, set med geologiske øjne, blev det ulideligt varmt på Jorden. Gennemsnits-temperaturen steg op mod 7 grader i forhold til det drivhus-klima, som herskede i Paleocæn allerede.

Mange moderne videnskabsmænd og klima-alarmister påpeger at atmosfærens CO2 indhold var usædvanlig højt i denne periode, og de har den teori at opvarmningen skyldtes en drivhus effekt.

Vulkansk virksomhed er uregelmæssig og uforudsigelig. Ved Paleocæns afslutning fjernede Grønland og Nord Amerika sig fra Europa og åbnede Nord Atlanten, hvilket ganske givet var ledsaget af omfattende vulkanisme, som vi stadig ser det på Island i dag. Det kunne have udledt store mængder af CO2 fra Jordens indre.

Til venstre: Mulige metanhydrat forekomster i nutidens have. Det er blevet foreslået at havenes metanhydrat kan hentes op og bruges som energikilde - Det sorte er områder med mulige metanhydrat forekomster i nutidens have.
Til højre: Klumper af metanhydrat bragt op fra havbunden i den Mexicanske Golf i 2002.

Nogle har udledt af Karbon-12/karbon-13 isotop-forholdet at en kæmpemæssig meteor af kulstof typen ramte jorden og spredte sit kulstof over hele Verden, Kulstof, som derefter blev oxyderet til CO2 af atmosfærens ilt. Det passer med at atmosfærens iltindhold var faldende i perioden.

Den ældste og stadig mest populære hypotese er, at carbon kom fra store forekomster af metanhydrat, som blev udløst fra havbunden; måske fordi Jordens temperatur overskred en kritisk værdi, over hvilken metanhydrat ikke længere er stabilt, eller udløsningen blev forårsaget af vulkan-udbrud. Den udløste metan boblede op og blev hurtigt oxyderet til CO2 af luftens ilt. Metanhydrat er et hvidt stof, som ligner is. Det består af vandmolekyler og metan. Det er kun stabilt ved kolde temperaturer og højt tryk. Det findes i dag i Verdenshavet langs kontinentalsoklerne og under den arktiske tundra.

Nogle forskere har foreslået at den globale opvarmning skyldtes omfattede tørvebrande overalt på Jorden, som havde produceret CO2. Det kan sandsynliggøres ved at ilt-indholdet i atmosfæren var ganske højt, og brande derfor kunne starte meget nemt. Det er nemt at forestille sig at der også kan have været brande i åbne kul-forekomster, som de evigt brændende kulminer, vi idag kender fra Kina, USA og Australien.

Øverst til venstre: Brændende kulmine nær Denniston, New Zealand.
Øverst til højre: Brændende bjerg i New South Wales, Australia. Ifølge Smithsonian Magazine vurderer forskere, at det er den ældst kendte kulbrand i Verden, idet de mener at bjerget har brændt i 6.000 år.
Nederst: Røg og giftige gasser stiger op fra en underjordisk kulbrand i Centralia, Pennsylvania.

Selv i dag, hvor iltindholdet i atmosfæren er sunket til 21%, brænder tusindvis af underjordiske kulminer og kulforekomster over hele Jorden. Nogle er antændt af mennesker i historisk tid, og andre har brændt i tusinder af år. I Kina er kul-brande nævnt så tidligt som 1.000 e.Kr. i en rapport fra Li Dao Yuan, der udforskede det nordvestlige Kina for "Northern Song-dynastiet" (960-1280 e.Kr.). Marco Polo (1254-1324 e.Kr.) nævner de "brændende bjerge langs Silkevejen", som kan have været oldgamle kul-brande i Xinjiang. Forskere anslår, at en brændende kulforekomst i New South Wales i Australien har brændt i 6.000 år.

Nyere forskning har vist at PETM for 55 millioner år siden ikke var ganske enestående. Der har været andre pludselige varmeperioder. For eksempel har man påvist en pludselig mindre varmeperiode i Eocæn for 53.7 millioner år siden, som har fået navnet ETM-2.

7. Eocæn

PETM, ETM-2 og det Eocæne Optimum.

Eocæn varede fra afslutningen af varmeperioden PETM 55 mill. år før nutid og indtil det bratte temperatur-fald 34 mill. år før nutid, som markerede starten af Oligocæn, hvor der for første gang i Kænozoikum dannedes vedvarende is på Antarktis.

Atlanterhavet fortsatte sin udvidelse, og afstanden mellem Nordamerika, Grønland og Europa blev stadigt større. Denne process er stadig igang i dag, ledsaget af vulkansk aktivitet på Island, ganske som den i Eocæn sikkert også har været ledsaget af omfattende vulkansk aktivitet.

I slutningen Eocæn fik det Indiske subkontinent kontakt med Asien og påbegyndte dermed skabelsen af Himalaya bjergene og den Tibetanske højslette. Ligeledes i slutningen af Eocæn blev Sydamerika adskilt helt fra Antarktis.

Rekonstruktion af landskab fra Eocæn.

Det forudgående Paleocæne klima var varmt, men i begyndelsen af Eocæn var det endnu mere ulideligt varmt og fugtigt. Efter det kortvarige og mystiske Palecæne-Eocæne maksimum (PETM) fortsatte temperaturen med at stige til det Eocæne Optimum på omkring 25 grader i global årlig gennemsnits-temperatur, som skal sammenlignes med nutidens globale gennemsnits-temperatur på 14 grader og den danske årlige gennemsnits-temperatur på 8 grader.

Den stigende temperatur-kurve fra start af Eocæn til det Eocæne Optimum, 49 mill. år før nutid, blev dog kortvarigt afbrudt af endnu en kortvarig og pludselig temperaturstigning, som varede måske 100.000 år. Den kaldes Elmo Event eller ETM-2.

I det "Eocæne Optimum" omkring 49 mill. år før nutid var det næsten lige så varmt som i PETM. Derefter begyndte temperaturen at falde og det fortsatte den med de næste 50 millioner år ned imod de Pleistocæns istider, som vi virkelig lever i nu.

Kanal i Sommerset i det syd vestlige England angrebet af den hurtigt-voksende Azolla. - Foto Hans Splinter.

Amerikanske forskere mener, at Polarhavet i løbet af det Eocæne Optimum blev fyldt op med en andemads-lignende vandplante, som kaldes Azolla. Den såkaldte "Azolla Event" varede cirka en million år. Nogle CO2-orienterede forskere mener at vandplanten havde en enestående evne til at optage CO2, og da den derefter sank til bunds, blev det derved bundne Carbon unddrages carbonkredsløbet. Derved reducerede planten den atmosfæriske CO2 markant, hvilket mindskede drivhus-effekten og udløste derved det temperaturfald, der skulle fortsætte de næste 49 millioner år.

I løbet af Jordens historie har varme perioder, "hothouses", vekslet med istidsperioder, "Icehouses". Det Eocæne Optimum var en kulmination på det seneste "hothouse", hvor temperaturen ved havoverfladen nær polerne til tider var 14 -16 grader højere end den er idag, medens tilsvarende temperatur forskel i tropiske farvande ikke var nær så dramatisk. Der var et mere ensartet klima over hele Jorden. Dette viser at Eocæns drivhusklima repræsenterede et helt anderledes vejr-system end det, som vi kender idag.

Øverst: Bill Hagopian holder et 54 millioner år gammelt stykke træ fra Eocæn udgravet på Ellesmere Island. - Foto Brian Schubert.
Nederst: Forstenet stykke træ fra Eocæn fra Axel Heibergs Island.

For 40-50 millioner år siden var de arktiske øer, Axel Heiberg Island og Ellesmere Island, dækket af frodige skove domineret af hurtigt voksende redwood træer, kaldet Metasequoias, som er i familie med de redwood træer, der i nutiden findes i det nordlige Californien.

Forstenede stubbe og træstammer på øerne vidner om fortidens Eocæne skove. Træerne syntes at have tilpasset sig midnats-solen og den arktiske vinter med tre måneder i totalt mørke. De blev omkring 30-40 meter høje og voksede tæt.

I bakke-skråningerne kan man finde 28 lag af komprimerede fossile skove, afbrudt af lag af dynd eller sand. 28 gange er skovene bukket under, og de faldne træstammer er blevet dækket med sand eller dynd.

Det antyder, at træerne voksede på en stor flod-slette, måske noget i stil med Mississippi deltaet i det sydlige Louisiana. Indtil den Amerikanske hærs ingeniørkorps tæmmede floden og tvang den til at løbe i de nuværende kanaler, skiftede Missisippe floden periodisk sit leje fra Øst til Vest og tilbage gennem tusinder af år. Dette skabte en meget bred delta flod-slette og periodiske oversvømmelser, som dræbte træerne, der faldt i vandet og efterhånden blev dækket med dynd eller sand.

Den krokodille lignende Allognathosuchus, som levede på Ellesmere Island i Eocæn.

Ved Strathcona Fjord på Ellesmere Island har man fundet fossiler fra mere end 40 forskellige hvirveldyr fra Eocæn heriblandt kæmpeskildpadder, en slags alligator kaldet Allognathosuchus, en slags næsehorn kaldet Brontotheres, den flodheste-lignende Coryphodon, en tapir kaldet Thuliadanta og en tidlig hest. Desuden er fundet fossiler fra forskellige rovdyr, som ikke minder om nogen nulevende arter, såsom Creodonts, Mesonychid, et lille svømmende rovdyr, samt mindst fem forskellige slags gnavere.

Eocæn sluttede brat med et markant, næsten lodret fald i klodens temperatur på måske omkring 4 grader ned til Oligocæns noget køligere klima. Derved dannedes permanent is på Antarktis for første gang i Kænozoikum.

8. Oligocæn

I Oligocæn indtraf et midlertidigt temperaturfald i forhold til den jævnt faldende trend igennem hele Tertiær, det varede omkring 9 millioner år. Kun i de sidste par millioner år af Oligocæn steg temperaturen igen.

Efter det langvarige og konstante temperaturfald i den sidste halvdel af Eocæn markeredes begyndelsen af Oligocæn for 34 millioner år siden med et markant og pludseligt temperaturfald på omkring 4-5 grader. Dette indledte en kuldeperiode kaldet Oi-1, som varede måske en million år. Efter Oi-1 steg temperaturen igen men kun 1-2 grader, og klimaet forblev relativt køligt igennem det meste af Oligocæn.

Oligocæn startede 34 mill. før nutid og varede til 23 millioner år før nutid, ialt 11 millioner år.

Klimaet i Oligocæn var dog stadigt varmere end nutidens klima. Jordens gradvise afkøling var gunstig for udviklingen af pattedyr.

Til venstre: Indlandsis på Antarktis med vulkanen Mount Erebus i baggrunden. Isen på Antarktis er blændende hvid og har en højere albedo end den Grønlandske indlandsis. Arealet af den antarktiske indlandsis er større end Australiens areal.
Til højre: Den circumpolare strøm omkring Antarktis.

Mange mener at det ret pludselige fald i temperatur i starten af Oligocæn skyldtes at Syd Amerika og Antarktis gled fra hinanden og Drake Passagen åbnedes. Nogen tid før havde Antarktis fjernet sig fra Australien-Tasmanien, hvilket åbnede det Tasmanske Hav. Den sidste begivenhed skabte den kolde circumpolare strøm rundt om Antarktis, som vi kender den idag. Bølger kunne nu uhindret rulle Jorden rundt og blive forstærket for hver omgang.

Derved blev Antarktis klimatisk isoleret, og kontinentet kunne ikke længere udveksle varme og kulde med resten af Jorden. Derfor dannedes for første gang i Kænozoikum permanent is på Sydpolen. Isen på Antarktis er blændende hvid og har derfor en høj Albedo, hvilket betød, at en meget stor del af Solens stråler nu blev reflekteret tilbage til rummet, hvorved Jordens varmeinput blev mindre end før, og temperatur-faldet blev forstærket.

Rekonstruktion af Europa i Oligocæn. Den Afrikanske og den Eurasiske plade presser mod hinanden og Europa er ved at rejse sig af havet. Tehtys Havet er nu kraftigt formindsket og dens forbindelse til Verdenshavet er meget afskåret og derfor er det ikke længere i stand til at levere en varm bundstrøm af saltholdigt vand til Antarktis' kyster. Map scotese.com

Nogle tror at årsagen til det Oligocæne temperatur-fald var endnu mere komplekst. De mener at Antarktis hidtil var blevet opvarmet af en varm bund-strøm af relativt salt vand, som strømmede fra det enorme lav-vandede tropiske Tethys Hav mod det sydlige kontinents kyster, hvor det kom op til overfladen og afgav sin varme. I starten af Oligocæn begyndte Afrika og Eurasien imidlertid at lukke sig om Tethys Havet. De to enorme tektoniske plader maste sig mod hinanden og Europa og Mellemøsten steg langsomt op fra havet. Tethys havet blev efterhånden reduceret til ind-havene Middelhavet, det Sorte Hav, det Kaspiske Hav, den Persiske Golf og det Røde Hav. Da Tethys havet således var kraftigt reduceret, og resterne ikke længere havde effektiv forbindelse til Verdenshavet, kunne det ikke mere levere den varme bundstrøm til de sydlige polaregne.

Man har fundet at dybhavets temperatur i Oligocæn var under 3 grader, hvilket skal sammenlignes med 12-15 grader under PETM og omkring 2 grader i dag. Det viser, at der ikke længere var nogen varm bundstrøm med kurs mod de sydlige polaregne. Det er meget sandsynligt at det dramatiske temperatur-fald i starten af Oligocæn markerer et skift i Jordens klimasystem, i hvert fald hvad angår den sydlige halvkugle; et skift fra et vejr-system med stor varmeudveksling mellem Antarktis og resten af Jorden til et vejr-system med et klimamæssigt isoleret Antarktis dækket af en voksende indlandsis.

Mange nordlige skove blev forvandlet til tundra og længere mod syd blev andre skov-områder forvandlet til steppe. I oligocæn fremkom de første elefanter med snabler, og de første primitive tre-tåede heste strejfede om på den uendelige steppe.

Vulkanske basalt plateauer i Ætiopien og Somalia fra Oligocæn for 30 millioner år siden. De er på størrelse med hele Spanien.

På den nordlige halvkugle udviklede klimaet sig på en vis måde omvendt. Færø- og Shetland-soklerne adskiltes og hele Nord Atlanten forsatte med at udvide sig, og dette skabte stadig bredere forbindelse mellem Polar havet og Verdenshavet, som tillod mere effektiv udveksling af koldt og varmt vand. Grønland forblev isfrit, og blev først dækket af indlandsis mange millioner år senere.

For 30 millioner år siden indtraf en række vulkanudbrud i grænseområdet mellem Ætiopien og Somalia. Et område på størrelse med Spanien blev dækket af et lag af lava op til to meter tykt. Det kan have været resultatet af en række mindre udbrud spredt over mange tusinde år. Aske-skyer fra vulkanerne kan have medvirket til Oligocæns markante temperaturfald.

I de sidste par millioner år af Oligocæn steg Jordens temperatur igen til niveauet fra før Oi-1 - af årsager, som stadig ikke er fuldstændig forklaret. Indlandsisen på Antarktis forsvandt igen.

9. Miocæn

Mi-1, Mid-Miocene climatic Optimum og faldet i temperatur i sidste halvdel af Miocæn.

Overgangen fra Oligocæn til Miocæn markeres af en markant kuldeperiode, som kaldes Mi-1. Nogle har fundet tegn på at isdannelse på Antarktis fik vandstanden i verdenshavet til at falde. Derved blev lavvandede områder blotlagt og udsat for vind og sol, som var årsag til kraftig erosion.

Analyser af sedimenter hentet fra bunden af Ross havet ved Antarktis indikerer at overgangen fra Oligocæn til Miocæn var ledsaget af cykliske ændringer i isvolumet på Antarktis meget lig de cyklisk tilbagevendende istider, som vi kender fra de - geologisk set - nyligt overståede istider i Pleistocæn.

Efter Mi-1 kuldeperioden steg temperaturen igen og forblev høj i hele første halvdel af Miocæn. Isdækket på Antarktis smeltede igen bort, de arktiske tundraområder blev igen bevokset med fyrreskov.

Verden i Miocæn 20 mill. år før nutid - Bemærk at det Indiske subkontinent er kommet helt på plads og for alvor er ved at presse mod den Eurasiske plade og derved skabe den Tibetanske Højslette. Drake passagen er åben og der er stadig forbindelse mellem Atlanterhavet og Stillehavet gennem Panama Strædet mellem Nord- og Syd Amerika. Tethyshavet er nu fuldstændig lukket og reduceret til en række indhave. Kort fra scotese.com.

Mellem 17 og 14,5 millioner år før nutid indtraf et nyt temperatur maksimum kaldet "Mid-Miocene Climatic Optimum". Fossiler fra både til havet og landjorden indikerer, at temperaturen var omkring 6 grader højere end nutidens temperaturer.

Men fra det "Mid-Miocene Climatic Optimum" og gennem hele resten af perioden faldt temperaturen støt ned til omkring 1-2 grader over nutidstemperatur. Dog mener nogle forskere at have indentificeret en markant kuldeperiode i perioden fra 14,2 til 13,8 mill. før nutid med et temperaturfald på omkring 6-7 grader.

I løbet af de sidste par millioner år af Miocæn dannedes for første gang indlandsis på både Antarktis og Grønland.

Dannelsen af det tibetanske højland skete gradvist. Allerede i slutningen af Eocæn fik det Indiske subkontinent kontakt med den Eurasiske plade, men først i Miocæn begyndte optrykningen af Himalaya og det Tibetanske Højland for alvor.

Øverst: Den Tibetanske Højslette med alle de floder, der har deres oprindelse på denne.
Nederst: Himalaya og del af Tibet set fra rummet.

Højlandets nøgne klipper giver optimale muligheder for erosion. De silikatholdige klipper nedbrydes af sur regn, og de carbon-holdige erosionsprodukter føres til havets bund af floderne, hvor det vil forblive i millioner af år; hvilket efter manges mening førte til at CO2-indholdet i atmosfæren mindskedes, og Jordens klima derved langsomt - over millioner af år - blev stadigt koldere - mener disse videnskabsmænd.

En vej langs en flod i Himalaya er bortskyllet af kraftig monsun regn. Den nærliggende landsby havde blot en måned før oplevet et andet kraftigt uvejr med ødelæggende regn. Indbyggerne fortæller at en bjergskråning kollapsede, og en enorm mængde af klippebrokker væltede væggen til den lokale skole med det resultat, at taget styrtede ned, og 19 elever blev dræbt.

Himalaya og nærliggende bjergkæder er høje og stejle, og da de ligger nær det varme Indiske Ocean, bliver de hvert år overskyllet af intens monsun-regn, som er årsag til kraftig erosion. De store floder Ganges, Indus, Brahmaputra, Yangtze og Mekong fører de carbon-holdige korrosions-produkter med sig til havets bund. Samtidig fører floderne en mængde andet carbon-holdigt organisk stof med sig ud i havet i form af væltede træer, græs, grene, blade og kviste med videre, som ligeledes unddrages carbon-kredsløbet.

Det er blevet beregnet at disse store floder, som alle flyder fra det Tibetanske højland, indeholder 25% af alt opløst stof, som flyder ud i verdenshavet, og i stort omfang aflejres på havbunden som sedimenter, og på den måde lækkes ud af carbon-kredsløbet.

Det er også blevet beregnet at blot i løbet af nogle få millioner år har disse to processer været årsag til et signifikant fald i atmosfærens indhold af CO2, hvilket - ifølge den herskende populære teori - har ført til et fald i Jordens temperatur.

Det Tibetanske Højland's areal er omkring en million km2. Hele dette areal blev løftet op til en middel-højde af 5.000 m. over havets overflade. Højslettens klipper og grus er lysere end de oprindelige skove og sletter, som dækkede området før opløftningen, og har dermed en højere albedo end før. Da temperaturen i sådanne højder er meget lav, blev en større del af overfladen dækket af is og sne, hvilket også øgede albedo og dermed yderligere mindskede den samlede varme input fra Solen.

Rekonstruktion af Europa i midten af Miocæn 13 mill. år før nutid. Tethys Havet er kraftigt reduceret og det nye Middelhav har nogle få snævre adgange til Verdenshavet. Kort scotese.com.

En anden vigtig begivenhed i slutningen af Miocæn var udtørringen af Middelhavet. Det er blevet påvist at under Middelhavets bund ligger tykke lag af salt og gips, som indikerer, at det flere gange har været helt eller delvist udtørret, således som vi idag kender det fra det Døde Hav. Begivenheden kaldes "the Messinian Salinity Crisis".

I Tertiær tidens begyndelse for 65 millioner år siden var de områder, som idag udgør det sydlige Europa, Nord Afrika og Mellemøsten, del af et stort lavvandet tropisk øhav, som kaldes Tethys havet.

I løbet af Tertiær tiden lukkede den Afrikanske og den Eurasiske tektoniske plade sig langsomt om Tethys havet, og til sidst blev dets forbindelse med Verdenshavet fuldstændig afskåret. Da samtidig de to pladers pres mod hinanden fik havbunden til at hæve sig, blev Tethys Havet reduceret til en række mindre indhave, som er Middelhavet, det Sorte Hav, det Kaspiske Hav, den Persiske Golf og noget senere det Røde Hav.

Fordampnings-aflejringer i Middelhavet. Da Messinian Salinity Crisis var på sit højeste i slutningen af Miocæn var Middelhavet reduceret til flere adskilte saltsøer i lighed med det Døde Hav med overflade flere hundrede meter under Verdenshavets niveau.

Middelhavet havde i begyndelsen stadig forbindelse med verdenshavet gennem varierende stræder nord og syd for det nuværende Gibraltar. Men imidlertid i slutningen af Miocæn, for omkring 5-6 millioner år siden, åbnedes og lukkedes disse stræder sig cyklisk, således at Middelhavet skiftevis var et indhav og skiftevis en del af Verdenshavet. Det er nærliggende at sætte disse cykliske åbninger og lukninger af Gibraltar strædets forgængere i forbindelse med de cykliske temperatur-svingninger, som er tydelige i sediment-analyser fra netop slutningen af Miocæn.

På dette tidspunkt var der dannet indlandsis både på Antarktis og Grønland, og det er nemt at forestille sig, at cykliske temperaturændringer havde forbindelse med cykliske ændringer i mængden af indlandsis, således som det kendes fra de senere Pleistocæne istider. Det vil sige, at når det var relativt koldt, voksede indlandsisen, og vandstanden i verdenshavet faldt, og derfor blev Middelhavet afskåret fra verdenshavet. Når det igen blev varmere, smeltede en del af indlandsisen, vandstanden i verdenshavet steg, og Middelhavet fik igen kontakt med verdenshavet og blev fyldt op.

Stadig i dag strømmer en varm bundstrøm af vand med stort salt-indhold ud fra Middelhavet gennem Gibraltar strædet og en kold overflade strøm af mindre salt vand strømmer ind i Middelhavet. Grænselaget mellem de to modsatte strømme blev udnyttet af U-både under Anden Verdenskrig til at snige sig uset ud og ind af Middelhavet - Fra Blog sobre Geociencia, se link nedenfor.

Fordampningen fra Middelhavet er meget stor, også idag. Der fordamper mere vand fra overfladen, end der bliver tilført fra floderne og fra regn direkte over havet. Hvis vi forestiller os at Gibraltarstrædet, Suez kanalen og Dardanellerne blev lukket, ville Middelhavet tørre ud i løbet af blot 1.000 år og efterlade et 70 m. tykt lag af salt og gips på bunden.

I 1970 fandt havundersøgelses-skibet Glomar Challenger tykke lag af fordampnings-produkter i havbunden på en havdybde af 3 km. Efter sigende har man nogle steder fundet lag af fordampningsprodukter, mest salt og gips, som er 2-3 kilometer tykke.

Hvis en udtørring af Middelhavet vil skabe et saltlag på 70 m. så skal der omkring 30-40 efter hinanden følgende cykler af fyldning og udtørring til for at skabe et lag af salt og gips på 2-3 kilometer. Dette viser at Middelhavet har været udtørret og fyldt igen - ikke en, men adskillige gange.

10. Pliocæn

Pliocæn er den seneste og korteste periode i Tertiær. Den begyndte 5 mill. år før nutid og sluttede 2,6 mill. år før nutid.

Den relative frekvens af den tunge ilt-isotop O-18, som indikerer temperaturen. Fra prøver af skaller fra små skaldyr fra Pliocæn optaget fra havbunden. Tiden skrider frem fra højre mod venstre.

Klimaet i Pliocæn menes generelt at have været lidt varmere end i dag. Temperaturen var måske omkring tre grader varmere i start og i midten af Pliocæn. Klimaet var især mildt på høje breddegrader, og nogle arter af både planter og dyr fandtes flere hundrede kilometer nord for, hvor deres nærmest beslægtede arter findes i dag. Mindre indlandsis i Antarktis og Grønland var årsag til et hav niveau, der menes at have været omkring 30 meter højere end i dag.

Den generelle tendens til afkøling i løbet af Pliocæn var forbundet med øget udtørring af nogle områder, hvor skov blev erstattet med græssteppe. Det var for eksempel tilfældet i Øst Afrika, og dermed var scenen sat for udviklingen af mennesket. Da skoven forsvandt kravlede nogle aber ned fra træerne, rejste sig på bagbenene og så sig om efter muligheder på den nye græssteppe. Nogle mener at Australopithecus, eller i hvert fald deres forfædres, udvikledes her i løbet af Pliocæn.

Den største tektoniske begivenhed i Pliocæn var skabelsen af Panama-tangen og dermed en landfast forbindelse mellem Syd- og Nord-Amerika.

Hidtil var en stor del af den varme Golfstrøm undsluppet til Stillehavet gennem strædet mellem Syd- og Nord-Amerika, og den Golfstrøm, som flød mod Grønland og Nord-Europa, var betydelig svagere, end den er idag. Imidlertid efter lukningen af "Panama Strædet" flød hele Golfstrømmen mod nord, og det må alt andet lige have været årsag til et mildere klima langs Nord-Atlantens kyster.

Kunstnerisk rekonstruktion af et landskab fra Pliocæn.

Men paradoksalt nok dannede der sig permanent havis i Polarhavet - netop i Pliocæn. Det vil sige at noget af havisen nåede ikke at smelte i løbet af sommeren; således som situationen stadig er idag.

Nogle har forklaret dette tilsyneladende paradoks med, at før "Panama Strædet" blev lukket, indeholdt Golfstrømmens vand mindre salt, og vandet var derfor lettere og flød mere i overfladen af havet. Derfor kunne den varme strøm lettere gennemstrømme hele Polarhavet og holde det isfrit, i det mindste om sommeren.

Efter lukningen af "Panama Strædet" flyder alt det varme vand fra den Mexicanske Golf mod nord. Dette vand har været udsat for en kraftig fordampning i det tropiske farvand, og derfor er dets salt-koncentration relativ stor, og vandet er derfor tungere end vand, som indeholder mindre salt.

Saltindhold af overfladevand i Atlanterhavet 2011. - Solen og passat vindene, som blæser over det tropiske Atlanterhav (lilla pile), forårsager et netto svind af ferskvand (fordampning minus regn) fra det nordøstlige Atlanterhav og gør farvandet der meget salt. En strøm af meget salt vand fra Middelhavet gennem Gibraltar bidrager også til salt-indholdet. Når dette varme og salte vand fra det tropiske Atlanterhav strømmer mod nord til de sub-polare områder i Nordatlanten via Golfstrømmen (mørkeblå pile), bliver overfladevandet nedkølet ved fordampning, og resultatet bliver dannelsen af koldt, salt overfladevand, som til sidst bliver tungt nok til at synke til bunds i området syd for Grønland og i Norskehavet. Derved dannes North Atlantic Deep Water (NADW). Denne NADW strømmer derefter sydover langs bunden af Atlanterhavet (grønne pile). Denne cirkulation af nordover strømmende overfladevand og sydpå strømmende dybhavs-vand er, hvad oceanografer kalder "Atlantic Meridional Overturning Circulation" (AMOC). Derved kan vi indse at hvis Golfstrømmen havde været mindre saltholdig, kunne den muligvis have gennemstrømmet en større del af Polarhavet.

Men det varme saltholdige vand er imidlertid lige akkurat let nok til at holde sig i overfladen, medens det strømmer mod nord. Men lige så snart det bliver afkølet i farvandene omkring Grønland, Island og Nord-Norge bliver det for tungt, vægtfylden øges, og vandet synker til bunds og påbegynder turen tilbage til de tropiske farvande som en kold bundstrøm. Og derfor, når nutidens varme Golfstrøm ikke langt nok til at gennemstrømme Polarhavet og holde det isfrit om sommeren, kan det være fordi saltholdigheden er for stor.

I moderne tid kan man iagttage variationer i havisens udbredelse i Polarhavet. Lige for tiden synes havisen at være vigende. Det ligger lige for at tilskrive dette global opvarmning, det er jo is, som smelter. Men det kan meget vel tænkes at ændringer i Golfstrømmens strømning, saltholdighed eller temperatur også har stor betydning.

Havstrømme i Atlanten og Polarhavet i nutiden og tidlig Pliocæn - Nogle mener at i tidlig Pliocæn, medens Panama strædet stadig var åbent, var Golfstrømmen mindre salt. Det varme vand kunne derfor lettere holde sig i overfladen og dermed lettere gennemtrænge Polarhavet og holde det isfrit. Man mener at en del af det mest varme, salte vand undslap gennem strædet, og den resulterende strøm mod nord var derfor mindre salt og sank ikke til bunds så tidligt.

Man må også antage at lukningen af Panama strædet har bidraget til opbygningen af den Grønlandske indlandsis, og under istiderne også til den skandinaviske og nord Amerikanske indlandsis. Det kan lyde paradoksalt, at en øget strøm af varmt vand mod nord er årsag til øget isdannelse. Men vi må tænke på at dannelse af indlandsis kræver en masse nedbør i form af sne, og Golfstrømmen er netop årsag til en masse nedbør, som vi kender det fra det regnfulde klima på de Britiske øer og i Vest Norge. Når strømmen kommer længere mod nord er den stadig årsag til nedbør, men i form af sne. I Øst Sirbirien er det endnu koldere end på Grønland, men der er ingen indlandsis - kun frossen tundra, fordi der er ikke nogen videre nedbør.

Klimaet i Pliocæn var præget af stadig større cykliske variationer mellem varmt og koldt vejr, hvilket varslede den kommende vekselvirkning mellem istider og mellem-istider.

11. Litteratur