Klimavariasjoner

Forskere har lenge diskutert hva som er drivkreftene bak de store klimaendringene som har forårsaket vekslingen mellom istider og mellomistider de siste 2-3 millioner år. De fleste er i dag enig i at klimavariasjonene skyldes astronomiske faktorer, som påvirker solinnstråling mot jordens overflate og fordeling av energi. Dette kalles Milankovitch-faktorer etter serberen Milutin Milankovitch, som allerede i 1920 kunne beregne hvordan jordens stilling i forhold til solen varierte med en viss syklisitet. Denne variasjonen skyldes summen av følgende tre faktorer: Jordbanens form varierer fra å være tilnærmet sirkulær til å være svakt elliptiske med en syklisitet på 100 000 og 400 000 år. Jordaksens helning varierer mellom 22.1˚ og 24.5˚ og forandrer seg med en periodisitet på 41 000 år.

Det er jordbanens helning som gjør at vi har årstider og at polarsirkelen forflytter seg. Presesjon viser hvordan jordaksen snurrer rundt som en snurrebass i ferd med å miste farten, samtidig som jorda roterer rundt sin egen akse. Aksen (eller Nordpolen) vil derfor ikke alltid peke mot Nordstjernen slik som i dag, med den konsekvens at årstidene forskyver seg. Det tar i gjennomsnitt 21 000 år for årstidene å forflytte seg en hel runde. Milankovitch-faktorene er de ytre drivkreftene. Disse blir enten forsterket eller motvirket internt i jordsystemet av for eksempel havstrømsirkulasjon, oppvarming og avkjøling av luftmasser over land/vann, areal dekket av snø/is og mengden drivhusgasser i atmosfæren.

Geologiske klimaarkiv

Det er ved hjelp av geologiske klimaarkiv vi kan finne ut hvordan klimaet har variert tilbake i tid. Et klimaarkiv kan betraktes som en samling av spor som forteller noe om klimaet på jorden. Isbreer, sjøis, temperaturer, nedbør, vind og andre fysiske miljøelementer reagerer på klimaendringer med å bli sterkere, svakere, større, mindre, hyppigere og så videre. Dette gjenspeiler seg på den måten at naturlige klimaarkiv vil være å finne for eksempel i isbreer og i sedimenter på havbunnen, på bunnen av innsjøer eller på land. På land vil disse sporene kunne finnes på steder som foran isbreer, i elvesedimenter, i dryppstein og i myrer.

Isbreer og sedimenter består av flere lag som hvert enkelt representerer bestemte perioder eller hendelser bakover i tid. Sedimenter og snø avsettes lag på lag i naturen, slik at yngre lag overlagrer eldre. Eksempel på dette er innlandsisen over Grønland som er nesten 3000 meter på det tykkeste, der lagene nærmest bunnen er rundt 130 000 år gamle. På samme måte vil de sedimentene som ligger dypest begravd på bunnen av havet eller innsjøer også være eldst. Både fra is og sedimenter kan vi ta kjerneprøver slik at vi får en sammenhengende prøve fra bunn til topp som kan studeres og analyseres på mange ulike måter. Sedimenter fra havbunnen blir hentet opp med ulike typer kjerneprøvetakere fra forskningsfartøy. 

Fossiler av små dyr og planter som levde i havet før de døde og sank til bunnen og ble begravd i sedimentene, er viktige kilder til klimainformasjon. Noen slike fossilgrupper er dinoflagellater og foraminiferer.