En avgörande roll för interaktioner mellan hav och havsis i den uttalade värmen under Miocena klimatoptimumet

När jorden var överraskande varm

För ungefär 17 miljoner år sedan gled vår planet in i en naturlig värmeperiod kallad Miocena klimatoptimumet. Globala temperaturer steg långt över dagens nivåer, och särskilt de polära regionerna värmdes upp kraftigt. Ändå har även våra bästa klimatmodeller haft svårt att reproducera hur varm det blev, särskilt nära polerna. Denna studie ställer en enkel men kraftfull fråga: var nyckeln till den forna värmen inte bara växthusgaser i luften, utan också vad som hände i haven och med havsisen på höga breddgrader?

Ett förflutet klimat som utmanar våra modeller

Geologiska bevis tyder på att under Miocena klimatoptimumet var de globala yttemperaturerna ungefär 8–10 °C varmare än i förindustriell tid, med polära hav som ibland var mer än 10 °C varmare än idag. Koldioxidnivåerna var sannolikt två till tre gånger högre än före industriella revolutionen, vilket delvis förklarar värmen men inte den förvånansvärt lilla temperaturskillnaden mellan ekvatorn och polerna. Många tidigare modellstudier kunde värma upp planeten i stort, men de misslyckades konsekvent med att värma upp högre latituder tillräckligt mycket. Denna avvikelse väckte tvivel om hur väl vi förstår både forna och framtida varma klimat.

Att testa två virtuella jordar

Författarna använde två sofistikerade jordsystemmodeller — NorESM1-F och IPSL-CM5A2 — och försåg dem med samma miocena geografi, vegetation, isar och två sannolika koldioxidhalter. Den uppsättningen möjliggjorde en rättvis jämförelse av hur varje modell hanterade samma forntida värld. Båda de virtuella jordarna värmdes avsevärt, med i genomsnitt cirka 4–8 °C, i linje med många rekonstruktioner. Men de skilde sig kraftigt åt i Arktis. NorESM gav upphov till extrem polär uppvärmning, med arktiska yttemperaturer mer än 20 °C över förindustriella värden och ett nästan isfritt Arctic Ocean. IPSL, däremot, visade mycket mer måttlig polär uppvärmning och säsongsbaserad havsis som fortfarande täckte stora områden på vintern. När modellresultaten jämfördes med fossila och kemiska temperaturindikatorer från bergarter och sediment matchade NorESM de ovanligt varma höglatitude haven bättre än IPSL, även om det blev för varmt på vissa landområden.

Hur havsströmmar och havsis tippar balansen

För att förstå varför modellerna betedde sig så olika dissekerade forskarna energibudgeten och cirkulationsmönstren. I båda världarna fångade extra växthusgaser mer värme och smältande is gjorde mindre av planetens yta ljusreflekterande, vilket lät den absorbera mer solljus. Moln bidrog också med viss extra uppvärmning i de nordliga delarna. Men den avgörande skillnaden låg i haven och havisen. I NorESM pumpade en stark omsättningscirkulation i Atlanten stora mängder varmt, salt vatten mot Arktis och blandade det nedåt, samtidigt som djupa vatten från söder försvagades. Denna livliga cirkulation, i kombination med en vid öppet sund mellan Atlanten och Arktis, fyllde det polära havet med värme och salt. Det saltare vattnet frös svårare och kraftig blandning förde ständigt upp värme till ytan, vilket hindrade nybildning av havsis. Med havsisen nästan borta året runt absorberade det mörka havet ännu mer solenergi, vilket ytterligare ökade poltemperaturerna. IPSL simulerade däremot en svagare omsättningscirkulation, minskat norrgående värmetransport och bestående vinterhavis som hjälpte till att hålla Arktis svalare.

Att kontrollera atmosfärens roll

Teamet testade också om skillnader enbart i atmosfären kunde förklara de kontrasterande resultaten. Båda modellerna visade försvagad tropisk-till-polär luftcirkulation, ett mönster liknande det som förväntas i framtida uppvärmningsscenarier. När forskarna tvingade en atmosfär-endast version av NorESM med havsytetemperaturer och havsisfält lånade från IPSL-körningarna, liknade det resulterande uppvärmningsmönstret mycket mer IPSL än NorESM. Denna experiment visade att, på stora skalor, beter sig atmosfärerna i de två modellerna likartat. Det verkliga inflytandet kom från hur varje modells havs- och havissystem svarade — särskilt hur mycket värme havet förde norrut och hur lätt Arktis kunde förlora sitt ishölje.

Lärdomar för framtiden från ett forntida hav

I enkla termer argumenterar detta arbete för att Miocena klimatoptimumet kan ha varit en fundamentalt annorlunda typ av polärt klimat — ett där starka havsströmmar, salta ytvattnen och kraftigt reducerad havsbaserad is tillsammans med växthusgaser förstärkte uppvärmningen i höga latituder. NorESM:s version av den världen, med en kraftfull atlantisk cirkulation och ett nästan isfritt Arktis, stämmer bättre överens med tillgängliga bevis än ett svalare, isrikt Arktis, även om den kanske pressar havsisförlusten till ett extremt. Studien belyser att rätt återgivning av forna och framtida varma klimat inte bara handlar om att sätta rätt koldioxidnivå. Det kräver också att man fångar hur hav och havsis interagerar, och hur känsliga dessa system är för förändringar i geografi och påverkan. Bättre jämförelser mellan många modeller och fler geologiska ledtrådar om forntida havsis och djupocencirkulation kommer att vara avgörande för att fastställa hur våra egna värmande hav kan omforma det polära klimatet under kommande århundraden.

Citering: Tan, N., Fluteau, F., Zhang, Z. et al. A critical role of ocean–sea ice interactions in the pronounced warmth during the Miocene Climatic Optimum. Commun Earth Environ 7, 326 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03324-2

Nyckelord: Miocena klimatoptimumet, oceancirkulation, havis, polär förstärkning, Atlantisk omsättning