CO2 og áhrif á loftslagsbreytingar. Nokkur mótrök.

Ég skrifaði langa og nokkuð ítarlega færslu fyrir stuttu sem heitir Hlýnun jarðar - gróðurhúsaáhrif og CO2. Kenningin. Hún hefði getað orðið mun ítarlegri ef ég hefði haft tíma (og ef ég hefði viljað að enginn myndi lesa hana sökum lengdar :) Ég var persónulega að vona að einhverjar spurningar myndu vakna, sem ég gæti notað í þessari færslu, en engar komu - svo ég ákvað að handpikka mótrök héðan og þaðan til að setja í þessa færslu - þ.e. mótrök gegn áhrifum CO2 á loftslagsbreytingar. Skoðum nokkrar fullyrðingar og mótrök við þeim (ég hefði getað haft þetta lengra og ítarlegra, ég splitta þessu einhvern tíman upp og skrifa meira um hvert atriði).

1: Eðlisfræðin á bakvið gróðurhúsaáhrifin er vafasöm.

Orka sólar kemur inn í lofthjúp jarðar sem ljós, jörðin hitnar og geislar frá sér bylgjum sem gróðurhúsalofttegundirnar gleypa í formi hita, sem gróðurhúsalofttegundirnar geisla aftur frá sér og hita upp neðri lög lofthjúpsins og jörðina. 

Gróðurhúsaáhrifin hafa verið þekkt í yfir öld og eðlisfræðin á bak við þau eru mjög vel þekkt - þetta er ekki kenning, heldur staðfest lögmál. Án gróðurhúsaáhrifanna væri meðalhiti jarðar um 33°C lægri en hann er.

2: Það er einfaldlega ekki hægt að sanna að CO2 sé ástæða núverandi hlýnunar.

Það er einfaldlega ekki hægt að sanna vísindi, sannanir eru hluti af stærðfræðinni. Í vísindum eru gögn metin og besta kenningin sem útskýrir gögnin verður ríkjandi á þeim tíma. Þar sem það er hægt þá gera vísindamenn spár og búa til prófanir sem staðfesta, breyta eða eru í mótsögn við kenningu þeirra og þurfa að breyta kenninguna þegar ný gögn koma í hús.

Kenningin um hlýnun jarðar af mannavöldum vegna útblásturs CO2 stendur traustum fótum. Þetta er kenning sem leit dagsins ljós fyrst fyrir rúmri öld síðan af svíanum Svante Arrhenius og er byggð á eðlislfræðilögmáli, sem fjöldinn allur af gögnum styðja, bæði beinar mælingar og óbeinar auk þess bestu loftslagslíkön útbúin til að reikna út hitastig aftur í tíman staðfesta það miðað við þær breytur sem við vitum um á síðustu öld (hitastig, breytingar á CO2, eldgos og útgeislun sólar svo eitthvað sé nefnt). Öll þau gögn benda til þess að hiti jarðar sé að hlýna vegna aukningar CO2 í andrúmsloftinu og því er þetta besta kenningin sem við höfum í dag.

 
Mynd af Svante Arrhenius, stærri myndin tekin á Svalbarða, hann fékk Nóbelinn í efnafræði þótt kenningar hans um hlýnun af völdum CO2 hafi ekki fengið hljómgrunn í fyrstu (mynd tekin af heimasíðunni The Discovery of Global Warming)

3: Aðrar gróðurhúsalofttegundir eru mun áhrifameiri og í mun meira magni í lofthjúpnum heldur en CO2, t.d. vatn (vatnsgufa).

Rétt er það að CO2 er í mun minna magni en vatnsgufa - þetta litla magn CO2 hefur þó leitt til þess að meðalhitastig á jörðinni er 33°C hærri en án þess og því þarf ekki mikla lógík til þess að sjá að sú aukning sem hefur orðið frá upphafi iðnbyltingunnar (37% aukning) leiðir til hærra hitastigs á jörðinni (athugið að 37% aukning í magni CO2 þýðir ekki 37% aukning í hita, enda minnka hitastigsáhrif CO2 með vaxandi magni - þannig skil ég það allavega).

Magn vatnsgufu í lofthjúpnum er í raun í beinu sambandi við hita andrúmsloftsins. Ef þú gætir einhvern vegin aukið magn vatns í lofthjúpnum, án þess að breyta hitastigi þá færi væntanlega að rigna, einnig ef það væri fjarlægt á einhvern hátt úr lofthjúpnum þá myndi hann fljótt ná aftur sama rakastigi vegna uppgufunar. Loftslagsfræðingar tala því vissulega um að vatnsgufa sé mjög mikilvæg gróðurhúsalofttegund og það er tekið með í loftslagslíkönum, en það er svörun/afturverkun (e. feedback) en ekki kraftur sem stýrir hita.

Því hefur vatnsgufa áhrif til mögnunar á hitastigi jarðar sem er í beinu sambandi við magn CO2 í andrúmsloftinu, en ekki áhrif eitt og sér.

Um Vatnsgufu segir heimasíða Veðurstofunnar:

Vatnsgufa (H2O) í lofthjúpnum er einnig öflug gróðurhúsalofttegund. Hún er þó venjulega ekki talin til hefðbundinna gróðurhúsalofttegunda því magn hennar er mjög breytilegt frá einu svæði til annars, ólíkt fyrrgreindum lofftegundum en magn þeirra er mjög álíka alls staðar í lofthjúpnum.

Á flestum stöðum á Jörðinni breytist magn vatnsgufu í lofti líka mjög hratt með tíma. Hringrás vatns í lofthjúpnum er mjög hröð, líftími vatnsgufu er mældur í dögum meðan framantaldar lofftegundir hafa líftíma sem er mældur í árum, áratugum, árhundruðum eða jafnvel árþúsundum.

Um ský segir:

Þegar vatnsgufa þéttist getur hún myndað ský og þó að ský séu ekki gróðurhúsalofttegund þá geta þau haft sambærileg áhrif. Eftir heiðskíra nótt er að jafnaði mun kaldara í morgunsárið en eftir skýjaða nótt. Munurinn liggur í því að skýin gleypa í sig varmageislun frá Jörðinni og endurgeisla svo hluta hennar til baka að yfirborði jarðar, rétt eins og gróðurhúsalofttegundirnar.

Ský hafa einnig mikil áhrif á orkujafnvægi Jarðar með því að spegla sólargeislun til baka út í geiminn. Skýin eiga því stóran hluta í endurspeglunarstuðlinum, sem er 0,3 eða 30% fyrir Jörðina. Fyrir Jörðina í heild vega speglunaráhrif þyngra en „gróðurhúsaáhrif” tengd skýjum, þ.e. skýin lækka yfirborðshita Jarðar.

Reiknaðar hafa verið áhrif mismunandi breyta til hlýnunar og kólnunar og þar sjást áhrif CO2 greinilega, en einnig áhrif til kólnunar vegna skýja. Vatnsgufa er ekki með því þar er á ferðinni svörun (feedback) vegna aukins hita af völdum CO2.

Geislunarálag (í W/m2) frá upphafi iðnbyltingar og helstu orsakaþættir. Rauðar súlur sýna áhrif til hlýnunar jarðar en bláar til kólnunar (mynd úr skýrslunni Hnattrænar loftslagsbreytingar og áhrif þeirra á Íslandi).

Aðrar gróðurhúsalofttegundir eins og t.d. tvínituroxíð (N2O) og metan (CH4) eru mun öflugri gróðurhúsalofttegund en CO2, en þær eru líka í mun minna magni. Því miður þá er möguleiki á að það geti breyst, því kenningar eru uppi um að við bráðnun sífrera á norðurhveli þá geti mikið magn metans losnað út í andrúmsloftið og að það muni hafa skelfilegar afleiðingar í átt til enn meiri hlýnunar jarðar.

4: Gróðurhúsaáhrif af mannavöldum er aðeins 2% á meðan 98% eru náttúruleg.

Þótt ótrúlegt megi virðast, þá virðist þessi fullyrðing vera nokkuð rétt, en þó einstaklega villandi. Gleymið því ekki að hin náttúrulegu gróðurhúsaáhrif hita jörðina um sirka 33°C, frá -18°C og upp í +15°C og hlýnunin sem CO2 veldur er því sirka 2% miðað við þau áhrif sem voru þá þegar til staðar fyrir iðnbyltinguna. Það er því ekkert rangt við þessa fullyrðingu, hún er meira yfir í að vera villandi og til að draga úr alvarleika aukningunarinnar af völdum manna. Að auki magnast upp hitabreytingin vegna vatnsgufu eins og ég nefndi hér ofar.

5: Það eru aðrar ástæður fyrir aukningu CO2 í lofthjúpnum og þar með aðrar ástæður fyrir hlýnun jarðar.

Aukningin er af mannavöldum og það skiptir öllu máli:

Vitað er að gróðurhúsalofttegundirnar hafa aukist mikið frá upphafi iðnbyltingunnar (miðað við 1750). Styrkur CO2 er nú 37% meiri en fyrir iðnbyltingu og styrkur CO2 og metans er nú meiri en hann hefur verið í a.m.k. 650 þúsund ár (ég hef einnig heyrt 20 milljón ár). Ástæða aukningarinnar er að mestu leiti vegna bruna jarðefnaeldsneytis, en að hluta vegna breytinga í landnotkun (eyðing skóga t.d.). CO2 magn hefur verið mælt skipulega frá því á sjötta áratug síðustu aldar (en fyrri tíma gögn fást með óbeinum mælingum - t.d. mælingar á magni CO2 í loftbólum ískjarna).

Breyting í magni CO2 í lofthjúpnum frá lokum sjötta áratugs og til dagsins í dag.

-

Mynd sem sýnir CO2 magn úr ískjörnum (Law dome, Antarktíku) og svo samanburð við mæld gildi frá Hawai. Örvarnar sýna hvenæar nokkur stór eldgos urðu.  

Hér sést hvað stærðargráðan miðað við síðstu hlýskeið ísaldar. 

Eins og ég minntist á hér fyrir ofan, þá er aukning CO2 í andrúmsloftinu að mestu vegna bruna jarðefnaeldsneytis - það hefur verið staðfest með svokölluðum samsætumælingum (mælingum á hlutfalli milli samsætanna C12, C13 og C14). Hlutfall samsæta (ísótópa/isotopes) kolefnis í andrúmsloftinu hefur breyst á þann veg að ekki fer á milli mála hvaðan CO2 í andrúmsloftinu kemur - þ.e. frá bruna jarðefnaeldsneytis að mestu leiti, en einnig frá eyðingu skóga og jarðvegs. -jarðefnaeldsneyti er C14 laust (C14 er geislavirkt og helmingast á nokkrum þúsund árum, á meðan jarðefnaeldsneyti er tugir ef ekki hundruða milljón ára gamlar jarðmyndanir) og því hefur hlutfall þess minnkað í andrúmsloftinu.

Þá fer það ekki milli mála ef skoðuð eru línurit sem sýna útblástur vegna bruna jarðefnaeldsneytis að þarna hlýtur að vera samsvörun (berið það saman við línuritið hér fyrir ofan):

Útblástur CO2 vegna bruna jarðefnaeldsneytis frá 1800 og fram til ársins 2004 

Þá er ljóst að magn CO2 eykst ekki af náttúrulegum orsökum, eins og t.d. við útblástur eldfjalla.

 
Eldfjallið Anak Krakatau í Indónesíu, en eldfjöll gefa frá sér ýmis gös, meðal annars CO2. 

Fyrir fáeinum árum reiknuðu vísindamenn magn útblásturs CO2 frá eldfjöllum (bæði á landi og á botni sjávar) og útreiknað magn þess sem eldfjöll gefa frá sér samtals eru 130-250 milljón tonn af CO2 á ári - sem er slatti. Menn gefa frá sér um 29 milljarða tonna á ári í allt (tölur frá árinu 2006). Eldfjöll gefa því frá sér tæplega 1 % af því sem menn gefa frá sér af CO2. Þau hafa því sáralítil áhrif miðað við mennina, allavega undanfarna áratugi.

Þá er ljóst að aukning CO2 er ekki að koma frá sjónum, þrátt fyrir þá staðreynd að kalt vatn geymi CO2 betur en heitt vatn (og sjórinn er að hitna eins og öll jörðin). Málið er að við aukningu CO2 í andrúmsloftinu hefur sjórinn tekið að sér að dempa þau áhrif og sogið í sig meira af CO2. Það hefur leitt til þess að hafið hefur súrnað meira undanfarin sirka 200 ár en nokkurn tíman síðan fyrir 55 milljón árum - sá atburður leiddi til mikillar hnignunar og útdauða sjávarlífvera. Meira lesefni má finna með því að skoða tenglana sem eru í þessari færslu.

Breyting á pH gildi sjávar frá 18. öld til lok 20. aldar (heimild earthtrends.wri.org).

Það er því ljóst að aukning CO2 í andrúmsloftinu er af völdum manna.

6: Það er lítil fylgni milli aukningar í CO2 og hitastigs - CO2 hefur verið mun meira í lofthjúpnum í fyrndinni án áhrifa manna og þá hefur jafnvel verið kaldara en nú er. 

Hér eru nokkrar mismunandi rannsóknir á magni CO2 aftur til loka Kambríum (af wikipedia).

Hér er áætlun á hitastigi jarðar aftur til loka Kambríum (af wikipedia).

Það er rétt að fylgnin virðist hafa verið minni í fyrndinni (Kambríum og Ordavisium sérstaklega), gögnin eru þó mjög léleg enda mörg hundruð milljón ára gögn óbeinna mælinga úr jarðlögum. 

En þá voru líka allt aðrar aðstæður en nú (lega og stærð landmassa) sem höfðu áhrif á hitastig - það er alþekkt að það er kaldara á jörðinni þegar stórir landmassar eru á pólunum, heitara þegar pólarnir eru landlausir - þeir sem þekkja eitthvað til jarðsögu vita hvað ég er að tala um.

En þrátt fyrir allt þá vita menn að  fylgnin er allnokkur núna og fylgnin hefur verið mikil síðastliðin 650 þúsund ár samkvæmt ískjörnum:

Svarta línan sýnir proxí fyrir hitastig þar sem kjarnarnir voru teknir og rauða línan er CO2.

Ástæða þess að CO2 var svona mikið hærra í fyrndinni er líklega gríðarlega mikil eldvirkni og það að aðrar lífverur voru á ferli á þeim tíma (sem sagt meiri eldvirkni og minni ljóstillífun). Nú er það aftur á móti losun manna á CO2 sem er höfuðorsökin aukningarinnar frá því fyrir iðnbyltingu. 

8: Ískjarnar sýna að CO2 eykst eftir að hitastig er byrjað að rísa. 

Það skal á það bent að það er vitað að CO2 er ekki fullkomlega í takt við hitastig í ískjörnum síðastliðna jökul- og hlýskeiða (munar eitthvað í kringum 800 ár sem CO2 eykst eftir að hitinn byrjar að aukast). Skýringunnar í þessari tregðu frá því hlýnar og þar til merkjanleg aukning verður á CO2 að leita í heimsöfunum. Það er ekki fyrr en þau taka að hlýna að CO2 losnar úr læðingi.

Þá var CO2 ekki frumorsök hlýnunar, heldur magnaði CO2 upp hlýnun sem var þá þegar komin af stað (vegna svokallaðra Milankovich sveifla).

Nú er CO2 aftur á móti að aukast og hitastig að aukast á sama tíma og aðrir náttúrulegir ferlar eru í niðursveiflu. 

9: Aukið CO2 er bara jákvætt, það eykur vöxt plantna og hjálpar til við ljóstillífun.

Plöntur eru mismunandi - sumar eru með innbyggt kerfi sem eykur magn CO2 í plöntuvef þeirra og þetta hefur ekki áhrif á þær plöntur, aðrar plöntur þurfa t.d. vatn til að ná í CO2 og þar sem vatn er af skornum skammti þá getur þetta haft jákvæð áhrif. Á móti kemur að hærri hiti eykur uppgufun og við það minnkar vatn. Það bendir margt til þess að þessi jákvæðu áhrif vari yfirleitt í örfá ár, eftir það fara aðrir þættir að hafa meiri áhrif (skortur á vatni og köfnunarefni).

Rannsóknir benda til þess að þetta hafi slæm áhrif á hitabeltisskóga (rannsóknir í Panama og Malasíu sem gerðar hafa verið í tvo áratugi samfellt hafa sýnt að vöxtur hefur minnkað um 50%). Þá er ekki vitlaust að benda á grein um gömlu trén í Yosomite, en samkvæmt þessari frétt þá eru þau að drepast, líklega vegna hlýnunar jarðar (því þau hafa lifað af talsverðar sveiflur undanfarnar aldir).

Vöxtur plantna getur þá aukist á norðlægum slóðum  - t.d. hér á landi þá meira vegna hlýnunar en aukins C02 (sjá t.d. Hnattrænar loftslagsbreytingar og áhrif þeirra á Íslandi - gefin út af Umhverfisráðuneytinu árið 2008, pdf-skjal 11 MB).

Hvað varðar uppskeru við matvælaframleiðslu, þá er hún töluvert flókin. Mikið af þeirri uppskeru sem ræktuð er þarfnast sérstakrar tegundar jarðvegs, loftslags, rakastigs, veðurs og fleira. Ef loftslag breytist það mikið að uppskera brestur, þá þarf að færa búin - en það er ekki víst að það sé alltaf hægt.

Athugasemdir

[Loftslag.is, 27.5.2009 kl. 23:40]

Eitthvað skrítin uppsetning kringum fullyrðingu 4 - gleymið gæsalöppunum þar.

[Einar Sveinbjörnsson, 28.5.2009 kl. 00:04]

Sæll Höskuldur !

Fín samantekt við klassískum mótrökum.  Í punkti 8 er skýringarinnar á 800 ára tregðu frá því að það hlýnar og þar til að merkjanleg aukning verður á CO2 að leita í heimshöfunum.  Það er ekki fyrr en þau taka að hlýna að koltvísýringur lostnar úr læðingi.  Ég hef einhverntímann fjallað um þetta hjá mér.  En rétt er að Milankovic jarðhnikið kemur hlýnunni af stað, einkum hjámiðjan (I).

ESv 

[Sveinn Atli Gunnarsson, 28.5.2009 kl. 00:11]

Skilmerkileg og þörf samantekt, takk fyrir.

Mbk.
Sveinn

[Emil Hannes Valgeirsson, 28.5.2009 kl. 00:25]

Bæti sjálfum mér á hrósendalistann. Þú ert að verða ansi öflugur og góður í þessu.

[Loftslag.is, 28.5.2009 kl. 07:55]

Takk fyrir það félagar.

Einar, ég laga punkt 8 eitthvað til í kvöld (ásamt fullt af innsláttarvillum sem ég var að reka mig á). Maður spyr sig þá í leiðinni, þessi sama tregða heimshafanna hlýtur að vera í gangi nú - hvað gerist þegar hlýnar enn meir og höfin fara líka að losa CO2?

[Stjörnufræðivefurinn (www.stjornufraedi.is), 28.5.2009 kl. 10:00]

Takk kærlega fyrir þetta.

Mjög gaman að lesa bloggið þitt. Keep up the good work!

[Sigurður Grétar Guðmundsson, 31.5.2009 kl. 11:55]

Tilvitnun í Höskuld

Rétt er það að CO2 er í mun minna magni en vatnsgufa - þetta litla magn CO2 hefur þó leitt til þess að meðalhitastig á jörðinni er 33°C hærri en án þess og því þarf ekki mikla lógík til þess að sjá að sú aukning sem hefur orðið frá upphafi iðnbyltingunnar (37% aukning) leiðir til hærra hitastigs á jörðinni (athugið að 37% aukning í magni CO2 þýðir ekki 37% aukning í hita, enda minnka hitastigsáhrif CO2 með vaxandi magni - þannig skil ég það allavega).

Tilvitnun í Höskuld lýkur.

Þessi yfirgripsmikla yfirferð þín er að mörgu leyti ágæt þó hún sé ekki ólík því og ef maður læsi yfirferð Gunnars í Krossinum á Biblíunni, hjá honum mundi hver tilvitnun enda með því að sanna að Djöfullinn sé til. En ég get ekki orða bundist yfir þeirri villu sem frá þér kemur og ég hef afritað og sett inn að ofan þar sem þú segir að "þetta litla magn af CO2 hefur leitt til þess að meðalhitastig á jörðinni er 33°C heitara en án þess". Þetta hlýtur að vera fljótfærnisvilla. Það rétta er að ef engin gróðurhúsaáhrif væru, allt saman tekið þar á meðal vatnsgufa 95%, væri meðalhiti á jörðinni –18°C og jörðin óbyggileg. Ekki fjarri því að meðalhiti á jörðinni væri 33°C lægri en nú er.

[Loftslag.is, 1.6.2009 kl. 21:33]

Í næstu málsgrein stendur:

Magn vatnsgufu í lofthjúpnum er í raun í beinu sambandi við hita andrúmsloftsins. Ef þú gætir einhvern vegin aukið magn vatns í lofthjúpnum, án þess að breyta hitastigi þá færi væntanlega að rigna, einnig ef það væri fjarlægt á einhvern hátt úr lofthjúpnum þá myndi hann fljótt ná aftur sama rakastigi vegna uppgufunar. Loftslagsfræðingar tala því vissulega um að vatnsgufa sé mjög mikilvæg gróðurhúsalofttegund og það er tekið með í loftslagslíkönum, en það er svörun/afturverkun (e. feedback) en ekki kraftur sem stýrir hita.

Ég útiloka þó ekki að einhver hugsunarvilla sé í þessu hjá mér og myndi endilega fá komment frá loftslagssérfræðingum ef einhver les þetta.