Koldioxid, svavel och global uppvärmning

Den fossila bränsleanvändningen innebär inte bara koldioxidutsläpp utan också utsläpp av bland annat svaveldioxid som bildar en avkylande aerosol. I detta inlägg tittar vi lite på effekterna av detta idag och i framtiden.

De årliga koldioxidutsläppen har ökat kraftigt de senaste 60 åren till över 8 miljarder ton kol per år.

Koldioxidutsläpp från fossilt bränsle 1800-2000 (Global Warming Art)

Fram till 80-talet ökade även svavelutsläppen i takt med koldioxidutsläppen. Under 70-talet uppmärksammades problemen med försurning och andra otrevliga effekter av svavelutsläppen och insatser för att minska utsläppen gjordes. Sedan 80-talet fram till 2000 har svavelutsläppen minskat trots ökande koldioxidutsläpp medan det finns tecken på en ökning igen under 2000-talet. (Smith et al 2011)

Det finns en viktig skillnad mellan svavelutsläppen och koldioxidutsläppen som påverkar hur de bidrar till klimatförändringarna:

• Koldioxiden är en långlivad växthusgas i atmosfären. Detta betyder att mängden koldioxid i atmosfären är beroende av det kumulativa utsläppet över tid. Upptaget av koldioxid är en komplicerad process på många tidsskalor men under de senaste decennierna har intressant nog upptaget som andel av våra utsläpp varit nära konstant på knappt 60%. Alltså drygt 40% av de årliga utsläppen har stannat kvar som en ökning av koldioxidnivån under året.
• De aerosoler som bildas av svavelutsläppen är kortlivade och regnar snabbt ut ur atmosfären. Svaveldioxidens effekt i atmosfären beror på de pågående utsläppens storlek.

Denna skillnad har viktiga konsekvenser för hur effekten av utsläppen fördelar sig över tiden vid ökande utsläpp. För att illustrera detta visar jag en enkel modell utgående från utvecklingen sedan mitten av 1900-talet. Modellen antar linjärt ökande koldioxidutsläpp med tillhörande proportionellt ökande svavelutsläpp. Efter 50 år är radiativa påverkan från koldioxidökningen 2 W/m² och från svavelutsläppen -1 W/m². Resultatet är detta:

Då koldioxidens effekt beror på den ansamlade mängden i atmosfären medan svavlets effekt beror på de pågående utsläppen "vinner" svavlet över koldioxiden de första decennierna därefter stiger nettot snabbt då de ökande koldioxidutsläppen ökar akumuleringstakten så väl som mängden i atmosfären. Förändringar av svavelutsläppen relativt koldioxidutsläppen påverkar förändringstakten (derivatan) hos påverkan. Om koldioxidutsläppen fortsätter att öka men svaveldioxiden stabiliseras, så som senaste 30-åren, ökar nettot snabbare, motsatsen gäller om förhållandet mellan utsläppen går åt andra hållet.

Förutom svavel släpps andra aerosoler ut, så som tex. sot, som alla är kortlivade i atmosfären. Kombinationen av de olika typerna av utsläpp och aerosolernas mångfasetterade inverkan i atmosfären gör att medan växthusgasernas strålningspåverkan är känd med stor noggrannhet så är osäkerheten i aerosolernas påverkan betydligt större.

Bedömd påverkan från aerosoler och växthusgaser. Notera att växthusgasernas effekt är känd inom betydligt mindre felgränser än aerosolernas. Från IPCC AR4 fig. 2.20

Förutom att aerosolutsläppen maskerar en del av koldioxidens växthuseffekt betyder den kumulativa effekten hos koldioxidutsläpp att påverkan från dessa kan förväntas öka så länge utsläppen överstiger det årliga upptaget. För att stoppa ökningen av koldioxid i atmosfären måste alltså utsläppen av fossilt kol minska ordentligt och med tiden närma sig noll. Men det betyder att även aerosolutsläppen minskar och närmar sig noll. Aerosolernas kylande verkan kommer då att minska snabbt, då de är beroende på de pågående utsläppen, och avmaskera koldioxidens påverkan som fortsätter under lång tid medan mängden koldioxid långsamt minskar.

Forskarna Armour och Roe publicerade i början av året en studie (pdf här) av effekten av en snabb minskning av de fossila utsläppen till noll. De utgick från de möjliga kombinationer av aerosol-, växthusgaspåverkan och klimatkänslighet som beskriver 1900-talets temperaturökning respektive är i överensstämmelse med IPCCs värdering av klimatkänsligheten. Responsen i framtida temperatur visar sig bli mycket osäker. Om aerosolerna har liten effekt kommer temperaturen följa minskningen av växthusgaser och sjunka under dagens förhållandevis snabbt men om aerosolerna har stor kylande effekt skjuter temperaturen i höjden då koldioxidens fulla påverkan slår igenom och temperaturen kommer under flera sekel vara över dagens.

Temperaturrespons vid en snabb minskning av fossila utsläpp. Ljusblått - område som är förenligt med 1900-talets temperaturförändring, Mörkare blått - klimatkänslighet inom IPCCs "mycket troligt" (1,5 till 10 grader), Mörkblått - klimatkänslighet inom IPCCs "troligt" (2,0 till 4,5 grader)

Artikeln understryker både effekterna av osäkerheten kring aerosolernas påverkan och skillnaden mellan de långlivade växthusgaserna och de kortlivade aerosolerna. Båda viktiga för förståelsen av forskningens slutsatser kring dagens och morgondagens klimat.