Inget nytt under solen

Vi har sagt det förut. Beläggen för att kosmisk strålning påverkar molnbildning på Jorden¹, och därigenom vårt klimat, är svaga. Benjamin Laken och medarbetare har gått igenom tillgängliga artiklar i frågan och sammanfattar läget i en ny artikel i Journal of Space Weather and Space Climate.

 

Trots över 35 års konstanta satellitbaserade mätningar av moln, saknas fortfarande tillförlitliga belägg på ett länge hypotetiserat samband mellan förändringar i solens aktivitet och jordens molntäcke. Detta arbete undersöker belägg på en länk mellan kosmiska strålar och moln från en rad olika källor, bland annat satellitbaserade mätningar av moln och långsiktiga markbaserade klimatologiska mätningar. 

...

Det är möjligt att molndata uppmätta med satelliter och analysmetoder helt enkelt kan vara alltför okänsliga för att detektera en liten signal från solens påverkan. Belägg från markbaserade studier tyder på att vissa svaga men statistiskt signifikanta kosmisk strålning-moln-samband kan finnas på regional skala, involverande mekanismer relaterade till den globala strömkretsen. Men en dålig förståelse för dessa mekanismer och deras inverkan på moln gör nettoeffekterna av sådana länkar osäkra. Oavsett detta är det tydligt att det inte finns några starka belägg för en omfattande länk mellan flöde av kosmisk strålning och moln.

Inga nyheter, men ändå värt att poängtera.

¹För en förklaring till hur kosmiska strålar kan tänkas påverka molnbildning reommenderas det här inlägget. Alla våra inlägg i frågan kan ni läsa här.

Eternal sunshine of the spotless mind

Då var det dags igen. Experimentet med stort E eller dataanalysen med stort D som en gång för alla bevisar att den samlade klimatforskarkåren har fel. Vi som följt debatten ett tag vet att detta sker lite då och då. Sedan glöms det bort och något annat experiment eller annan dataanalys tar vid som det nya svarta. 

Nu är det en artikel av Henrik Svensmark och medarbetare som är föremålet för euforin. Trots att den inte (ännu) passerat peer-review (sakkunniggranskning) finns det ingen hejd på vilken betydelse artikeln har enligt vissa.

Vad handlar det om? Jo, forskarlaget har utfört experiment på partikelbildning i en kammare där svaveldioxid omvandlas till svavelsyra . Problemet med att tolka studien är att gasblandningen och övriga förhållanden i kammaren har distinkta skillnader mot de som råder i jordens verkliga atmosfär. När röntgenkällan startas ökar joniseringen från bakgrundsnivån på 3 jonpar per kubikcentimeter och sekund till 60 jonpar per kubikcentimeter och sekund. Denna tjugifaldiga ökning leder i experimentet till en ökning av partikelkoncetrationerna på ungefär 20%. I verkligheten varierar flödet av kosmiska strålar, och därmed joniseringen, med ungefär ± 10% mellan topp och botten i solcykeln. Den långsiktiga förändringen är mycket lägre än så. Det finns  anledning att tro att om realistiska ändringar i jonisering hade använts, då hade effekten försvinnit i det avsevärda brus som syns i resultaten.

Dessutom är koncentrationen av svaveldioxid mycket högre än vad den är där Svensmark själv anser att joninducerad nukleation borde vara betydelsefull, nämligen över värlshaven¹. Forskarna beskriver själva att deras resultat strider mot väl beprövade teorier om hur populationer av aerosolpartiklar beter sig och försöker förklara detta med ökad produktion av svavelsyra med hjälp av joner. Den orealistiskt höga produktionen av svavelsyra kommer alltså inte bara in en gång, utan två.

Slutsatsen är att den effekt som beskrivs i experimentet med stor sannolikhet är obetydlig i atmosfären. Artikeln kanske kan vara intressant som kuriosa, men den kommer inte förändra klimatvetenskapen och kommer snart vara bortglömt. Men vad gör det? Ingemar Nordin och hans gelikar hittar bara en ny tuva som låte dem slippa insikten om att det faktiskt är människoskapad koldioxid som orsakar den pågående uppvärmingen.

¹ Se exempelvis Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change.

Svagt eller inget samband mellan solaktiviteten och molnighet

Figur 1. Konstnärlig representation av solen och ett moln.

Följetången fortsätter. Finns det något samband mellan inflödet av kosmiska strålar och bildningen av moln? I så fall, hur pass betydande är det?

En av de viktigaste svårigheterna med att undersöka dessa frågor har varit dålig tillgång på data över molnighet. Nu har lyckligtvis det satellitbaserade instrumentet MODIS levererat data i drygt tio år, vilket möjliggör statistiska analyser och jämförelser med data för solinstrålning och flöde av kosmiska strålar. Både molnighet och kosmisk strålning har kraftiga variationer på korta tidsskalor och den hypotetiserade kopplingen mellan dem är momentan.

Benjamin Laken och hans medarbetare har i en artikel i  Journal of Climate gjort en sådan analys. Resultatet är nedslående för dem som trott att tydliga samband skulle finnas. Forskarna hittar inga signifikanta korrelationer mellan molnighet och solinstrålning eller flöde av kosmisk strålning.

Uppsalainitiativet i NWT: Vilt viftande kring klimatforskning

Återpublicerar min debattartikel i NWT publicerad den 12/9

Svar till Sture Åström (NWT 5/9)

I sin debattartikel den 5 september använder Sture Åström en nyligen utkommen artikel i Nature av Jasper Kirkby m fl [1] som hävstång för ett angrepp på klimatvetenskapen och IPCC. Åström skriver att resultaten av det rapporterade experimentet CLOUD utgör bekräftelsen på teorin om klimatpåverkande molnbildning via kosmisk strålning föreslagen av den danske forskaren Svensmark.

Det är dock inte vad huvudförfattaren till artikeln själv anser. Kirkby har förklarat sin syn på det genomförda experimentet i bland annat en intervju för Nature News: ”För tillfället säger den faktiskt ingenting om den möjliga effekt kosmisk strålning har på moln och klimatet, men det är ett viktigt första steg... Det finns en rad mätningar som vi måste göra och som kommer att ta minst fem år. Men till slut så vill vi avgöra det på ett eller annat sätt.”

Inte ens Svensmark drar samma drastiska slutsatser som Åström utan har en betydligt mer realistisk syn på resultaten: ”Det finns förstås många saker att utforska, men jag tycker att kosmisk strålning/molnbildnings-hypotesen löper samman med verkligheten.” Så långt kan vi alltså konstatera att Åström drar helt andra slutsatser än de inblandade forskarna själva. Men det blir än märkligare.

Åström avslutar med påståendena ”Bluffen om koldioxidens klimatpåverkan har punkterats. Det borde vara en av decenniets största nyheter. Svensmark förtjänar nobelpriset i fysik. IPCC bör läggas ner.” Den första meningen är ett grovt felslut även utifrån Åströms egna utgångspunkter. Den väl belagda växthuseffekten av koldioxid påverkas inte av en molnbildning via kosmisk strålning. Lika lite som Magnecyl slutar fungera bara för att Alvedon hjälper mot huvudvärk.

Även den sista meningen tyder på ett allvarligt missförstånd kring IPCC och dess uppdrag. IPCC har i uppdrag att sammanställa rådande klimatforskning för att på bästa sätt ge underlag för beslutsfattare och allmänhet. Förra rapporten kom 2007 och nästa rapport är under sammanställning och skall vara klar 2013[2].

De som gör sammanställningarna är aktiva forskare inom de olika områdena av intresse. Om forskningsläget förändras förändras innehållet i IPCC-rapporterna. Att lägga ner IPCC påverkar bara möjligheten att få en samlad bild av forskningsläget, inte forskningen själv. Om Svensmark förtjänar Nobelpriset får framtiden utvisa men Åströms vilda viftande är ingen seriös forskningsdebatt förtjänt av.

Anders Martinsson

______________________________ 

1) Se tidigare inlägg om resultaten från CLOUD.
2) Förtydligande: Arbetsgrupp I väntas vara klar September 2013 och hela rapporten hösten 2014

Första riktiga resultaten från CLOUD-experimentet ute

Sedan några år bedrivs även atmosfärsvetenskaplig forskning vid den berömda partikelaccelaratorn i CERN. Experimentet kallas CLOUD (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets, i en tradition av krystade akronymer på vetenskapliga projekt) och behandlar den eventuella påverkan kosmiska strålar har på aerosolbildning, moln och i förlängningen jordens klimat. I korthet går experimenten ut på att studera bildningen (nukleationen) av ytterst små droppar (kallas partiklar oavsett om de är fasta eller flytande) bestående av svavelsyra och vatten samt hur den påverkas av kemiska tillsatser och joniserande strålning.

I den första artikeln från projektet presenteras en hel del intressanta resultat. De påvisar en tydlig effekt av joniserande strålning på hastigheten hos partikelbildningen, men en än större effekt tillsatser av ammoniak. Dock kommer inte nukleationshastigheterna i närheten av de hastigheter som observerats i atmosfären, vilket kan tolkas som att gasblandningen i experimentkammaren är för ren för att riktigt likna den verkliga atmosfären. Mest överraskande i resultaten är att det trots den mängd arbete forskarna lagt ner på att få en ren gasblandning dyker upp organiska kväveföreningar i partiklarna. Dessa ämnen tycks alltså delta i och därmed underlätta nukleationen, trots att koncentrationerna är mycket lägre än de i jordens atmosfär.

Att utifrån dessa resultat läsa in att kosmiska strålar är den viktigaste faktorn i partikelbildning vore fånigt. Studiens huvudförfattare Jasper Kirkby sammanfattar: "At the moment, it actually says nothing about a possible cosmic-ray effect on clouds and climate, but it's a very important first step". Sammantaget bekräftar studien bilden av synnerligen komplexa processer som inte låter sig sammanfattas i slagord. Joninducerad nukleation kan ha en verklig inverkan på molnbildningen, men mycket arbete återstår får att förstå och kvantifiera denna. Däremot kan vi fortfarande med säkerhet, oavsett om kopplingen finns eller inte, konstatera att den pågående uppvärmningen inte är orsakade av ändringar i den kosmiska strålning som når jorden. Det finns helt enkelt inte någon sådan långsiktig trend i mätningarna av kosmisk strålning, mer om detta hos The Way Things Break och Real Climate.
Andra röster: Nature, Real Climate, The Way Things Break

Uppdatering: I kommentarerna tipsas om en filmsnutt från CERN. Intressant!

Kosmiska strålar, moln och global uppvärmning

Bild från NASA. 

Visst har den tidigare så populära kosmiska strålar-förklaringen till den globala uppvärmningen hamnat lite i skymundan bakom Roy Spencers tankar om naturliga interna variationer det senaste året eller så? Inom förvillosfären är ju det allt annat överskuggande kriteriet för god vetenskap att slutsatsen är att vi riskfritt kan fortsätta släppa ut koldioxid i accelererande takt. Då spelar det ingen större roll om det påstås att globala uppvärmningen inte alls finns, eller att den är orsakad av solen, havsströmmar eller utbyggnad av städer. 

Det kan ändå vara intressant att följa utvecklingen av forskningen om kopplingarna mellan kosmiska strålar och klimat. I en rykande färsk vetenskaplig artikel av Erlykin, Laken (vars tidigare arbete diskuterats här) och Wolfendale jämförs data från satellitmätningar av moln med flödet av kosmisk strålning. Som vanligt i fältet är resultaten spretiga och svåra att förstå, men det finns inget som tyder på en kraftig koppling mellan flödet av kosmiska strålar och total molnighet. Ett svagt men signifikant samband hittas i troposfären. Forskarna lyckas även uppskatta hur stor temperaturökning som ändringar i kosmisk strålning kan ha bidragit med sedan 1950-talet. Enligt artikeln står kosmiska strålar för 0.002 grader av de 0.5 graders uppvärming vi sett sedan dess. Naturligtvis ska även dessa resultat tas med en nypa salt, men förhoppningarna att kosmiska strålar lyckas trolla bort växthusgasernas effekter blir allt mer verklighetsfrånvända.

Strålande nyheter

Den inomvetenskapliga diskussionen om eventuella samband mellan kosmisk strålning och molnbilning fortsätter. Det senaste inlägget (ingen betalvägg) kommer från Benjamin Laken och hans medarbetare och indikerar att snabba förändringar i flödet av galaktiska kosmiska strålar (GKS) påverkar förekomsten av moln på mellanbreddgrader, men bara i samband med hastiga förändringar i molnigheten. Denna effekt ger en ändring i den globala marktemperaturen på runt 0.1 grad under loppet av fyra dagar. Med hjälp av en global klimatmodell ser de att dessa variationer i temperaturen inte kan förklaras på något annat sätt än genom ändringar i molnigheten. Den globala effekten blir runt 0.05 grader. Artikelförfattarnas tolkning är att GKS är en andra ordningens effekt, det vill säga att deras inverkan blir märkbar enbart när de övriga förhållandena i atmosfären är lämpliga. 

Det finns två tänkbara mekanismer för hur GKS skulle kunna påverka molnigheten. Den ena, vars främsta företrädare är Henrik Svensmark, bygger på det välkända faktum att GKS är en viktig källa till joner i atmosfären. Jonerna ska enligt dessa kontroversiella idéer orsaka att nya partiklar bildas, som senare kan växa till och agera som molnkondensationskärnor. Fler molnkondensationskärnor ger tätare och mer långlivade moln. Läs mer här. 

Den andra mekanismen bygger på ideń att joniseringen orsakad av GKS påverkar den elektriska krets som finns i atmosfären. I korthet drivs en ström i atmosfären genom åskmoln och den strömmar sedan ner i områden med fint väder. Joniseringen ökar ledningsförmågan i luften. Forskare har föreslagit (se referenser i Lakens artikel) att detta i slutändan kan påverka hur partiklar förs bort från atmosfären. Artikelförfattarna tolkar sina resultat som mer konsistenta med den senare av mekanismerna.

Så ok, det var solen som orsakade den globala uppvärmningen (som är av godo, egentligen inte finns, och avstannade 1998) hela tiden? Nej, eftersom det saknas någon långsiktig trend i GCR-flödet kan det inte vara så, något vi på Uppsalainitiativet påpekat upprepade gånger. Figuren som visas ovan är från Oulu Cosmic Ray Station som har mätt flödet av kosmiska strålar sedan 1964. Testa gärna själva att generera figurer.

Det finns all anledning att hålla huvudet kallt när det gäller tolkningen av dessa resultat. Den statistiska metoden är ny och beläggen för respektive emot en koppling mellan molnighet och GCR har svängt fram och tillbaka de senaste åren. Det finns en risk för publiceringsbias, det vill säga att resultat som ger statistiskt signifikanta resultat tenderar att oftare resultera i publikationer än icke signifikanta resultat. Att som författarna gör välja ut en delmängd ur data är på många sätt riskfyllt. Därmed inte sagt att resultaten är fel, de måste bara undersökas vidare innan några definitiva slutsatser kan dras.

Koldioxid genom Fanerozoikum

Koldioxid är en viktig växthusgas, inget tvivel om den saken. Iskärnor visar att den globala temperaturen och atmosfärens koldioxid koncentration är starkt sammankopplade, där koldioxidökningen förstärker en pågående ökning av temperaturen, och vice versa. Men är detta samband mellan koldioxid och temperatur vanligt i Jordens förflutna innan Kvartär? Finns det indikationer i det förflutna på trösklar i koldioxidnivåer där kalla respektive varma perioder alltid infaller vid ett visst koldioxidintervall? Först, låt oss gå in på hur temperaturen har varierat under Jordens förflutna, mer specifikt under de senaste 542 Ma, den eon som kallas för Fanerozoikum.

Temperaturmätningar
Av naturliga skäl är den mest tillförlitliga uppskattningen av den globala temperaturen före Kvartär förekomsten av vidsträckta inlandsisar. Direkta bevis på omfattande nedisningar är tilliter (litifierad morän) och de olika slags märken ismassan lämnar efter sig på den underliggande berggrunden. Således vet vi idag att en kort nedisning inträffade i Ordovicium (ca. 446-444 Ma) och tre längre nedisningar i dels Devon-Karbon (ca. 361-349 Ma), Karbon-Perm (ca. 326-267 Ma) samt den nutida som inleddes för ca. 35 miljoner år sedan. Det finns även flera indirekta indikatorer på nedisningar som med viss försiktighet kan användas, exempelvis:

• snabba globala förändringar i havsytan som inte kan härledas till tektoniska orsaker
• enstaka större klaster i finkornigare sediment, så kallade dropp stenar eller ”ice-rafted debris”
• utbredning av olika temperaturkänsliga sedimentära bergarter som evaporiter och rev

Fig. 1. Från Royer m. fl., (2004). a) Temperaturavikelsen under Fanerozoikum jämfört med dagens temperatur.b) Den kosmiska strålningen under Fanerozoikum normaliserat mot dagens kosmiska strålning. c) Blå staplar motsvarar omfattande nedisningar och ljusblå kyligt klimat.

Under isfria perioder när den globala temperaturen varierar mellan kylig till varm kan man rekonstruera temperaturen via syreisotopvariationen över tid i marina karbonater (detta uttrycks som δ¹⁸O, kvoten i tusendelar mellan ¹⁸O/¹⁶O relativt till en standard). Syreisotoperna fraktioneras beroende på temperaturen, ju kallare det är, desto mer ¹⁶O evaporerar relativt till ¹⁸O och därmed kommer mer av den tyngre syre isotopen av vara tillgänglig för marina organismer (δ¹⁸O stiger).

Naturligtvis finns det flera faktorer att beakta för att uppskattningen av dåtida temperaturer via δ¹⁸O inte ska bli fel, exempelvis påverkar havens pH (surhet) karbonaternas δ¹⁸O. Tidigare rekonstruktionerna tog inte hänsyn till havsvattnets pH, vilket till stor del styrs av koldioxidmängden. Dessutom, om inte hänsyn tas till detta kommer relationen mellan koldioxid och temperaturen att bli felaktigt försvagad. Notera att den dåtida pH-korrigerade temperaturen är överlag högre, vilket stämmer bättre med paleoklimatologiska observationer under Fanerozoikum, särskilt under Mesozoikum, som karaktäriseras av en lång varm period med flera korta, kalla pulser (från indirekta bevis som fallande havsnivåer, droppstenar och även δ¹⁸O).

Notera att den kosmiska strålningen (Φ i fig. 1) och den okorrigerade temperaturrekonstruktionen förutspår långa och vidsträckta nedisningar, vilka passar illa med de direkta bevis som finns för de omfattande nedisningarna under Fanerozoikum. Däremot inträffar de mest omfattande nedisningar under Fanerozoikum samtidigt med de djupaste dalarna i den pH-korrigerade temperaturrekonstruktionen. Därmed tyder det på, åtminstone under tidsskalor av miljoner år, att kosmisk strålning har mindre påverkan på klimatet än vad som tidigare har föreslagits.

Koldioxid
Vad reglerar atmosfärens koncentration av koldioxid och hur kan vi överhuvudtaget veta något om hur atmosfären utvecklats under de senaste 600 Ma åren, i detta fall med avseende på koldioxid?

På geologiska tidsskalor kontrolleras atmosfärens innehåll av CO2 huvudsakligen av kemisk vittring¹ (hydrolys) av Ca-Mg silikater och den vulkaniska aktiviteten, vilket förenklat kan skrivas:

CO₂+(Ca,Mg)SiO₂ = (Ca,Mg)CO₃+SiO₂ (1)

Det vill säga, reaktionen från vänster till höger beskriver hydrolysen av Ca-Mg silikater i bergrunden på grund av att koldioxid i vatten bildar en svag syra. Allt eftersom reaktionen fortskrider till vänster dras koldioxid ur atmosfären och koldioxidnivåerna sjunker. Ca²⁺ och Mg²⁺ förs ut till haven där de sedimenterar som biogent och kemisk utfällda karbonater. När reaktionen går från höger till vänster beskriver den upphettningen av Ca-Mg karbonater, via vulkanism, metamorfism och diagenes, vilket frigör koldioxid till haven och atmosfären under bildandet av Ca och Mg silikater. Geokemiska modeller (GEOCARB III) av atmosfärens koldioxidinnehåll baserade på marina sediments ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-kvot bygger på att denna kvot varierar i takt med vilket håll reaktion (1) går, då ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-kvoten skiljer sig åt mellan kontinenterna och manteln. Stigande ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-kvoter indikerar minskande koldioxidnivåer i atmosfären och tvärtom, det vill säga; snabbare vittring av kontinenter leder till ökat inflöde av kontinenternas Sr-isotopsignatur till haven vilket även minskar mängden koldioxid atmosfären och vice versa.

Flera proxy studier används vid rekonstruktionen av atmosfärens koldioxidnivå innan Kvartär, som : δ¹³C i pedogena karbonater (karbonater i "fossila" jordmåner, eng. paleosols), fytoplankton och levermossor (eng. liverworts), antalet stomata i växters ( C₃-växter) blad, samt δ¹¹B i planktoniska foraminiferer. Alla dessa metoder bygger på principen att de samvarierar med koldioxid i dag samt att de kan mätas tillförlitligt i ”Jordens arkiv”. Genom det vi vet om hur de olika proxierna relaterar till dagens förhållanden kan vi applicera denna kunskap på hur dessa har varierat i det förgångna.

Fig. 2. Radiative forcing från CO2 och solen genom Fanerozoikum. Viktigt att ha i åtanke är att Solen var svagare i Jorden förflutna, under nedisningen i senare delen av Ordovicium (ca. 440 Ma) var instrålningen ca. 4 % lägre än vad den är idag. Därmed var koldioxidtröskeln för nedisning betydligt högre än dagens. I grafen antas det att luminositeten ökat linjärt från 94.5 % av dagens ljusstyrka. Värdena är relaterade till de förindustriella nivåerna (CO2 = 280 ppm; solens luminositet = 342 W/m2). De mörka banden representerar perioder där direkta bevis för omfattande nedisning existerar. Efter Royer (2006)

Fig. 3. Koldioxid och temperatur variationen från slutet på Ordovicium till idag (460-0 Ma). Perioder med starka indikationer på utbredda inlandsisar markeras av mörkgråa staplar. Ljusgråa staplar markerar kyligt klimat. Horisontella prickade linjer representer möjliga trösklar för globalt kalla händelser respektive omfattande nedinsningar. Därmed kan 1000 ppm vara en tröskel till globalt sett kallt klimat och 500 ppm vara en tröskel till omfattande nedisningar. Efter Royer (2006).

Vad kan vi dra för slutsatts av att koldioxidnivåerna i atmosfären över lag samvarierar under Fanerozoikum (Fig. 2-3)? Ja, att koldioxid är den primära orsaken till klimatförändringar är inte säkert, men sett till vad Jordens förflutna säger oss så finns det mycket som indikerar på att koldioxid med stor sannolik är en av flera viktiga faktorer, som solens luminositet, kontinenternas konfiguration, Jordens albedo, orbitala parametrar, som styr det globala klimatet. Är man lagd åt det cyniska hållet kan man i alla fall glädja sig åt att om koldioxidnivåerna fortsätter att stiga kommer de utgöra en liten försäkring mot framtida istider.

Se även: AGU 2009: "Den största reglerratten"

¹Även fotosyntesen och mängden kol som begravs i marken inverkar på atmosfärens halt av CO2 men den är av mindre betydelse, och detta samband kan skrivas:

CO₂+H₂O = CH₂O+O₂ (2)

Denna reaktion är den som reglerar mängden syre i atmosfären, vilket produceras via fotosyntesen när reaktion (2) går till höger samtidigt som organiskt material begravs i sediment och för en tid stuvas undan kol-cykeln. När reaktion (2) går till vänster beskriver den oxidationen av organiskt material eller upphettning av sedimentära bergarter rika på organiskt material.

Refferenser i urval:
Berner, R. A. GEOCARBSULF: A combined model for Phanerozoic atmospheric O2 and CO2 . Geochim. Cosmochim. Acta 70, 5653–5664 (2006).
Berner, R.A., Kothavala, Z., 2001. GEOCARB III: A revised model of
atmospheric CO2 over Phanerozoic time. Am. J. Sci. 301, 182–204.
DeConto, R. M. & Pollard, D. Rapid Cenozoic glaciation of Antarctica induced by declining atmospheric CO2 . Nature 421, 245–249 (2003).
Fletcher B. J. et al., 2008. Atmospheric carbon dioxide linked with Mesozoic and early Cenozoic climate change. Nature Geoscience 1, 43-48.
Carne R.E., J.M. Eiler, J. Veizer et al., 2007. Coupling of surface temperatures and atmospheric CO2 concentrations during the Palaeozoic era. Nature 449, 198-202
Huber, B.T., Norris, R.D., MacLeod, K.G., 2002. Deep-sea paleotemperature record of extreme warmth during the Cretaceous. Geology 30, 123–126.
Kump, L. R. Reducing uncertainty about carbon dioxide as a climate driver. Nature 419, 188–190 (2002).
Montanez, I.P., Tabor, N.J., Niemeier, D., et al. 2007. CO2-forced climate and
vegetation instability during Late Paleozoic deglaciation. Science,315, 87-91.
Royer, D. L., Berner, R. A., Montanez, I., Tabor, N. J. & Beerling, D. J. CO2 as a primary driver of Phanerozoic climate change. GSA Today 14, 4–10 (2004).
Royer, D. L. CO2 -forced climate thresholds during the Phanerozoic. Geochim. Cosmochim. Acta 70, 5665–5675 (2006).
Shaviv, N.J., and Veizer, J., 2003, Celestial driver of Phanerozoic climate?: GSA Today, v. 13, no. 7, p. 4–10.
Siegenthaler, U. et al. Stable carbon cycle-climate relationship during the late Pleistocene. Science 310, 1313–1317 (2005).
Veizer, J., Godderis, Y., and François, L.M., 2000, Evidence for decoupling of atmospheric CO2 and global climate during the Phanerozoic eon: Nature, v. 404, p. 698–701.

AGU 2009: "Den största reglerratten"

Richard B. Alley, professor i geovetenskap vid Penn State University, tar oss med på en resa genom miljarder år av Jordens historia och svarar samtidigt på många funderingar kring "Snowball Earth", iskärnor, Permiska massutdöendet, istider, kosmisk strålning och mycket mer.

En virvelvindsföreläsning med en viktig slutsats: Inget i jordens klimathistoria är begripligt utom med koldioxiden som utgångspunkt.

Aerosoler, moln och klimat: Kosmiska strålar I

Vi har i en tidigare post givit en introduktion till luftburna partiklars inverkan på väder och klimat. Efter vår post om solens inverkan är det nu dags att gå igenom de påstådda sambanden mellan kosmiska strålar och molnbildning, och därigenom vårt klimat.





Så som filmen demonstrerar krävs det partiklar som vattenånga kan kondensera på för att dimma eller moln ska bildas. Annars håller sig vattenångan övermättad i luften. Partiklar med egenskapen att vara "attraktiva" för vattenånga att kondensera på kallas molnnukleationskärnor (CCN, Cloud Condensation Nuclei). En viktig egenskap är att de inte får vara för små, en diameter runt 100-200 nanometer ett vanlig tröskelvärde. En stor del av antalet partiklar i atmosfären är så kallade sekundära partiklar, vilket avser att de är bildade genom kondensation av gaser. Exempelpå detta är organiska ämnen, som vid oxidation i atmosfären blir mindre flyktiga (dvs får lägre jämviktsångtryck), blir övermättade och tillsammans med vattenmolekyler kondenserar till fast fas eller vätska. Svaveldioxid som blir till svavelsyra och kväveoxider som blir salpetersyra kan gå samma öde till mötes.

Figur 1. Blåaktigt dis bestående av sekundära partiklar i Blue Mountains, Australien.

Nukleationshändelser
Dock bildas som regel inte nya partiklar kontinuerligt i atmosfären. Så länge bildandet av mindre flyktiga ämnen i luften sker tillräckligt långsamt och det redan finns partiklar kommer de bildade molekylerna att fastna på de redan befintliga partiklarna istället för att bilda nya. Under speciella mikrometeorologiska förutsättningar, med snabb oxidation och få redan befintliga partiklar, kan nya partiklar bildas i stort antal. Dessa sk. nukleationshändelser har observerats i vitt skilda miljöer, allt från finsk barrskog som är nästan helt opåverkad av mänsklig aktivitet till kraftigt förorenade områden som exempelvis Mexico City.

Både naturliga och människoalstrade ämnen deltar i dessa processer. Det som händer i grova drag är att molekyler klumpar ihop sig till kluster, som sedan växer till genom att fler molekyler fastnar på dem. Den detaljerade beskrivningen av processen är dock oklar, mycket beroende på svårigheter med mätteknik. Sedan många år tillbaka finns mätutrustning som klarar att räkna partiklar med diametrar ner mot ungerfär 3 nanometer, vilket möjliggjort den mycket stora mängd studier som forskare gjort, både i lab och i fält. Dock har dessa instrument inte kunnat följa av de första stegen hos en nukleationshändelse.

Joninducerad nukleation

Det finns problem med de teoretiska beskrivningarna av nukleationsprocesser. De modeller som används ger ofta alldeles för få partiklar jämfört med mätningarna. Något saknas i vår förståelse, helt enkelt. Forskare har föreslagit ett antal lösningar på detta, varav joninducerad nukleation¹ är en. Idén är att den elektriska överskottsladdningen hos joner i luften kan stabilisera små kluster av några få molekyler så att de kan fortsätta växa, en tanke som är väl förankrad i de modeller som beskriver sådana system. Det är välkänt att kosmiska strålar är en viktig källa till joner i atmosfären, så vi har ett tänkbart orsakssamband:

Kosmiska strålar -> joner -> kluster -> partiklar -> CCN -> molndroppar -> täta moln med lång livstid -> högre albedo -> nedkylning

Forskare i Köpenhamn (bland andra Henrik Svensmark) har genomfört laboratorieexperiment² som visar att droppar av svavelsyra och vatten bildas mer effektivt i närvaro av joner. Bevisar då det att koldioxiden saknar klimatpåverkan, att Köpenhamnsmötet bör ställas in och en rättegång bör inledas mot klimatforskarna?

Nej, inte riktigt så. I laboratorieexperiment försöker forskare bara variera ett fåtal parametrar, medan de andra hålls konstanta. På detta sätt kan ett samband härledas, men det gör också att resultaten inte utan eftertanke kan tillämpas på den komplexa situation som råder i den verkliga atmosfären. I fallet med de danska experimenten finns flera sådana problem. Koncentrationen av svaveldioxid är högre än vad den vanligtvis är i atmosfären och experimenten följer inte partiklarnas tillväxt upp till den storlek som krävs för att de ska vara aktiva i molnnukleation. Dessutom finns andra, mer beprövade, hypoteser om att organiska ämnen bidrar vid nukleationen.

Det tycks florera ett missförstånd bland så kallade "skeptiker" i klimatfrågan som gör gällande att medan alla andra forskare satt introvert och trixade med datormodeller, kavlade Svensmark upp ärmarna och började göra experiment. Så är naturligtvis inte fallet, det pågår massor med experimentell forskning om aerosolers bildning och tillväxt på många institutioner över hela världen.

Mätningar i atmosfären
Nyligen har finska forskare³ utvecklat en mätuppställning som kan detektera partiklar som är ännu mindre än 3 nanometer och även avgöra ifall dessa är laddade eller inte. Mätningar i Hyytiälä i den finska barrskogen visade att joninducerad nukleation spelade en underordnad roll. Givetvis måste fler mätningar i olika miljöer tillkomma för att kunna dra fullständiga slusatser. Partikelbildning har studerats i Hyytiälä sedan 1990-talet och nyligen har statistiska analyser av de eventuella sambanden mellan kosmisk strålning publicerats⁴. Inga eller mycket svaga samband hittades.

Satelliterna då, dom borde väl kunna säga något? Jo, Henrik Svensmark med medarbetare har genom åren föreslagit ett antal olika korrelationer mellan kosmiska strålar och olika parametrar som beskriver aerosoler och moln. Dessa har granskats av andra forskare och har funnits vara falska eller spuriösa. Nu har en ny artikel⁵ publicerats där drastiska minskningar i flödet av kosmiska strålar på grund av händelser på solen kopplas till minskad molnighet. En annan studie⁶ visar ingen, eller ytterst liten, effekt av samma händelser.

Vi kan alltså dra slutsatsen att beläggen för en kraftig inverkan av kosmiska strålar på väder och klimat på Jorden är spretiga och ganska svaga. I en kommande post tänker vi ta upp frågan om hur väl den på pågående uppvärmningen kan beskrivas av förändringar i flödet av kosmiska strålar.

Referenser:1. Enghoff och Svensmark, 2008, Atmos. Chem. Phys., 8, 4911–4923.
2. Enghoff mfl., 2008, J. Phys. Chem., 112, 10305–10309.
3. Kulmala mfl., 2007, Science, 318, 89-92.
4. Kulmala mfl., 2009, Atmos. Chem. Phys, Discuss. 9, 21525–21560.
5. Svensmark mfl., 2009, Geophys. Res. Lett., 36, L15101.
6. Kristjánsson mfl., 2008, Atmos. Chem. Phys., 8, 7373-7387.

Stjärnorna kvittar det lika

I sin artikel med den måttligt ödmjuka titeln Cosmoclimatology: a new theory emerges beskrev Henrik Svensmark 2007 sin hypotes om hur kosmisk strålning från Vintergatan, modererad av Solens aktivitet, påverkat klimatet under årtionden, århundraden och årtusenden men även på skalor på miljoner år. Samma "teorier" har han argumenterat för i sin bok The Chilling Stars: The new theory of Climate change. Vi har nyligen tagit upp senaste decenniernas uppvärmning i detta sammanhang (och mer kommer). Låt oss vända oss till årmiljonerna denna gång.

I sin "nya teori" visar Svensmark en korrelation mellan passagen av spiralarmar och kalla perioder i Jordens historia.¹ Tanken är att den ökande kosmiska strålningen från unga heta stjärnor i spiralarmarna påverkar Jordens via ändringar av molnighet. Den astronomiska bakgrunden är att solen och andra stjärnor rör sig relativt spiralarmarna i Vintergatan. Både armar, som består av ansamlingar av stoft och är områden med stjärnbildning, och stjärnor roterar runt galaxens centrum men med lite olika hastighet. Solen passerar alltså genom armarna på sin 250 miljoner år långa resa runt Vintergatans centrum.

Korrelation mellan spiralarmspassage och klimat ur Svensmark 2007

Då denna hypotes lanserades var vår kunskap om Vintergatan begränsad och spiralarmarnas utsträckning med mer dåligt kända vilket ger utrymme för anpassningar av positioner och passertider. Beräkningarna av spiralarmspassagerna som ligger till grund för Svensmarks artikel är också till stor del baserade på antagandet om klimatinfluens. Ett farligt sätt att bedriva hypotesprövning.

De senaste åren har vår kunskap om Vintergatan ökat dramatiskt. Tidigt i våras kom tex. resultaten av en stor modern radioteleskopundersökning av Vintergatan som förbättrade och förändrade bilden. Man fann bland annat att galaxen har 50% större massa än man tidigare uppskattat och har fyra istället för två huvudarmar.

Så hur stämmer Svensmarks hypotes med den nya astronomiska kunskapen? Detta har en grupp astronomer nu undersökt² och svaret är, inte alls. Med deras egna ord i abstract:

We re-examine past suggestions of a close link between terrestrial climate change and the Sun’s transit of spiral arms in its path through the Milky Way galaxy. These links produced concrete fits, deriving the unknown spiral pattern speed from terrestrial climate correlations. We test these fits against new data on spiral structure based on CO data that does not make simplifying assumptions about symmetry and circular rotation. If we compare the times of these transits to changes in the climate of Earth, not only do the claimed correlations disappear, but also we find that they cannot be resurrected for any reasonable pattern speed.

Bilden astronomerna får fram av klimatförändringar och spiralarmar är denna:

Kommer detta att övertyga Svensmarks fan-club om svagheterna i hans hypoteser? Knappast, vilket kommentarerna lär visa...

1) Upphovsmannen till hypotesen om spiralarmarnas klimatinflytande är dock Nir Shaviv.
2) Läs hela manuskriptet på arXiv.

Nils Ferlin: Stjärnorna kvittar det lika

Allt beror såklart på Solen!

Utan Solen hade Jorden inte funnits. Utan Solen hade komplext liv inte kunnat uppstå. Utan Solen hade vi inte haft någon vind. Utan Solen som föder växter hade vi förmodligen inte haft något fritt syre att andas. Utan Solen som avdunstar vatten hade det inte funnits någon vattencykel: Inga moln, inget regn, inget väder. Utan Solen skulle allt vatten på jorden vara is. Utan Solen hade vi inte haft något ozonlager, men utan Solen hade vi förmodligen inte behövt något.

Allt detta är självklart, uppenbart.

Det är alltså helt naturligt att fundera över om inte den pågående uppvärmningen av jorden också beror på Solen. Utan Solen hade vi inte haft någon uppvärmning, men det vore också det sista vi borde oroa oss för.

Här har vi alltså en testbar hypotes: Om mängden strålning som träffar Jorden har ökat kan det förklara varför jorden blivit varmare. Om man tror att Solen orsakat den förhöjda uppvärmningen måste man också kunna visa att instrålningen från Solen har ökat. Om instrålningen av solenergi inte har ökat kan alltså solen inte vara ansvarig för den ökande temperaturen på Jorden.

Fig 1. Solfläckar per år (svart) och per månad (rött) sedan 1700.

Solens utstrålning varierar i cykler om 11 år, solfläckscykeln. I likhet med planeterna har även Solen ett klimat och ett väder, drivet av magnetiska strömningar. När Solen utstrålar mer energi tar Jorden emot mer energi och blir varmare. Men om Jorden istället blir bättre på att ta vara på energi den tar emot, blir Jorden också varmare.

Hur ligger det till då? Beror den nu pågående uppvärmningen på att Solen blivit varmare?

Fig 2. Solaktivitet jämfört med uppvärmningstrenden.

Om Jordens nuvarande uppvärmning hade berott på Solen borde båda kurvorna visa en uppåtgående trend. Istället stiger temperaturen, medan solaktiviteten pendlar i sin elvaåriga cykel. Det betyder att Solen inte är ansvarig för dagens uppvärmning. Något annat är ansvarigt.

Den danske fysikern Henrik Svensmark menar att förhöjd solaktivitet skulle minska instrålningen av kosmisk strålning, vilket skulle kunna leda till minskad molnbildning och ett sänkt albedo hos atmosfären, så att temperaturen stiger. Men eftersom solaktiviteten inte förändrats anmärkningsvärt, faller även den hypotesen.

Uppdatering 14 okt:

Eftersom de kosmiska strålarna diskuteras i kommentarerna presenterar vi ett diagram över uppmätt kosmisk strålning från en neutronräknare i Calgary, Kanada. En samling av olika mätningar av kosmiska strålar finns här.

Källor:
BBC: 'No Sun link' to climate change
NASA: Deep solar minimum
Fig 1 credit: SIDC, RWC Belgium, World Data Center for the Sunspot Index, Royal Observatory of Belgium, `1700-2010'.
Fig 2 publicerad med vänligt samtycke från SkepticalScience.