Samma gamla visa - första versen

Aktiviteten på den här bloggen har varit ganska låg de senaste 2 åren. Det har delvis att göra med att vi har andra åtaganden (jobb, familj, författande av böcker mm) som har kommit före, men det beror också på att inte mycket nytt händer på förnekarfronten. Det är i stort sett samma gamla debunkade argument som cirkulerade för 10 år sedan. Men i förnekosfären så är sanningn vanligen underordnad kampen mot den (inbillade) stora konspirationen, så det spelar ingen roll för dem att argumenten är fel. Här är några vanliga argumenten som jag har stött på allt för ofta den senaste tiden på platser som Facebook och Quora.

Påstående: ”Endast 3% av koldioxiden i atmosfären kommer från mänskliga aktiviteter”.

Bild från NASA: https://svs.gsfc.nasa.gov/12044

 Ser man på bilden av kolets kretslopp här ovan, så är kolflödena från hav (t.v.) och vegetation och mark (t.h.) till atmosfären (ovan) mycket större än dem från mänskliga utsläpp från bl a fossila bränslen (nere mitten). Det är förmodligen därifrån som idén att av CO2-ökningen i atmosfären inte är mänskligt orsakad kommer ifrån.

Men då förbiser man att det handlar om ett kretslopp. Det går nämligen också flöden från atmosfären till hav och vegetation och mark (gröna pilar). Det finns inget motsvarande flöde från atmosfären till mänskliga utsläpp. Faktum är att hav och vegetation och mark tar upp mer koldioxid än de släpper ut, och skillnaden utgör ungefär hälften av de mänskliga utsläppen. Resten av de mänskliga utsläppen stannar kvar i atmosfären. Våra mänskliga utsläpp tillför alltså nytt kol till kretsloppet har varit ute ur kretsloppet under många miljoner år. Det är därför koldioxiden har ökat så här:

Bild från NOAA: https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/full.html

Vi har ett flertal inlägg om kolets kretslopp:

• Källor och sänkor
• Mänsklig inverkan på globala kolcykeln
• Det kom ett mail till Uppsalainitiativet

Påstående: ”Ett enda vulkanutbrott kan släppa ut mer koldioxid än hela mänskligheten på ett år."

Detta påstående har ingen som helst förankring i verkligheten. Det är möjligt att någon har tittat på siffror för svavelföreningar från vulkaner och blandat ihop det med koldioxid, och att detta har planterat denna seglivade myt i förnekosfären. Men sanningen är att alla jordens vulkaner släpper ut mellan 1/60 och 1/90 av de mänskliga koldioxidutsläppen. Källa: NOAA.

Här är några inlägg om vulkaner:

• De efterhängsna vulkanerna
• Två Pinatubo dygnet runt året runt

Påståenden: ”Växthuseffekten finns endast i klimatmodellerna” och ”Växthuseffekten har aldrig observerats utanför laboratoriet”

Att växthuseffekten skulle vara ett påhitt för klimatmodellerna är rena fantasier. Växthuseffekten upptäcktes långt innan det fanns några klimatmodeller.

De fysikaliska processerna (vilka inkluderar kvantfysik) är väl förstådda. Växthuseffekten är en av de bäst förstådda delarna av klimatet.

Dessutom har man observerat växthuseffekten i atmosfären. Man har rent av observerat hur den förstärks med ökade CO2-nivåer. Det gäller både inkommande strålning till marken och utgående strålning ovanför atmosfären.

Växthuseffekten vilar på en stark vetenskaplig grund, både när det gäller teori och observationer.

Här är några inlägg:

• Växthuseffekten – en introduktion
• Hur vet vi att våra koldioxidutsläpp har orsakat en global uppvärmning?

Påstående: ”Koldioxiden står endast för 3% av växthuseffekten”.

Det här felaktiga påståendet kommer troligen från att någon har tittat på koncentrationerna av växthusgaser (vattenånga, koldioxid, metan m.m.) i atmosfären och beräknat deras bidrag utifrån det. Men effekten av en växthusgas vid olika koncentrationer är inte linjär utan logaritmisk. Därför har koldioxiden en betydande effekt även om den finns i mycket mindre koncentrationer än vattenångan. Vattenånga bidrar med runt 50%, moln bidrar med runt 25%, koldioxid med runt 20%, och övriga gaser med runt 5%.

Källa: Schmidt, G.A., R. Ruedy, R.L. Miller, and A.A. Lacis, 2010: The attribution of the present-day total greenhouse effect. J. Geophys. Res., 115, D20106, doi:10.1029/2010JD014287.

Se också det här inlägget:

• Koldioxid och procentsiffror

Påstående: ”Växthuseffekten beror på lufttrycket och inte på några växthusgaser”.

Detta är ett väldigt underligt påstående, som likväl dyker upp ganska ofta. Jag misstänker att det kommer från någon som har misstolkat den ideala gaslagen. Denna lag säger att trycket gånger volymen är proportionellt mot temperaturen för en given gasmängd. Eftersom trycket är högre vid lägre höjd, så tänker man kanske att då måste temperaturen också vara högre där. Man tar inte hänsyn till att luftens densitet blir högre vid lägre höjd, dvs samma gasmängd ryms inom en mindre volym. Det är i alla fall min tolkning av hur denna missuppfattning har uppstått.

Skillnader i tryck är dock viktiga för troposfärens temperaturprofil, och närmare bestämt det adiabatiska temperaturavtagandet: varm luft som stiger uppåt (konvektion) expanderar allt eftersom lufttrycket sjunker, och när luften expanderar kyls den av. Det motsatta gäller kall luft som sjunker och komprimeras: den luften blir varmare. Men dessa processer ska inte förväxlas med växthuseffekten.

Koldioxidens fördelning mellan hav och luft – ett enkelt exempel på kemisk kinetik?

Vi har glädjen att presentera ytterligare ett gästinlägg av Mats Almgren. Upptaget av koldioxid i havet och den så kallade bombkurvan engagerar visst fortfarande förnekarna:

Jag tittade in häromdagen på SIs blogg och fann då ett nytt inlägg (nr 17) från prof. em. Gösta Pettersson, han med bombkurvan. I detta säger han sig var expert på reaktionskinetik och matematisk modellering. I kraft av denna sin expertis anser han sig kunna avfärda professor Fortunat Joos (en mycket välkänd och respekterad forskare, som ses som en auktoritet i fråga om kolets kretslopp i naturen) som en dilettant vad gäller koldioxidens vandringar mellan atmosfär och hav. Enligt GP är detta ett renodlat problem för kemisk kinetik, och kan uttömmande behandlas med dess deskriptiva lagar – alltså GPs expertområde. Joos är fysiker och har specialiserat sig på havens strömningsrörelser, skriver han, och vidare:

”I själva verket gav sig Joos med presentationen av Bernmodellen in på ett ämnesområde där han inte längre besitter någon spetskompetens. Naturens upptag av luftburen koldioxid sker i processer som har långt mera med kemi än fysikalisk strömningslära att göra. Med vilken hastighet upptaget sker är därför i grunden ett reaktionskinetiskt problem, och Joos prestationer som IPCC-författare dokumenterar hans brist på reaktionskinetiskt expertkunnande.”

Jag har ingen anledning att ifrågasätta Gösta Petterssons expertis vad gäller deskriptiv kemisk kinetik – och den kan bli nog så komplicerad, inte minst på det biokemiska området – men det han skriver här vittnar om en total brist på insikt om problemets fysikaliska komplexitet. Naturligtvis är kemi inblandat i processerna, men de kemiska förloppen är inte det som begränsar hastigheten. Det skulle man lätt kunna övertyga sig om genom enkla experiment, där koldioxid i luft skakas med en lämplig mängd havsvatten. Jämvikten skulle inställa sig ganska snabbt, säkerligen inom en timme. Det som begränsar hastigheten i naturen är givetvis transportprocesserna. Omblandningen i lufthavet kräver något år, omblandningen av havet kanske 1000 år. Det är den tidskalan som krävs för fullständig jämvikt.

Förloppet blir inte heller enkelt exponentiellt, utan ”flerfasigt” med GPs terminologi. I själva verket kan det inte beskrivas med hjälp av de hastighetsekvationer som erbjuds av den kemiska kinetiken inom GPs expertområde. Det är just precis de komplicerade strömningsprocesserna i havet som måste beaktas.

På SIs blogg har den oförtröttlige Thomas P gång på gång rekommenderat Gösta Pettersson att försöka publicera sina rön. Själv tycker jag att han bör avhålla sig från det. Det han publicerat på nätet och skrivit i bloggen räcker mer än väl.

Karin Bojs är förvirrad om koldioxiden

Karin Bojs skriver i Dagens Nyheter om koldioxidutsläppen:

Nyheten som kom i veckan från Internationella energirådet, IEA, är mycket glädjande. IEA har samlat statistik från hela världen, och enligt deras siffror går den ekonomiska tillväxten upp, medan människors utsläpp av koldioxid står stilla. Det är alltså möjligt att förbättra ekonomin utan att bränna av en massa kol och olja. 

...

Ekonomer har sina sätt att räkna på utsläppen. Kemister använder helt andra metoder – de mäter halten av koldioxid i själva luften. Den längsta tidsserien kommer från observatoriet Mauna Loa på Hawaii och kallas för Keelingkurvan efter den legendariske kemisten Charles David Keeling som startade mätningarna i slutet av 1950-talet.

Då låg det uppmätta koldioxidvärdet på 315 miljondelar.

I veckan rapporterade Mauna Loa värden på över 408 miljondelar koldioxid i luften.

... 

Man kan fråga sig varför det blir så stor skillnad när ekonomer mäter trenden för mänskliga utsläpp av koldioxid, och när kemister mäter hur det faktiskt ser ut i luften.

Bojs misstag är att blanda ihop utsläpp och vad som finns i luften. Det är inte är samma sak¹. Hon blandar ihop vad ekonomer kallar för flöden och stockar. Tänkt dig att du har ett bankkonto. Hur mycket pengar du har på bankkontot kallas för stocken. Du sätter in en summa varje månad, och du tar också ut en summa. Detta är flöden. Så länge du sätter in mera än du tar ut så kommer pengarna på kontot att öka.

Tänkt dig nu att du under ett antal månader sätter in en allt större summa varje månad. Summan du tar ut ökar också men inte lika mycket. Nettoflödet till kontot ökar alltså. Då kommer summan på kontot (stocken) att öka allt fortare. Det är så det har varit med våra koldioxidutsläpp fram till för några år sedan.

Tänk dig sedan att det följer ett par månader där dina insättningar och uttag inte ökar. Du sätter alltså in samma summa och tar ut samma (mindre) summa ett par månader i rad. Summan på ditt konto kommer fortfarande att öka men nu med jämn fart. Så länge nettoflödet är positivt kommer stocken att öka. Det är där vi befinner oss nu med koldioxidutsläppen.

För att få atmosfärens koldioxidhalt att stabiliseras måste vi kraftigt minska utsläppen tills vi inte släpper ut mer än vad som tas upp.

Jordens stockar och flöden av kol, bl a i form av koldioxid, är naturligtvis mer komplicerade än vad liknelsen med bankkontot ger sken av. Här är en illustration av jordens kolcykel från NASA. De svarta siffrorna är stockar, och de lila är flöden.  

¹Bojs är inte den enda som har gjort det här misstaget. Det är faktiskt ganska vanligt bland klimatförvillare (vilket Bojs inte är).

Uppdatering: Den här rättelsen kom upp under DN-artikeln samtidigt som jag skrev det här inlägget:

Rättelse 2017-03-20 16:14

Förtydligande: IEA:s rapport berör bara utsläpp av koldioxid från energisektorn. Även om utsläppen av växthusgaser ligger kvar på samma nivåer kommer mängden koldioxid i atmosfären att öka, eftersom koldioxid finns kvar mycket länge i atmosfären. För att nivåerna ska kunna gå ned måste vi minska våra utsläpp radikalt.

Gästinlägg av Christian Azar om bioenergi och koldioxidinfångning

I en artikel på DN Debatt den 20 oktober i år, undertecknad av Ulf Danielsson, Bengt Gustafsson, Pär Holmgren, Nina Kirchner, Hans Liljenström, Lars Rydén och Sverker Sörlin, och rubricerad Oansvarigt välja oprövad teknik för att rädda klimatet, diskuteras så kallad BECCS - bioenergi med koldioxidinfångning och lagring. Idén med BECCS är att förse samhället med förnybar energi samtidigt som koldioxid från atmosfären sugs upp och lagras i berggrunden - för att på så vis alltså uppnå negativa utsläppsnivåer. Artikelförfattarna varnar dock för BECCS, och menar att en övertro på tekniken gjort att vi gör allt för lite för att minska utsläppen idag.

Christian Azar, som är professor i fysisk resursteori på Chalmers, ger artikelförfattarna rätt i vissa avseenden, men fel i andra. Idag har vi glädjen att, här på Uppsalainitiativet, publicera hans svar till dem. Varsågoda!

/OH

* * *

Till Ulf Danielsson och medförfattare!

Jag läste er artikel i DN, och ni har naturligtvis rätt när det gäller flera saker.

1. Det görs alldeles för lite på global nivå för att minska utsläppen. Håller med, bra, viktigt!

2. Det finns en fara i förlita sig på framtida negativa emissioner via BECCS. Alltså, om vi gör mindre idag än vad vi borde med argumentet att BECCS ändå kommer fixa det åt oss i framtiden - ja då är vi helt fel ute. Vi ska därför inte ha en övertro på BECCS. Jag håller med!

Men att därifrån landa i att vi inte bör satsa på att utveckla BECCS tänker jag är att dra helt fel slutsats.

Det är ett faktum att väldigt mycket talar för att vi kommer släppa ut mer än vad som är möjligt om vi vill nå två gradersmålet. Ni skriver ju själva att 1,5-gradersmålet redan tycks vara kört. Men tänk om det visar sig att en temperaturuppgång på mer än 1,5 eller 2 grader är mycket allvarlig. Vad menar ni att vi borde göra då? Vore det då inte bra om vi hade utvecklat BECCS så att tekniken kunde göra det möjligt att minska temperaturen?

BECCS är en av få, ja kanske den enda metod som kan möjliggöra negativa emissioner i stor skala till en rimlig kostnad. Detta är viktigt eftersom negativa emissioner är (nästan) det enda sätt som kan möjliggöra att temperaturen minskar, vilket är nödvändigt om det visar sig att vi släpper ut för mycket de närmaste 30-50 åren. Notera att med solceller och vindel kan vi visserligen undvika utsläpp och ökande temperaturer - det är oerhört viktigt! Men sol och vind ger oss inga minskande temperaturer - för att uppnå det krävs negativa CO₂-emissioner, alltså BECCS eller liknande.¹

Min bedömning är att vi måste kunna hålla två tankar i huvudet samtidigt. Å ena sidan, satsa nu idag stort på att minska utsläppen så mycket som möjligt (alltså agera som om BECCS inte var en framtida möjlighet). Å ansra sidan, börja utveckla BECCS nu (genom forskning, demonstration och uppskalning så att lärande blir möjligt) så att tekniken kan tillämpas på stor skala om/när vi behöver den.

I beräkningar vi har gjort² kan en storskalig satsning på BECCS leda till att temperaturen sjunker med i runda slängar 0,5 grader per 100 år. Det är alltså viktigt - och här gör vi samma bedömning - att inse att BECCS inte kan ge en kraftig minskning på kort sikt av temperaturen. Man ska alltså inte ha några överdrivna förhoppningar kring vad som är möjligt. I vår artikel skriver vi att...

the potential rate of temperature decline is too slow to act as an 'emergency brake' on short timescales, if climate damage becomes unacceptable.

Men man ska inte heller underskatta värdet av att ha en teknik som kan ta ned temperaturen på sikt och suga upp koldioxid ur världshaven om de visar sig bli för sura med påverkan på koraller och annat liv. I en sådan värld är jag övertygad att också ni kommer tycka BECCS vore väldigt bra att ha, eller har jag fel? Poängen är alltså, utveckla BECCS, men låt oss inte slå oss till ro för det.

Avslutningsvis, tre kommentarer kring specifika formuleringar i er text:

• Ni antyder att det är föreställningar om BECCS som är orsaken till att vi gör för lite. Ni skriver att "...tilltro till sådana oprövade och spekulativa tekniker riskerar att leda till en utveckling mot 4 graders temperaturökning vid nästa sekelskifte" och (i samband med Parisavtalets målsättningar) "Det är inte märkligt att man i detta penibla läge förlitat sig på negativa utsläpp". Det är, menar jag, en helt orimlig analys. Att vi gör för lite beror ju huvudsakligen på att det finns för lite opinion för åtgärder bland politiker och befolkningen världen över och allt för stora och starka intressen som försvarar status quo och motarbetar koldioxidskatter.

• Ni kör ett argument av typen guilt by association: geoengineering i form av partiklar i atmosfären för att motverka inkommande solstrålar är ju verkligen att genomföra ett storskaligt riskabelt experiment ovanpå ett redan riskabelt experiment, som ni skriver. Men BECCS har inte alls de risker som andra "geoengineeringprojekt" har. Här handlar det ju om att ta tillbaka den koldioxid vi släppt ut.

• Ni säger att vi skulle behöva använda arealer för bioenergi lika stora som hela Indien. Det är naturligtvis väldigt mycket. Och jag delar er bedömning att vi bör vara försiktiga med att satsa på allt för mycket bioenergi eftersom det riskerar orsaka konflikt med matproduktion och tropiska skogar, och allt vad det kan innebära när det gäller förlust av biologisk mångfald. Men man ska också vara medveten om att i de modeller där BECCS studeras har man inte mer bioenergi än vad man har i scenarier utan BECCS. En fråga är alltså: givet en viss mängd bioenergi, är det då inte bättre att använda BECCS på dessa bioenergikällor än att bara släppa ut koldioxiden? En annan aspekt man bör vara medveten om är att dagens gräs- och betesmarker ligger på cirka 3000 Mha. Är det inte då rimligt att om vi hamnar i ett riktigt riktigt dåligt läge, satsar en yta motsvarande en tiondel av dagens betesmarker på BECCS för att åtminstone göra något för att minska temperaturen om den skjuter iväg för mycket?

Jag delar alltså er syn att vi bör göra mer för att minska utsläppen nu och att vi inte ska en övertro på vad BECCS kan åstadkomma. Men min slutsats blir ändå att vi bör satsa rejält på att utveckla BECCS idag så att vi i framtiden har möjligheten att minska den globala temperaturförhöjningen även om det inte kan ske så snabbt och så enkelt som en del kanske tror. Är inte det en rimlig slutsats?

Vänliga hälsningar

Christian

Fotnoter

1) Anledningen till detta är att utsläppen av koldioxid ger en närmast permanent temperaturuppgång (åtminstone i ett tusenårsperspektiv). Ett utsläpp av koldioxid påverkar temperaturen i grova drag som en stegfunktion. För att temperaturen ska minska krävs alltså att man suger upp koldioxid ur atmosfären. Vill man läsa mer om relationen mellan utsläpp, koldioxid och temperatur i ett långsiktigt perspektiv hänvisas t.ex. till min SvD-artikel från 2013.

2) Azar, C., Mattsson, N., Johansson., D.J.A., 2013. Meeting global temperature targets - the role of bioenergy with carbon capture and storage, Environmental Research Letters 8.

Gästinlägg: Att jämföra koldioxid och metan

Eftersom det finns fler växthusgaser än en, så behöver vi kunna göra relevanta jämförelser mellan utsläpp av olika sådana. Hur stort metanutsläpp orsakar lika mycket förhöjd växthuseffekt som en given mängd koldioxid? Frågan är mer komplicerad än man kanske först anar, och vi har idag glädjen att presentera ett gästinlägg om saken av Chalmersforskarna Christian Azar, David Bryngelsson, Daniel Johansson, Erik Sterner och Stefan Wirsenius. /O.H.

* * *

Att jämföra koldioxid och metan – varför GWP inte ger hela bilden

Metan är en betydligt starkare växthusgas än koldioxid. Men metans livslängd i atmosfären är betydligt kortare. Det gör att det är svårt att jämföra dessa gasers klimatpåverkan. Enligt det vanligaste måttet, Global Warming Potential (GWP) med en hundra års tidshorisont¹, är klimatpåverkan från ett utsläpp på ett kg metan 28 gånger större än motsvarande utsläpp av koldioxid². När man räknar om metan och andra utsläpp av växthusgaser till koldioxid på det här viset brukar man tala om ”koldioxidekvivalenta” utsläpp.

Men är de egentligen ekvivalenta? I den här korta texten kommer vi visa att de är ekvivalenta i ett avseende men inte i allmänhet. Detta får stor betydelse för hur man bör resonera kring hur mycket koldioxid och metan man kan släppa ut på lång sikt om man vill stabilisera klimatet. Vi kommer att se att utsläppen av koldioxid behöver minska till i princip noll, medan så inte är fallet för metan. I resten av texten förklarar vi varför.

I figuren nedan illustrerar vi hur mycket medeltemperaturen på jorden förändras om vi släpper ut 1 kg metan per år och 28 kg koldioxid per år under 500 år framöver. Vi har valt 28 kg koldioxid eftersom denna mängd koldioxid, som nämndes ovan, beräknas vara ekvivalent med 1 kg metan om man använder GWP-måttet för en hundraårsperiod.

Figur 1. Temperaturresponsen av konstanta metanutsläpp på 1 kg per år och 28 kg koldioxid per år.

Man ser omedelbart att temperaturpåverkan inte är densamma. Utsläppen är alltså inte ekvivalenta i allmänhet. Utsläppen av metan ger en relativt snabb temperaturuppgång men efter några decennier stannar temperaturuppgången av, och temperaturen (kommer till slut) stabiliseras på en förhöjd nivå.

För koldioxid däremot får vi en närmast konstant temperaturökning. Efter drygt 100 år är temperaturuppgången ungefär lika hög som den för metan. I detta avseende har man alltså en ungefär likvärdig klimatpåverkan mellan 28 kg koldioxid och 1 kg metan.³

Men efter att de första hundra åren har passerat fortsätter temperaturen att öka för koldioxid. Konstanta koldioxidutsläpp leder alltså till att temperaturen fortsätter att öka under hela perioden - och därefter! Dessutom sker temperaturökningen i en närmast konstant takt (vilket framgår av figuren).

Den observante läsaren kan nu dra följande slutsats: för varje ton koldioxid vi släpper ut så stiger temperaturen lite grann. Vill vi att temperaturen ska sluta stiga, så måste utsläppen av koldioxid sjunka till i stort sett noll.⁴

För metanutsläpp, däremot, kan vi ligga kvar på konstanta utsläpp utan att temperaturen ökar ytterligare när jämvikt väl uppnåtts (att det tar lång tid och går sakta efter cirka 100 år beror på att det tar lång tid att värma upp världshaven, se figuren).

Dynamiken i temperaturpåverkan från konstanta utsläpp av metan och koldioxid är alltså helt olika. Det är här en viktig skillnad som ej syns i GWP-måttet (när man valt en viss tidshorisont).

Att det blir sådan skillnad för koldioxid och metan beror på att metan har en kort livslängd (cirka 10 år) i atmosfären medan koldioxid har en livstid i atmosfären som är mer komplicerad. Den kan inte sammanfattas med ett enskilt värde, men en betydande andel (cirka 40%) stannar i atmosfären i hundra år, och cirka 20% procent finns kvar efter tusentals år.⁵

En del tänker att skillnaden i dessa gasers uppehållstid i atmosfären innebär att man inte behöver ta metan på så stort allvar. Så är inte fallet. Koldioxid utgör visserligen den stora utmaningen, och en omställning av energisystemet är helt avgörande för att vi ska klara av klimatmålen. Men, metan är fortfarande viktigt. Om vi håller de globala metanutsläppen konstanta på dagens nivå kommer de på sikt (när jämvikt uppnåtts) leda till en temperaturuppgång på cirka 0,8 grader⁶. Detta innebär att en minskning av metanutsläppen är i stort sett nödvändigt om vi ska nå 2-gradersmålet.

Poängen med den här artikeln är alltså inte att man ska avveckla GWP som metod för att jämföra växthusgaser utan snarare att man ska förstå att GWP-perspektivet (med hundraårs tidshorisont) behöver kompletteras med det mer långsiktiga perspektivet, och att båda dessa perspektiv behövs när man resonerar om en långsiktig stabilisering av klimatet på en önskad nivå. Exempelvis innebär de här vidgade perspektiven alltså att det långsiktiga målet för utsläpp av växthusgaser inte behöver vara noll. Vi behöver snarare ha ett mål för koldioxid som är noll (eller nära noll) och ett mål för metan som innebär konstanta men inte för stora utsläpp. Det räcker för att på sikt stabilisera temperaturen⁷. Den insikten kan man inte få om man bara resonerar i GWP-termer när man gör avvägningar mellan olika växthusgaser.

Christian Azar, professor

David Bryngelsson, teknologie doktor

Daniel Johansson, docent

Erik Sterner, doktorand

Stefan Wirsenius, docent

Alla verksamma vid avdelningen för fysisk resursteori, Chalmers.

Fotnoter

1) Enligt den metoden summerar man den uppvärmande effekten för ett utsläpp av t.ex. ett kg metan, år för år, hundra år framöver, där man också beaktar att metanet successivt bryts ned i atmosfären. Man gör därefter motsvarande beräkning för koldioxid, och beräknar sedan klimatpåverkan från metan relativt koldioxid genom att dela den sammanlagda uppvärmande effekten från metan med den från koldioxid.

2) Betraktar man även feedbackmekanismer på kolcykel (från temperaturökningen från metanutsläppen) uppskattas GWP-måttet för metan (100 år) till cirka 34. Det kan även vara intressant att notera att molekyl för molekyl i atmosfären (när man ej beaktar att de har olika livslängd) är metan cirka 26 gånger starkare än koldioxid, kg för kg så handlar det om cirka 70 gånger större effekt. Metan påverkar dessutom koncentrationen av vattenånga och ozon i atmosfären vilket ger ett ytterligare bidrag på cirka 40%. Totalt sett får vi alltså närmare 100 gånger större påverkan per kg metan än kg koldioxid (per adderat kg till atmosfären). Att GWP-värdet inte blir cirka 100 beror på att metan har en kortare uppehållstid i atmosfären.

3) Det finns flera sätt att jämföra växthusgaser. GWP är ett sätt, ett annat är att ta beräkna temperaturpåverkan av ett konstant utsläpp av metan och dela den temperaturökningen med temperaturpåverkan från ett konstant utsläpp av koldioxid (1 kg per år av varje gas). Det här måttet kallas ibland för Sustained Global Temperature change Potential (SGTP). Det visar sig dock att GWP och SGTP, som på ytan kan te sig olika, är mycket nära besläktade. Detta visas formellt i Azar & Johansson (2012) och det är därför 28 kg koldioxid per år ger ungefär samma temperaturpåverkan som 1 kg metan per år efter 100 år. Azar, C., & Johansson, D.J.A., 2012. On the relationship between metrics to compare greenhouse gases – the case of IGTP, GWP and SGTP, Earth Syst. Dynam. 3, 139-147.

4) Den intresserade läsaren kan läsa mer om det här i exempelvis Matthews, H.D. and Calderia, K. 2008. Stabilizing climate requires near-zero emissions, Geophysical Research Letters 35 (4), DOI: 10.1029/2007GL032388; samt i Azar m fl (2013) där vi (också) visar hur negativa emissioner av koldioxid leder till sjunkande temperaturer i atmosfären: Azar, C., Mattsson, N., Johansson., D.J.A., 2013. Meeting global temperature targets - the role of bioenergy with carbon capture and storage. Environmental Research Letters 8.

5) De exakta andelarna beror på hur stora de totala utsläppen varit hittills. Ju mer vi släppt ut, desto högre andel kommer stanna. Se t ex Caldeira & Kastings, 1993. Insensitivity of global warming potentials to carbon dioxide emission scenarios. Nature 366. Se även Azar, C., 2013. Klimatpåverkan finns kvar i tusentals år. Svenska Dagbladet, 24/9.

6) IPCC uppskattar påverkan på strålningsbalansen (radiative forcing) från våra metanutsläpp till 0,97 W/m², se figur 8.17 i IPCC AR5, WG 1. Antar vi en klimatkänslighet på tre grader per koldioxidfördubbling (som motsvarar 0,8 K/(W/m²)) får vi alltså en temperaturpåverkan i jämvikt på cirka 0,8 grader.

7) Påståendet gäller givet att klimatpåverkan från andra gaser inte ökar.

Mer trams från "Klimatsans", samt ett brev till amerikanska kongressen

Klimatförvillarnätverket "Klimatsans" med Sture Åström i spetsen har fått en insändare publicerad i Gefle Dagblad. Den ska föreställa ett svar till en tidigare insändare av Pontus Björkman som handlar om att klimathotet är viktigt för att utforma handelsavtal. Klimatsans skriver bl a:

Pontus Björkman skräms med osanna och grundlösa påståenden. I bristande seriositet refererar han till nya temperaturrekord "nästan varje månad". Men för data om klimatet gäller perioder om decennier och sekler.

Att vi nyligen har haft ett antal månadsvisa globala temperaturrekord är faktiskt helt korrekt. Detta betyder i och för sig inte mycket om man inte ser det i ett större sammanhang, men det större sammanhanget är en tydlig uppvärmning under de senaste 100 åren.

Om det är någon som står för bristande seriositet här så är det alltså "Klimatsans".

Men det blir värre. Mycket värre. "Klimatsans" skriver också:

För koldioxidens verkan på klimatet talar inga fakta, bara gissningar, som kallas hypoteser, datorsimuleringar eller klimatmodeller. På dem bygger myten om klimathotet.

 Vi har skrivit om bevisen för koldioxidens klimatpåverkan bl a här. Den här filmen från det inlägget visar hur koldioxidhalten samvarierar med nedåtgående infraröd strålning i koldioxidens absorptionsband.

Det här är alltså direkta observationer av koldioxidens växthuseffekt, inte några gissningar. Storleken på de observerade förändringarna stämmer dessutom överens med vad som teoretiskt förväntas.

Det är alltså "Klimatsans" som kommer med osanna och grundlösa påståenden. Varför gör de detta? Är de så totalt okunniga om klimatet? Det här är trots allt ett nätverk med ett par år på nacken, som har varit aktiva med att skriva både insändare och anmälningar. Man kunde hoppas att de under denna tid i någon mån hade försökt sätta sig in i klimatvetenskapens grunder.

Eller argumenterar de mot bättre vetande? Med andra ord: blåljuger de? Min erarenhet är att de flesta klimatförvillare tyvärr anser det vara helt acceptabelt att ljuga för att knipa poäng i en debatt.  Även de som inte själva ljuger rakt ut brukar stötta dem som gör det.

Konspirationsteoretiserande är en grundbult i klimatförvillarnas tänkande. Kanske tror de att alla bevis (evidens) för koldioxidens inverkan på klimatet är förfalskade? Det måste i så fall vara en väldigt omfattande konspiration som inkluderar forskare, institutioner, tidskrifter, finansiärer och regeringar över hela världen, och som har pågått sedan andra halvan av 1800-talet.

Eller kan det vara så att de inte klarar av att se det här som en fråga om vetenskap och fakta? Kanske de ser koldioxidens klimatpåverkan som en fråga om åsikter och ideologi, som en ståndpunkt som krockar med deras identitet och grupptillhörighet? Kanske tror de att  koldioxidens klimatpåverkan är ett påhitt av kommunister, trädkramare och andra grupper som de själva föraktar?

Min personliga uppfattning är att samtliga förklaringar nog stämmer i olika utsträckning och för olika individer. Hur som helst så förtjänar "Klimatsans" inte att tas på allvar. Det är tråkigt att vissa tidningar inte har bättre kvalitetskontroll på sina insändarsidor. Som man brukar säga: alla har rätt till sina egna åsikter, men inte till sina egna fakta.

Uppdatering: Maths Nilsson bemöter "Klimatsans".


Men nu räcker det om "Klimatsans". Tidigare i veckan så skickade 31 amerikanska vetenskapliga samfund ett brev till amerikanska kongressen. Där skrev de bl a (min översättning):

Observationer världen över visar tydligt att klimatet förändras och noggrann vetenskaplig forskning leder till slutsatsen att den främsta orsaken är växthusgasutsläpp från mänskliga aktiviteter. Denna slutsats bygger på flera oberoende bevistrådar och en omfattande mängd granskad vetenskap.

Man får bara hoppas att kongressen väljer att lyssna.

Harmagedon för 252 miljoner år sedan

Det var varken Al Gore eller James Hansen som först fick mig att uppmärksamma klimathotet: det var paleontologen Michael Benton och hans andlöst spännande bok When life nearly died: the greatest mass extinction of all time. Boken handlar om massutdöendet vid slutet av Perm-perioden för c:a  252 miljoner år sedan, när 96% av alla marina arter och 70% av alla landlevande arter dog ut. Lyckligtvis klarade sig den art av däggdjursliknande reptil som ledde fram till däggdjuren. Där finns en del kusliga paralleller med de nu pågående klimatförändringarna: koldioxid spelade en viktig roll. Jag hittade nyligen den här videon från Discovery Channel som handlar om utdöendet och dess orsaker, och där Michael Benton medverkar.

Dokumentären ger naturligtvis en något förenklad bild av forskningsläget. Teorin att utdöendet utlöstes av enorm vulkanisk aktivitet i Sibirien (vilket hävdas i dokumentären) har dock starkt stöd av nya forskningsresultat. Denna vulkaniska aktivitet pågick sannolikt under 100,000-tals år, och den totala volymen magma som släpptes ut beräknas ha räckt till för att täcka en yta så stor som USA med ett kilometer-tjockt magmatäcke. Detta ledde till en global ekologisk förödelse som närmast för tankarna till  Cormac McCarthys roman The Road.

Hur vet vi att våra koldioxidutsläpp har orsakat en global uppvärmning?

Den här kurvan (från NASA) torde vara bekant för våra läsare. Den visar hur den globala genomsnittliga temperaturen vid mark- och havsytan har ändrats sedan 1880.

Den här kurvan (från NOAA)  är kanske också bekant. Den visar hur den totala värmemängden i haven har ökat ned till 700 m djup sedan 1955. Även ned till 2000 m kan man se en ökning. Ökningen är dock störts närmast havsytan.

Det går faktiskt ner mycket mer värme i haven än vad som stannar i atmosfären.

Vad beror denna uppvärmning på?  Den kan knappast bero på intern variabilitet, dvs att värme flyttas omkring inom och mellan atmosfär och hav. Den El Nino som har drivit upp temperaturen det senaste året är ett exempel på intern variabilitet där varmt vatten tillfälligt ligger kvar vid havsytan, men dess påverkan rör sig om något år. El Nino och liknande fenomen kan inte förklara varför atmosfären och haven blir varmare samtidigt.

Så det måste vara något annat. Det finns många faktorer som påverkar klimatet. Så här ser t ex det ut om vi tar ett längre tidsperspektiv (PAGES 2k). Det har gått upp och ned, men mest ned p g a ändringar i jordaxelns lutning och i jordbanan. Variationer i vulkanisk aktivitet och solinstrålning har också påverkat, liksom intern variabilitet.

Men någon gång under 1800- och 1900-talen händer något som bryter mönstret, och vi får plötsligt en snabb uppvärmning!

Den viktigaste drivkraften bakom denna uppvärmning är tillförseln av koldioxid (CO₂) och andra växthusgaser till atmosfären.  Så här har atmosfärens koldioxidhalt ökat sedan slutet av 1950-talet då man började med systematiska mätningar (NOAA).

Vi vet att denna ökning av koldioxidhalten  beror på mänskliga aktiviteter, och då främst förbrukning av fossila bränslen. Våra CO₂-utsläpp är så stora att de räcker gott och väl till att både höja halten i atmosfären och i haven (där CO₂ blir till kolsyra) och tas upp av biosfären.

Att koldioxid är en växthusgas som absorberar infraröd strålning som är på väg att lämna jordytan och skickar tillbaka en del av den har varit känt sedan 1859, så den teorin är årsbarn med evolutionsteorin. Den är också jämngammal med genetiken och teorin för elektriska och magnetiska fält. För att förklara hur växthuseffekten fungerar på molekylnivå krävdes dock kvantmekaniken. Här är en pedagogisk TED-video som förklarar detta på en väldigt grundläggande nivå:

När både koldioxidhalten i atmosfären och temperaturen går upp så är detta alltså ingenting som har förvånat vetenskapssamfundet. Det som händer är precis vad man kan förvänta sig. Det enda som har varit en överraskning är att så mycket CO₂ stannar kvar i atmosfären.  Fram till 1950-talet trodde man nämligen att haven skulle absorbera koldioxidtillskottet. Då upptäcktes att havsvattnets kemi gjorde att mycket av koldioxiden som tas upp av haven snart återvänder till atmosfären.

Idag har vi nya högteknologiska metoder för att studera effekterna av koldioxid, och de bekräftar vad vi redan visste . Så sent som förra året lyckades t ex forskare från Berkeley mäta inkommande infraröd strålning vid två platser i Alaska och Oklahoma, extrahera de delar som borde absorberas av koldioxid, och matcha detta mot uppmätta koldioxidhalter. Resultatet kan ses i den här video: koldioxidens effekt på strålningsbalansen är väldigt tydlig.




Observationer av koldioxidens inverkan på strålningsbalansen har tidigare också gjorts med satelliter, bl a av forskare från Imperial College.

Ett mönster som är typisk för koldioxid och andra växthusgaser är att de har en värmande effekt på atmosfären närmast jordytan (troposfären), men i stället en avkylande effekt högre upp (stratosfären och mesosfären, se också här). Detta kan observeras med hjälps av satelliter. Här är tre temperaturkurvor från Remote Sensing Systems (RSS), baserade på satellitmätningar.

Lägre troposfären

Lägre stratosfären

Övre stratosfären

 När vi går från troposfär till stratosfär så övergår uppvärmningen till en avkylning, och högre upp blir avkylingen ännu tydligare. Kurvan för lägre stratosfären visar visserligen inte bara effekten av mer växthusgaser som CO₂, utan även minskningen* av ozon (O₃) som värms av inkommande ultraviolett strålning. De två tillfälliga topparna är orsakade av vulkanutbrott, som släpper ut partiklar som värms upp av solinstrålningen. För övre stratosfären så är det dock bara växthusgaser som ligger bakom avkylningen. Det här mönstret utgör ett tydligt "fingeravtryck" för att det är växthusgaser som har påverkat temperaturen. Om det i stället hade varit t ex ökad solinstrålning som låg bakom uppvärmningen så borde både troposfären och stratosfären har värmts upp.

Men på tal om solinstrålningen, så är det viktigt att inte stirra sig blind på växthusgaser. Hur kan andra faktorer såsom solinstrålning, vulkaner samt ändringar i jordaxelns lutning och jordbanan ha påverkat temperaturen? Kan dessa ligga bakom en betydande del av uppvärmningen? Det är naturligtvis en fråga som har intresserat klimatforskarna. För den som är intresserad av frågan så gjorde nyligen forskare från NASA en grafisk sammanställning för Bloomberg som väldigt pedagogisk - klicka gärna på länken för att se mer.  Så här ser det ut för naturliga faktorer (vulkaner, solinstrålning, jordaxel och bana - grön kurva) jämfört med observerade temperaturer (svart kurva):

Hade det bara varit för naturliga faktorer så skulle globala temperaturen sedan 1880 bara ha ändrats med någon tiondels grad (uppåt eller nedåt). Det  är bara i slutet av 1800-talet och början av 1900-talet som vi möjligen urskilja ett värmande bidrag (om än blygsamt) från naturliga faktorer.

Så här ser det ut för antropogena faktorer (växthusgaser inlusive CO2, markanvändning, ozon, aerosoler från utsläpp - blå kurva):

De antropogena faktorerna  har alltså dominerat under perioden 1880-2005.

 För den som vill gräva djupare i frågan om hur man kan göra skattningar av olika faktorers påverkan så finns ett helt kapitel i IPCCs senaste rapport att tillgå (stor PDF-fil). Här tittar man på mer än bara globala medeltemperaturen. "Fingeravtryck" för olika faktorer som den avkylning av stratosfären som vi diskuterade här ovan är viktiga för att bena ut de olika faktorernas bidrag.

Vår förståelse av växthuseffekten och av koldioxidens bidrag till den globala uppvärmningen vilar på en solid fysikaliskt grund och har bekräftats av observationer på olika sätt.  Det är helt enkelt en väldigt väl underbyggd förklaring till uppvärmningen. Andra faktorer spelar också in, men förutom den avkylande effekten av aerosoler så har dessa sannolikt inte varit så viktiga under det senaste seklet som helhet. Och även om någon ny överraskande kandidat (som kosmisk strålning) skulle dyka upp så negerar inte det vad vi vet om effekten av koldioxiden. Koldioxiden är och kommer att förbli en nödvändig del av varje vetenskaplig förklaring till den globala uppvärmningen.

*Minskningen av ozon är också skapad av mänskliga aktiviteter, närmare bestämt utsläpp av freoner och andra gaser som bryter ned ozon.

Medierna i P1 granskar hur det kom sig att myten om en stundande liten istid spred sig i svenska media

Vi har tidigare rapporterat om hur myten om en stundande liten istid eller mini-istid spred sig i svenska media. Vi samlade då också in en rad länkar som dokumenterade varför detta påstående var fel. Nu har även medierna i P1 granskat saken och även talat med några av de berörda parterna.

Ni kan höra inslaget här.

The conversation har för övrigt också en "ny" artikel om ämnet.

En av de som intervjuas i inslaget är Johan Rockström som påpekar att  p g a tillskottet av växthusgaser i atmosfären kommer det knappast att bli lika kallt som under "lilla istiden" för ett par hundra år sedan.  Men Rockström nämner också att det finns forskare som tror eller visat att vi kanske aldrig mer kommer gå in i en längre istid (alltså en riktig glacial). Personligen gillar jag inte detta uttryck och tycker att även om det i media är svårt att nyansera så borde det ha nyanserats lite mer.


"IceAgeEarth" by Ittiz - Own work. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons.

Om vi kommer gå in i framtida istider beror på en rad saker som till exempel hur mycket koldioxid vi människor kommer att släppa ut och om vi börjar suga ut koldioxid ur atmosfären. Men också annat, jag har svårt att tro att vi inte skulle ta till någon form av geoengineering för att slippa en istid ifall vi människor finns kvar på jorden i ett hyfsat skick. I vilket fall så har detta spekulerats i av andra och jag vet inte precis vilken forskning som Rockström tänker på men bland andra David Archer har räknat på vad ett utsläpp av 5000 Gton C skulle innebära för när en framtida istid kan inträffa. Archer kommer fram till att den kanske skulle inträffa först om ca 500 000 år givet en rad andra parametrar. Det finns också annan forskning som påpekar att de koldioxidutsläpp vi nu släpper ut påverkar när kommande istid stundar så detta är inte kontroversiellt men att använda ordet 'aldrig' i sammanhanget är mig veterligen inte korrekt. Rockström sa också något liknande i sitt program i sommar i P1. Någon som vet ifall jag missat någon forskning som Rockström kan luta sig mot?

Bayesiansk uppskattning av klimatkänsligheten

En av de viktigaste storheterna när det gäller att bedöma storleken på kommande klimatförändringar är den så kallade klimatkänsligheten - den ökning i global jämviktsmedeltemperatur som en fördubbling av atmosfärens CO₂-halt svarar mot. Osäkerheten vad gäller dess värde är emellertid stor. IPCC:s AR4-rapport, som kom 2007, angav ett trolighetsintervall om 2°C till 4,5°C, vilket, till följd av ett antal forskningsrapporter som pekade mot att klimatkänsligheten skulle kunna vara något lägre, breddades till intervallet 1,5°C till 4,5°C i deras AR5-rapport från 2014.

Det finns en rad olika sätt att uppskatta klimatkänsligheten, baserat på många olika slags data på olika tidsskalor. Som jag framhöll i ett blogginlägg för ett par år sedan så är det viktigt att inte snöa in sig på enbart en eller ett par studier; istället bör man försöka se till den vetenskapliga helhet som bildas av de många studier som gjorts på området.¹ Jag har nu glädjen att berätta att jag själv varit med på ett hörn i arbetet med att uppskatta klimatkänsligheten, genom min medverkan i den nya studien Equilibrium climate sensitivity in light of observations over the warming hiatus av Daniel Johansson, Brian O’Neill, Claudia Tebaldi och yours truly, publicerad häromdagen i tidskriften Nature Climate Change. Här använder vi oss av så kallad bayesiansk statistik² för att få fram en uppskattning baserad på instrumentdata, mestadels från 1900-talet och framåt. Våra resultat är inte alls särskilt sensationella: 90% av sannolikhetsmassan i vår a posteriorifördelning för klimatkänsligheten landar i intervallet 2°C till 3,2°C, vilket ligger klart inom ramen för IPCC:s sammanfattande bedömningar. Vi har också tittat närmare på hur uppskattningen varierar beroende på vilket slutdatum man sätter för instrumentdata, för att på så vis försöka förstå vad den inbromsning i uppvärmningstakt som under och åren kring 00-talet kunnat skönjas har för effekt på klimatkänslighetsuppskattningen. Vi finner en viss men ganska liten sådan effekt, men vår studie pekar mot att den observerade inbromsningen har mer att göra med klimatsystemets interna variabilitet (manifesterad i bland annat väderfenomenet El Niño) än med att klimatkänsligheten skulle vara lägre än man tidigare trott.

Se även Chalmers färska nyhetsmeddelande om saken: Studie från Chalmers bekräftar värde för klimatkänslighet.

Fotnoter

1) Vilket är precis vad IPCC gör när de bildar sina trolighetsintervall.

2) Möjligen kan detta att jag arbetar med bayesianska metoder förvåna en och annan läsare som tagit del av mitt försvar på senare tid av frekventistiska begrepp som p-värde och statistisk signifikans. Jag kallades nyligen "NHST-statistiker" (där NHST står för null hypothesis significance testing) av en tjomme som förstår väldigt lite av statistikens teori och praktik men har desto högljuddare åsikter, men den beteckningen är ett missförstånd: jag har en pragmatisk inställning till statistikens olika metoder, och bekänner mig inte till någon särskild ideologi rörande vilka som går an att använda (annat än att de bör vara korrekta), utan inser att statistiska problem är av många olika slag och därför kräver delvis olika statistiska verktygslådor.

Direkt observation av ökande växthuseffekt

 Den här videon visar halten koldioxid i atmosfären (CO₂, blått, skala i miljondelar till höger) och termisk infraröd energi från atmosfären (forcing, rött, skala i W/m² till vänster). Mätningarna är gjorda i Oklahoma (första halvan av videon) och Alaska (andra halvan) och spänner över 11 år. Det är forskare från bl a Lawrence Berkeley National Laboratory i Kalifornien som har använt väldigt precisa spektroskopiska instrument för att direkt mäta termisk infraröd energi från atmosfären och plocka fram koldioxidens spektrala signatur från denna. Koldioxidhalten och den inkommande energin följs väl åt. De årsvisa svängningarna beror bl a på att växter tar upp koldioxid från luften under våren, och  avger det på hösten. Den långsiktiga uppgången beror främst på koldioxidutsläpp från användning av fossila bränslen.

Så här ser mätstationen i Alaska (nära staden Barrow) ut.

Bild: Jonathan Gero

Roger Revelle 1980 om koldioxidproblemet

En av 1900-talets största klimatforskare i en föreläsning från 1980 om vad som var känt och inte känt om koldioxid och klimatförändring:
The Role Of The Oceans: Roger Revelle (Part One) from Climate Science TV on Vimeo.

400 ppm

Den sista april uppmättes dygnsmedlevärdet 402.44 ppm koldioxid vid Mauna Loa. Det avslutade den första hela månaden i mänsklighetens historia med över 400 ppm.

Förra året nåddes drygt 400 ppm under en period i maj. Maj är den månad som vanligen har den högsta koldioxidkoncentrationen. Koncentrationen sjunker sedan under sommaren och början av hösten när växtligheten på norra halvklotet tar upp koldioxid under växtsäsongen. Under vintern och våren stiger sedan koldioxidnivån igen. Medan denna "andning" pågår höjer våra utsläpp nivån med ca 2 ppm per år.

Nästa år kommer 400 ppm-gränsen att nås i februari-mars och troligen blir 2015 årsmedel över 400 ppm. Om inget exceptionellt händer kommer i alla fall 2016 årsmedel att överstiga 400 ppm.

När var koldioxidnivån senast 400 ppm?

Från iskärnor vet vi att koldioxidnivån inte har varit i närheten av 400 ppm de senaste 800 000 åren. Tidigare än så ökar osäkerheten i rekonstruktionerna. Möjligen var nivån kring dagens under Pliocene för 5,3 till 2,6 miljoner år sedan men för att med säkerhet finna nivåer som dagens eller där över behöver vi gå bakåt ytterligare ungefär 20 miljoner år till Oligocen. (Past and Future CO2,  Pearson 2013)

Projektet Descent Into the Icehouse har ett diagram som sätter de pågående utsläppen i ett geologiskt perspektiv, här med en linje för dagens koldioxidnivå markerad:

 Den horisontella skalan trycker logaritmiskt ihop de senaste 450 miljoner åren av jordens historia. Den vertikala skalan visar summan av påverkan (eng. forcing) från atmosfärens koldioxid och Solens intensitet. På dessa långa tidsskalor behöver hänsyn tas till att Solen långsamt blir hetare när vätet i kärnan förbrukas.

Längst till höger syns fyra scenarier för framtida koldioxidhalt från IPCC AR5.

Det som pågår nu är stort även ur ett geologiskt perspektiv.

Illustrerad Vetenskap går ned sig i förvillarträsket

I det senaste numret (3) av den populärvetenskapliga tidskriften Illustrerad Vetenskap gör man en rejäl dikeskörning när man sätter upp en "duell" om klimatförändringarna. Bl a ställer man James Hansen mot Ole Humlum i frågan om mänskliga utsläpp av växthusgaser har orsakat uppvärmningen. Så här skriver man om Humlums ståndpunkt:

För bara 20 000 år sedan var både Nordeuropa och Nordamerika täckta av is och temperaturen låg kring 5 grader lägre än i dag. Jordens klimat har på både den långa och den korta tidsskalan alltid uppvisat stora variationer - helt av sig självt. Därför är de klimatförändringar vi ser naturliga och inte primärt skapade av människan. Den synpunkten delas av bland andra den kontroversielle geologen Ole Humlum, som är författare till "Det ustyrlige klima":
"Jag avvisar inte att människan påverkar klimatet, men de naturliga variationerna är viktigare än de av människan framkallade.", har Ole Humlum sagt. Han har analyserat iskärnor från Antarktis, vilka enligt honom visar att stora klimatförändringar utlöses av förändringar av jordbanan och rotationsaxeln.
Cykeln börjar med att solens strålning blir starkare och temperaturen stiger. Några hundra år senare följer så en ökning av CO2, som av värmen frigörs från havet. Mer CO2 i atmosfären resulterar i ännu mer uppvärmning, som i sin tur ökar  mängden CO2 till nästa klimatomsvängning. Temperaturen driver alltså enligt Humlums hypotes mängden CO2 och inte tvärt om.

Det där är väl en hyfsad beskrivning av vad som sker i övergångarna mellan istider och värmeperioder, men det håller inte som en förklaring till den nuvarande uppvärmningen. Jordens bana och rotationsaxel förändras endast mycket långsamt, och dessutom så släpper vi människor för närvarande ut stora mängder koldioxid i atmosfären när vi använder fossila bränslen.

Vi har tidigare skrivit om Humlums felaktiga hypotes att den nuvarande CO2-ökningen är orsakad av temperaturökningen. Den har också debunkats i den vetenskapliga litteraturen (Richardson, Masters och Benestad). I korthet så finns det en viss överensstämmelse mellan CO2-ökningshastigheten och kortsiktiga temperaturvariationer, men Humlum drar sedan den felaktiga slutsatsen att då måste också den långsiktiga ökningen bero på temperaturen. De mänskliga CO2-utsläppen räcker dessutom väl till för att förklara den långsiktiga ökningen.

Humlums hypotes saknar alltså helt vetenskapligt värde, och Illustrerad Vetenskap gör sina läsare en stor otjänst när de beskriver den som vetenskapligt likvärdig den etablerade teorin att våra CO2-utsläpp är den viktigaste orsaken till uppvärmningen.  Illustrerad Vetenskap ville väl ha ett för-emot-upplägg för att skapa en underhållande artikel, men här har de valt en fråga där det inte finns någon riktig vetenskaplig kontrovers. Därför har de istället råkat skapa en riktigt dålig artikel. 

Rädda Keelingkurvan

Sedan 1958 har koldioxidnivån mätts på Mauna Loa. Den längsta kontinuerliga mätningen av atmosfärens koldioxidnivån i världen. Sedan 1990 har även syrenivån mätts. Båda mätserierna av stor betydelse för vår förståelse av atmosfären och förändringarna som pågår. Tyvärr är båda mätserierna nu hotade med nedläggning på grund av brist på anslag. Ralph Keeling skriver om behovet av stöd:

Friends,

I am writing as the director of the Scripps CO2 and O2 programs, which keep track of how these vital gases are changing in the atmosphere over time.  The CO2 measurements include the iconic Mauna Loa record, now commonly known as the “Keeling Curve”, which was started by my father in the late 1950s.


The O2 measurements, carried out on samples from Mauna Loa and many other stations, also provide critical information about how the planet is changing.  The measurements show that the world’s O2 supply is slowly decreasing, and have helped prove that the CO2 increase is caused by fossil fuel burning, but offset by natural sinks of CO2 in the land and oceans.

The need to continue these measurements has not diminished. The planet is undergoing dramatic changes, unprecedented for millions of years.  This past year, our group reported that CO2 topped 400 parts per million at Mauna Loa for the first time. We also reported a shockingly large and unexpected increase in the seasonal swings in CO2 between summer and winter at high latitudes in the Northern Hemisphere.  The boreal forests are evidently behaving very differently than 50 years ago.  Meanwhile, the oceans are acidifying, ice is melting, sea level is rising, the frequency of extreme storms seems to be increasing.  Scientists from around the world are scrambling to figure out what is going on and what the future holds, as CO2 continues to rise.  Others are working on ideas for adapting to these changes or mitigating their impacts on society.  While we urgently need solutions to cope with these challenges, we also can’t afford to take our eyes off the planet.

The Scripps CO2 and O2 measurements now face severe funding challenges.  The situation is most urgent for the O2 measurements.  These measurements have been supported for decades through proposals submitted every few years to the federal agencies.  The value of these measurements is not questioned, but federal funding for these programs has never been so tenuous.  This is the basis for this unusual appeal to the public at large.

So why is adequate federal support not available?   You might think that funding cutbacks are the main problem.  Actually, there are other factors that are probably more important.

One is that measurements with global scope tend to fall between the cracks of the different federal agencies. Our measurements provide insight into land and ocean processes, and into changes in the Arctic, Antarctic, tropics, and temperate latitudes.  Ironically, it’s less challenging at present to support smaller-scale observations, such as of a forest, coral reef, or city, than to support observations with holistic planetary importance.  In reality, of course, we need both kinds of measurements.

Another reason is that long-term observations of the environment continue to be viewed as outside the scope of normal scientific research.  After 20 or 30 years of proposals, the science agencies take the view that continued support ought to be someone else’s concern.   While the measurements gain importance with time, their longevity actually makes them harder, not easier, to support.

I have struggled throughout my career to cope with these challenges, and I will continue the struggle.

The quest for continued federal support will not end.

For now, I ask for your support so that we can keep up these activities and sustain our watch on the planet in this time of unprecedented global change.

Sincerely,

Ralph F. Keeling

Du som vill donera kan göra det direkt via denna länk 

CO2-halter över jorden

Japan Meteorological Agency (JMA) har en fin sida där man kan se CO₂-halter över hela jorden. Den bygger på data intrapporterade till World Data Centre for Greenhouse Gases, som drivs av JMA. Bilden ovan visar årsgenomsnitt för 2011. De högsta koncentrationerna finns i Europa, Östasien, och östra Nordamerika, vilka också är de mest industrialiserade områdena.

Mänsklig inverkan på globala kolcykeln

Ännu ett gästinlägg av Mats Almgren, Professor Emeritus i fysikalisk kemi vid Uppsala universitet.

Fortfarande kan man se ”skeptiker ” hävda att de antropogena utsläppen av koldioxid är så små jämfört med de naturliga flödena av kol mellan atmosfär och biosfär eller hav att de lätt balanseras av små justeringar och variationer i de naturliga flödena. Somliga menar att den obestridliga ökningen av koldioxidhalten i atmosfären skulle bero på utgasning från haven allteftersom de blivit varmare (genom naturliga variationer, givetvis).

Det är väl känt att de naturliga flödena är stora, om än osäkert uppskattade. Utan mänsklig påverkan skulle flödena mellan atmosfär och hav vara ungefär 90 PgC/år (petagram kol/år) i båda riktningar, och mellan atmosfär och landbunden biosfär kring 120 PgC/år. Utsläppen från fossila bränslen och cementtillverkning är ungefär 8 PgC/år. Frågan är då om naturliga ändringar i de stora utbytesflödena kan ge en så stor nettoeffekt.

Uppskattningar av nettoändringar i dessa flöden redovisas i IPCC rapporter. I den senaste, AR5 ägnas kapitel 6 (PDF-fil) åt kolcykeln. Här återges ett utdrag ur tabell 6.1. 

De två första posterna är välbestämda. Vi vet hur koldioxiden ökat i atmosfären, och vad som tillförts från bränsle och cementtillverkning. Skillnaden visar att ungefär 4PgC/år inte har stannat i atmosfären, utan tagits upp av biosfären och haven.

I rapporten ges resultat från olika uppskattningar av netto flödena från luft till hav, och från luft till land. Detta är ett fortgående arbete, och AR5-kapitlet är en uppföljning av vad som tidigare framkommit. Presentationen är svårsmält för en oinsatt läsare. Men om man går tillbaka till kapitel 3 i rapporten TAR från 2001 finner man en förklarande text. God introduktion ger också David Archers lilla bok ”The Global Carbon Cycle”, Princeton University Press 2010.

Så låt oss först besinna hur man kunnat uppskatta nettoflödet från luft till hav. Ett antal metoder har använts, från rent empiriska till rena modellberäkningar. Det mest rättframma är att bestämma transporten över hela havsytan. Det är givetvis omöjligt, så man får nöja sig med mer sparsamma observationer, både tidsmässigt och rumsmässigt. 3 miljoner mätdata fördelade över 40 år (de flesta från de senare 20 åren) har sammanställts. Haven täcks av rutnät om 4° latitud, 5° longitud, vilket om jag räknat rätt skulle svara mot mer än 2300 provytor. Men provtagningarna är inte jämnt fördelade över dessa. Det finns stora luckor, i synnerhet på södra halvklotet.

Vad är det då som mäts? Överföringen över gränsen hav/luft bestäms som produkten av en drivkraft och en gasöverföringshastighet. Drivkraften kan uttryckas som skillnaden, ∆pCO₂, mellan koldioxidens partialtryck i luften och dess jämviktstryck i det aktuella havsvattnet. Om det förra är störst går överföringen från luft till hav. Partialtrycket i luft får man från de mätningar av koldioxiden som görs kontinuerligt vid några dussin mätstationer, medan jämviktstrycket över havsvattnet får bestämmas genom provtagning och undersökning av vattnets sammansättning (koldioxid, kolsyra och dess joner). Temperatur, pH och salthalt behövs också. Ett jättearbete, men möjligt att utföra. Med hjälp av fiffiga extra- och interpolationer har ∆pCO₂–värden över haven kartlagts på det sättet, dock inte med stor precision vad gäller förändringar över tid.

Redan ∆pCO₂–värdena är intressanta, eftersom de visar åt vilket håll transporten går över olika regioner och säsonger. Men för att få flödet krävs också gasöverförings hastigheten. Denna beror på en rad faktorer, där vindhastigheten är viktigast. Samband mellan gasöverförings hastighet och vindhastighet finns framtagna. Vindhastigheter över oceanerna finns naturligtvis också att tillgå.

Så sedan är det bara att beräkna flödet över alla rutor och summera. Ett resultat framgår av första posten i tabell 2, som hämtats från ett arbete av Wannikhof et al. Biogeosciences, 10, 1983–2000, 2013. Går att läsa här.

De fyra följande posterna i tabell 2 är uppskattningar från andra metoder, baserade på modellberäkningar och olika typer av data (t ex vertikalfördelningen av oorganiskt kol i olika havsregioner). Metoderna beskrivs i artikeln. Resultaten från dem är förvånansvärt lika.

De två sista posterna i tabellen hänför sig till en helt oberoende typ av rent empiriska beräkningar. De utnyttjar minskningen av syrehalten i atmosfären, som sker parallellt med koldioxidökningen. Mycket noggranna mätningar av de små ändringarna i syrehalten görs vid flera mätstationer. För att få tillräcklig precision mäts O₂ relativt N₂, därav beteckningen O₂/N₂.

Tabell 2. Median sea–air anthropogenic CO₂ fluxes for the different approaches centered on year 2000.

 Dessa metoder, som diskuteras klargörande av Manning och Keeling, Tellus (2006), 58B, 95–116 (tidskriften är fritt tillgänglig på efter registrering). , bygger på att syrehalten i atmosfären minskar när koldioxidhalten går upp. Syre förbrukas när kol och organiskt material förbränns, och syre frigörs i fotosyntesen. Överföring av koldioxid till haven ger däremot ingen direkt effekt på syrekoncentrationen. Noggranna mätningar av syrehaltens ändring ger därför en möjlighet att skilja på koldioxidöverföring till haven och till land-biosfären. Den observerade ändringen av koldioxidmängden i atmosfären kan då skrivas som skillnaden mellan koldioxid tillförd via fossilförbränning och cementtillverkning, F, och bortförd till hav, O, och biosfären, B, (havens biosfär ingår i O):

∆CO₂ = F − O − B

∆O₂ = −α_FF + α_BB + Z

Den andra ekvationen visar ändringen i syreinnehåll. Det minskas genom förbränningen. Koefficienten α_F är förhållandet mellan bildad koldioxid och förbrukad syre vid fossilförbränning. Den beror på bränsletyp (3 för metan, 1 för rent kol) och uppskattades till 1,39 för den mix som används globalt. Syrgasmängden ökar genom biosfärens fotosyntes, koefficienten här har uppskattats till 1,10. Z infördes när man insåg och kunde observera att ökningen av temperaturen i haven medförde en avgasning av syre, både direkt genom minskad löslighet, och indirekt genom ändringar i biologiska pumpar och strömningsförhållanden. Denna term har uppskattats och är inte försumbar. Alla termer i ekvationssystemet är då kända, och O och B kan beräknas. Manning och Keeling erhöll O = (2,3±0,6)PgC/år och B = (0,5±0,7)PgC/år. Storleken av B stämmer inte helt med tabell1; en bidragande orsak är att detta värde och tabellens hänför sig till olika tidsperioder.

I stort stämmer emellertid värdena för flödet från luft till hav från de olika uppskattningarna väl överens. Det finns inget utrymme för några extra avgasningar, eller andra variationer av avsevärd storlek. I tabell 1 är flödet från luft till land beräknad som en restpost. Men försök att uppskatta bidragen från olika processer har också gjorts. En av delarna är någorlunda väl bestämd, tillskottet till luften från förändringar av markanvändningen, dvs främst genom avskogning. Detta ger ett ytterligare antropogent tillskott på nära 1 PgC/år. Andra processer inom land-biosfären fungerar då som en kolsänka för 2,5 PgC/år. Detta är mycket, och trots stora ansträngningar finns det ännu ingen klar bild över vart detta kol tar vägen. Ökad fotosyntes genom koldioxidgödning förklarar en del, annat tycks förknippat med ökad bioproduktion i det boreala bältet på norra halvklotet, där globala uppvärmningen ger både en mer långvarig växtsäsong, och en förskjutning av växtzoner norrut.

Sammanfattningsvis: Det finns all anledning att lita på den analys av kolcykelns kvantitativa förändringar som presenterats i IPCCs rapporter. Där finns stora osäkerheter, men ingen möjlighet att ett antropogent tillskott av 9,2 PgC/år skulle kunna förklaras av naturliga flödesvariationer.