29 dec 2008

Hur vet vi att senaste tidens koldioxidökning beror på mänsklig aktivitet

Texten i detta inlägg är en översättning från RealClimate och ingår i deras FAQ.

Under senaste 150 åren har koncentrationen av koldioxid (CO2) stigit från 280 till 380 ppm. Faktumet att detta nästan helt är orsakat av mänskliga aktiviteter är så väl belagt så att man sällan ser det ifrågasatt. Ändå är det helt relevant att fråga hur vi vet detta.

Ett sätt vi vet att ansvaret för CO2-ökningen faller på mänskliga aktiviteter är att helt enkelt titta på historisk dokumentation av dessa aktiviteter. Sedan den industriella revolutionen har vi bränt fossila bränslen samt avverkat och bränt skogar i ett aldrig tidigare skådat tempo, dessa processer har omvandlat organisk kol till CO2. Noggrann bokföring av mängden fossilt bränsle som har utvunnits och bränts och hur mycket avskogning som skett visar att vi har producerat betydligt mer CO2 än vad som nu finns kvar i atmosfären. De ca 500 miljarder ton kol vi producerat är tillräckligt för att höja atmosfärens koncentration av CO2 till nära 500 ppm. Dessa koncentrationer har inte nåtts på grund av att haven och jordytans biosfär har möjlighet att absorbera en del av den CO2 vi producerar*. Men det är faktumet att vi producerar CO2 snabbare än vad haven och biosfären kan ansorbera som förklarar den observerade ökningen.

(Skalan till höger visar årliga utsläppen av CO2)

Ett annat helt oberoende sätt att veta att bränningen av fossila bränslen och avskogning är orsakerna bakom ökningen av CO2 under senaste 150 åren är genom mätningarna av kolisotoper. Isotoper är helt enkelt olika atomer med samma kemiska egenskaper (isotop betyder "samma typ") men med olika massor. Kol består av tre olika isotoper, 14C, 13C och 12C. 12C är den vanligaste. 13C utgör ca 1% av alla kolatomer. 14C är bara ungefär 1 av tusen miljarder kolatomer.

CO2 producerad från bränning av fossila bränslen och skogsbränning har helt annan isotopsammansättning än CO2 i atmosfären. Detta då växter har en förkärlek för de lättare isotoperna (12C vs. 13C); alltså har de lägre 13C/12C-kvot. Då fossila bränslen ursprungligen kommer från förhistoriska växter har växter och fossila bränslen ungefär samma 13C/12C-kvot - ungefär 2% lägre än den i atmosfären. Då CO2 från dessa källor släpps ut och blandas med atmosfären minskar medelkvoten av 13C/12C i atmosfären.
Isotopgeokemister har utvecklat tidsserier över variationen av i 14C och 13C koncentrationerna i atmosfäriskt CO2. En metod som används är att mäta 13C/12C i trädens årsringar och använda detta för att dra slutsatsen för kvoten hos atomsfärens CO2. Detta fungerar då träd tar upp kol ur atmosfären under fotosyntesen och använder det som organiskt material i ringarna, vilket ger oss en ögonblicksbild av atmosfärens sammansättning vid tidpunkten. Om atmosfärens förhållande mellan 13C/12C ökar eller minskar så händer samma med 13C/12C i årsringarna. Det är inte samma sak som att årsringarna har samma isotopiska sammansättning som atmosfären - som påpekats ovan, växter föredrar de lätta isotoperna, men så länge som föredragandet inte förändras mycket så följer årsringarna atmosfärens förändring.

Sekvenser av årsringar sträcker sig tusentals år tillbaka i tiden och har nu blivit analyserade med avseende på 13C/12C-kvoten. Då åldern för varje ring är känd exakt** kan vi göra en graf över atmosfärens 13C/12C-kvot över tiden. Vad man finner är att aldrig under de senaste tiotusen åren har 13C/12C-kvoten varit så låg som i idag. Vidare så börjar kvoten minska dramatiskt just när CO2 börjar öka runt 1850 AD. Detta är exakt vad vi förväntar oss om ökningen av CO2 beror på förbränning av fossila bränslen. Vidare, vi kan följa absorptionen av koldioxid i haven genom att mäta 13C/12C-kvoten i oceanernas ytvatten. Även om denna data inte är lika komplett som de från trädens årsringar (vi har endast gjort dessa mätningar under några årtionden) så observerar vi som förväntat en sänkning av 13C/12C-kvoten. Mätningar av 13C/12C på koraller och svampdjur - vars kalciumkarbonatskal återspeglar havets kemi på samma sätt som årsringarna atmosfärens - visar att denna minskning började ungefär samtidigt som i atmosfären, alltså, när mänsklig CO2-produktion började ta ordentlig fart.
Från SCOPE 29

Förutom data från årsringar finns det även mätningar av 13C/12C-kvoter för CO2 fångat i iskärnor. Både årsrings- och iskärnedata visar att den totala förändringen i atmosfärens 13C/12C sedan 185+ är ungefär 0,15%. Detta kan låta som väldigt lite men är i själva verket mycket stort jämfört med den naturliga variationen. Resultaten visar att hela förändringen under övergången från senaste istiden till dagens klimat för 13C/12C i atmosfären - en förändring som tog många tusen år - var ungefär 0,03%, eller ungefär en femtedel av vad som har observerats de senaste 150 åren.

Referenser för den som vill veta mer
Real Climate, How much of the recent CO2 increase is due to human activities?
Stuiver, M., Burk, R. L. and Quay, P. D. 1984. 12C/13C ratios and the transfer of biospheric carbon to the atmosphere. J. Geophys. Res. 89, 1731–1748.
Francey, R.J., Allison, C.E., Etheridge, D.M., Trudinger, C.M., Enting, I.G., Leuenberger, M., Langenfelds, R.L., Michel, E., Steele, L.P., 1999. A 1000-year high precision record of 13C in atmospheric CO2. Tellus 51B, 170–193.
Quay, P.D., B. Tilbrook, C.S. Wong. Oceanic uptake of fossil fuel CO2: carbon-13 evidence. Science 256 (1992), 74-79

Noter
* Hur mycket de kan förväntas absorbera i framtiden är en intressant och viktig vetenskaplig fråga, diskuterad mer detaljerat i kapitel 3 av IPCC-rapporten. Klart är dock att vår förmåga att producera CO2 snabbare än hav och biosfär kan absorbera är den grundläggande orsaken till ökningen som vi observerat sedan förindustriell tid.
** Detta vetenskapsområde kallas dendrokronologi

18 kommentarer:

  1. Säkert intressant för dem som begriper. Har en fråga: Kommer någon från Uppsalainitiativet att bevaka nästa års Heartlandkonferens?

    SvaraRadera
  2. Jan: Kan du utveckla vad du fann svårt i inlägget? Vi förklarar gärna vidare.

    Knappast "bevaka" i någon aktiv mening. Men det kan ju hända att det dyker upp nya påståenden värda att ta upp från deras pokulerande.

    SvaraRadera
  3. Nej, vid en närmare genomläsning var det inte svårt att begripa. Stönade först över alla siffror. Men faktum kvarstår – den mänskliga CO2-produktionens negativa inverkan långsiktigt återstår väl att bevisa - även om förändringarna är stora jfrt med den naturliga variationen - eller hur? Tankeexperiment: Vilken reaktion skulle dessa fakta få om de lades fram på nästa års Heartlandkonferens? Vad skulle förnekarna/skeptikerna rikta in sig på?

    SvaraRadera
  4. Jan:
    "Men faktum kvarstår – den mänskliga CO2-produktionens negativa inverkan långsiktigt återstår väl att bevisa"
    Tre kommentarer kring detta.
    1 Det handlar inte bara om förändringen utan minst lika mycket om förändringstakten. Förändringar som sker långsamt mätt i människogenerationer (eller tex. tallgenerationer) är betydligt mindre problematiska än sådana som sker under några få generationer även om totala förändringen skulle vara lika stor. Snabba förändringar åt vilket håll som helst är problematiska. Mot det sämre än mer drabbande.
    2 Det finns goda bedömningar av vad som sker och kommer att ske. Tex här. De ger inte en ljus bild av läget.
    3 Det är inte vetenskapligt bevisat att man dör eller ens blir skadad av att hoppa från andra våningen heller. Dock gissar jag att du inte tar det som intäkt för att det är ofarligt och hoppar. Det finns mycket lite som talar för att klimatförändringarna skulle vara positiva. Fram för allt om man inte minskar förändringstakten och totala förändringen. Så varför chansa?

    "Vilken reaktion skulle dessa fakta få om de lades fram på nästa års Heartlandkonferens? Vad skulle förnekarna/skeptikerna rikta in sig på?"
    Tja, det är lite som att gissa vad Dicovery Institute skulle kritisera evolutionsforskningens resultat för. En rätt meningslös syssla. Föst vill jag påpeka att det som skrivs i inlägget om CO2 och isotoperna är känt sedan mer än 20-år tillbaka så det är inte ny kunskap.
    Lustigt nog kan jag inte hitta något om kolisotopsammansättningen i Heartland institutes så kallade NIPCC-rapport. Kanske ett ämne de inte gärna talar om då det är väldigt svårt att passa in i deras världsbild ;)
    Annars finns det säker x antal detaljer som de kan gnälla över i mätningar och analyser och någon ad hoc hypotes de kan framföra om de tvingas till det.

    SvaraRadera
  5. "Vad skulle förnekarna/skeptikerna rikta in sig på?"

    Nu är det så att det enda de där "förnekarna" har gemensamt är just att de inte tror på mänsklig klimatpåverkan via koldioxid. I övrigt tror de lite vad som helst. De mer seriösa skulle säga att visst, vi ökar koldioxidhalten, men än sen då den har ingen betydelsefull inverkan på klimatet. Andra skulle hävda att ökningen är naturlig, bara en följd av att det blivit varmare (av helt andra skäl) och att haven därför släppt ifrån sig en massa CO2. En tredje grupp skulle hävda att sådana här fluktuationer bara är naturliga, att halten var lika hög under början av 1900-talet.

    Det finns inga gränser för vad en del av dessa typer kan hitta på.

    Anders, det finns väl ingen NIPCC rapport? Bara en sammanfattning av denna icke existerande rapport. Det är precis lika konstigt som det låter.

    SvaraRadera
  6. Thomas P:
    Du har ju helt rätt om NIPCC. Det är bara en fasad med en sammanfattning av en icke existerande rapport. Bra att du uppmärksammade mig på det.
    Ytterligare ett exempel på hur dessa människor arbetar.

    SvaraRadera
  7. Anders Martinsson, 30 december, punkt 3:
    Är det inte just detta vi trots osäkerheten uppmanas göra: Hoppa. Utan att veta om huset brinner, om en livsfarlig varelse befinner sig i sovrummet.
    När man VET att det brinner hoppar folk t.o.m. från 51:a våningen.
    Vänligen
    En Typ och Dessa Människor

    SvaraRadera
  8. Till Anon 5:e jan.

    Nej det är inte de vi uppmanas att göra har du läst våra andra poster?

    Jag tror att en av anledningarna till det långsamma agerandet är att klimatförändringar inte beter sig som ett brinnande hus, se: http://uppsalainitiativet.blogspot.com/2008/11/varfr-det-lngsamma-agerandet-i.html

    SvaraRadera
  9. Anonym:
    Vi kan ju fortsätta på liknelsen. Skiter man i brandsäkerhet, utgår från att brandvarnaren reagerat på damm när den tjuter, och väntar till man är helt säker på att det verkligen inte kan vara något annat än att hela huset står i lågor så kanske man tvingas hoppa mot en säker död som det minst obehagliga alternativet. Om man reagerar på brandvarnaren och skaffat brandsläckare kan man utan större skada leva vidare med huset kvar när olyckan är framme. Brandvarnaren motsvaras av resultaten av klimatforskningen och brandsläckaren den kostnad på ca 1 % av BNP som det kostar för världen att vända utvecklingen.

    SvaraRadera
  10. Inte så klokt att i en allt intressantare klimatdebatt stoppa huvudet i sanden och påstå att NIPCC-rapporten från 2008 inte existerar...
    Ett mycket intressant dokument, väl värt att studera oavsett vad man tror om människans påverkan av klimatet. Det råder inte konsensus inom klimatologin, låt oss vara glada för detta, på ett vetenskapligt fält där stor osäkerhet råder.
    NIPCC report, ett PDF-dokument som går utmärkt att googla fram, eller:
    http://www.sepp.org/publications/NIPCC-Feb%2020.pdf

    SvaraRadera
  11. Roland B:
    Tja. Du borde kanske läsa länken du hänvisar till. Där står "Summary for Policymakers of the Report of the Nongovernmental International Panel on Climate Change". Denna existerar. Det som inte existerar är den bakomliggande rapporten. Denna publikation är en oärligt efterapning av IPCC-rapporternas sammanfattningar för att slå dunster i ögonen på oss alla.
    Du kan läsa mer om de påståenden som framförs i sammanfattningen av den icke existerande rapporten här

    SvaraRadera
  12. Anders M, jag insisterar: Läs den "oärliga efterapningen", det är ett intressant dokument, ofrånkomligt för den klimatintresserade som vill följa med i debatten. Länken du gav till "sammanfattningen" av NIPCC:s rapport är dessvärre ett skrämmande exempel på lågvattenmärken i klimatdebatten. Full av invektiv och personangrepp och med länkar till färdigtuggade argument istf vetenskaplig diskussion... nej, detta förstår jag inte hur du kan rekommendera någon!

    SvaraRadera
  13. Roland B:
    Jag har läst den sk sammanfattningen av NIPCC. Det framgår av tidigare kommentar.

    Sedan bör du nog ha mer saklig kritik mot Real Climates sågande av "rapporten" om du vill fortsätta att debattera. Att det är "omtuggade" påståenden beror ju på att NIPCC innehåller gamla många gånger uppvärmda rester och kan inte läggas RC till last.

    SvaraRadera
  14. PS Jag insisterar tillbaka att du Roland antingen letar upp den riktiga NIPCC rapporten eller medger att du hade fel i ditt första inlägg när du påstår att vi stoppar huvudet i sanden.

    SvaraRadera
  15. Det går att hitta hål i princip alla etablerade vetenskapliga teorier.

    Faktum är ju att klimatmodellerna är mer underbyggda än många teorier som samhället har accepterat fullt ut. Exempelvis att det är skadligt att röka eller dricka under graviditet, svarta hål, prioner.

    Omvänt ät motståndet mot evolutionen och Big Bang är mycket manstarkt, liksom stödet för all sköns kvasivetenskap som homeopati, astrologi och perpeuum mobile.

    Det vore intressant att se om nån har gjort en mer gedigen jämförelse mellan klimatmodellernas stöd och en del andra teorier.

    SvaraRadera
  16. Här tas triviala saker upp, men...

    Det första, att människans bidrag ger en del ökning, fönekar ingen. Men Real Climate motbevisar inte att gaslagen påverkat haven att avge mer CO2 (såsom t ex skett, men i längre tidsskala, enligt de iskärnedata där Al Gore har ett jättedigram visande korrelationen).

    Att förhållandet C13/C12 ändrats fem gånger mer på 150 år än det gjorde på mer än 10000 år dessförinnan säger i denna framställning inget om hur stort bidraget antropogen CO2 är. Inte ens att antropogen CO2 är dominerande orsakt till höjning av CO2-halten.

    Man kan kalla denna framställning för apologetik, vilket är smickrande men kanske passar klimatreligion.

    -
    För trovärdighet måste RealClimate åtminstone debunka att temperaturdata och data för ökning av CO2 konsistent över tid korrelerat med 9 månaders fördröjning. Se t ex Spencers paper Atmospheric CO2 Increases: Could the Ocean, Rather Than Mankind, Be the Reason?".

    Ett annat problem förefaller vara att korrelation för CO2-halt mellan jordens hemisfärer saknas. De bör finnas med tidsfördröjning mellan CO2-utsläpp, eller ändring av CO2-halt, på norra halvklotet -- där över 95% av dem sker -- och halt på södra halvklotet. Om främst antropogena utsläpp driver CO2-halten (de bidrar såklart till en del av höjningen) bör det avspegla sig i denna fördröjda korrelation, men Tom Quirk visar i en studie att sådan korrelation saknas (lite info; rapportlänk med abstract här).

    Detta senare är metodologiskt snarlikt den MIT-studien som avfärdade att höjning av metanhalt härom året (efter att metanhalt ungefär stått stilla under ett decennium) orsakades av människan.

    -
    Men framför allt saknar jag all form av kvantifiering i denna redovisning. Därför är den meningslös. Ingen förnekar att fossil förbränning står för en del av CO2-ökningen och att de effekter som här beskrivs finns.

    -
    Eftersom Real Climate försvarar IPCC borde de förresten försvara deras Bern carbon cycle-algoritmen mot de CO2-data i atmosfär och hav som NOAA redovisar, vilka strider mot nämnda algoritm.

    SvaraRadera
  17. Magnus, jag tror Spencers avhandling diskuteras här och det verkar finnas lite missar i den.

    http://tamino.wordpress.com/2009/01/19/a-bag-of-hammers/

    //Micke

    SvaraRadera
  18. Hej Magnus, jag ser att du inte har några vetenskapliga referenser som styrker det du säger... vill du läsa om den vetenskapliga litteraturen på området kan du börja med till exempel dessa tre artiklar och varför inte sedan kolla deras referenser.

    http://geosci.uchicago.edu/~archer/reprints/archer.2008.tail_implications.pdf

    http://www.pnas.org/content/104/47/18866.abstract

    http://www.biogeosciences.net/5/1601/2008/bg-5-1601-2008.html

    (nej jag räknar inte EE som en ref http://www.sourcewatch.org/index.php?title=Energy_and_Environment )

    SvaraRadera

Tips: Använd gärna signatur när du kommenterar. Det underlättar samtalet