Är det vi som påverkar klimatet? - Del 1

Jag har länge tänkt att jag på allvar ska sätta mig in i frågan om global uppvärmning och dess orsaker. Nu har jag gjort det. Det här inlägget blev långt, så jag har delat upp det i tre delar: en del om "bevisen", en om konsekvenserna och en del om kritikersidan.

Det har blivit varmare

Att det blivit varmare på jorden sedan 1900-talets början är okontroversiellt: det har man helt enkelt under årens lopp mätt med termometrar världen över, och även om de var lite mindre noggranna förr är osäkerheten i mätningarna mycket mindre än förändringen.

Jordens medeltemperatur sedan 1880. Källa: NASA GISS

Frågan gäller istället vad som orsakat detta: beror det på naturliga variationer, är det människans verksamheter som åstadkommit detta, eller är det en kombination?

Argumentationskedja för AGU (Antropogen Global Uppvärmning)

Klimatforskningen har kommit fram till att det är mänskliga aktiviteter som ligger bakom. Här följer det grundläggande resonemanget.

1. Det finns en naturlig växthuseffekt

Man känner till solens totala instrålning på jorden och hur hög temperatur den räcker till, och då kan man ganska lätt räkna ut att temperaturen på marknivå är ungefär 33 grader högre än så. Värmen från jordens inre är försumbar i sammanhanget, så tydligen är det något i atmosfären som håller kvar värme.
 
Detta är den naturliga växthuseffekten, och den är ett oomstritt faktum.

2. Den naturliga växthuseffekten beror på växthusgaser som koldioxid

Atmosfären består till 99% av kväve, syre och argon. Den sista procenten är vattenånga, koldioxid, metan och diverse spårämnen. Nu är det så att kväve, syre och argon är genomskinliga för värmestrålning, och därför inte kan ge någon växthuseffekt. Alltså kommer den från gaserna i den sista procenten, som därför kallas växthusgaser.

Man kan med satelliter mäta hur mycket strålning som absorberas i olika våglängder av de olika gaserna. Varje gas har ett eget "fingeravtryck" i form av sitt absorptionsspektrum och därmed kan man räkna ut hur mycket varje gas bidrar med.

Man kan få ett hum om de olika bidragens relativa storlek genom att titta på spektrumet, men det hela kompliceras av ett antal saker: absorptionslinjer från olika ämnen överlappar varandra, atmosfärens sammansättning varierar kraftigt med höjden och absorptionen kan "mättas" i olika våglängder. Därför duger det inte att bara jämföra areorna i spektrumet.

Gör man en noggrann studie kommer man fram till att vattenånga står för runt 50%, moln för 25%, koldioxid för 20% och ozon, metan, dikväveoxid, partiklar och CFC-gaser för resterande 5%.

En utredning om överlappningen finns här och en artikel om jordens energibudget finns här.

3. Halten av växthusgaser i atmosfären har ökat kraftigt sedan vi började elda med fossila bränslen

Sedan 1958 finns ruskigt noggranna mätningar av atmosfärens koldioxidhalt från Mauna Loa på Hawaii, den s.k. Keelingkurvan. Det är en bra plats att mäta på eftersom den ligger mycket långt från större fabriker och andra lokala koldioxidkällor. Skeptiker brukar påpeka att Mauna Loa är en vulkan och därmed kan pysa ut koldioxid. Givetvis har man tänkt på detta och det hade i så fall synts som oregelbundheter i resultaten. Det finns dessutom gott om andra mätstationer som visar exakt samma trend. Så resultatet är bergsäkert: koldioxidhalten i atmosfären går stadigt upp och har nyligen passerat 400 miljondelar.

Keelingkurvan från Mauna Loa, Hawaii

Man tror att innan industriella revolutionen låg halten kring 280 ppm genom rekonstruktion bakåt med andra metoder.

Kan vi vara säkra på att det är vi som ligger bakom ökningen? Huvudresonemanget bygger på hur kvoten av isotopsammansättningen ändrats: kol finns i olika isotoper (atomer med olika antal neutroner). C12 har 6 neutroner och C13 har 7. Växter har en lägre kvot C13/C12 än atmosfären. Om stigande koldioxidhalter kommer från fossila bränsen, så borde C13/C12 falla. Det är också vad som observerats, och det korrelerar med de globala utsläppen. En längre utläggning finns här.

Det där med isotoperna är ganska tekniskt, men man kan få en bra känsla för det genom att bara titta på en kurva över hur koncentrationen ändrats över tid:

Koldioxidhalt i atmosfären senaste 400 000 åren. Källa: NASA JPL/NOAA

Bakåt syns stora naturliga variationer mellan ungefär 180 och 280 miljondelar (som motsvarar skillnaden på istid och inte istid - här syns de fyra senaste), men ingenting som liknar det vi ser nu. Denna kurva tycker jag i sig gör det väldigt troligt att det är våra utsläpp är förklaringen till att kurvan drar iväg upp på slutet, men sambandet stärks alltså ytterligare av studierna av isotopsammansättningen. Det finns inte heller några belägg för att det plötsligt ska ha skett några dramatiska förändringar i de naturliga koldioxidkällorna som kan förklara den plötsliga uppgången. Och dessa skulle verkligen behöva vara dramatiska, eftersom något liknande inte kan spåras i hela den långa kurvan som sträcker sig över 400 000 år och fyra istider. Kort sagt: det hade vi märkt.

Ett annat sätt att kolla att ökningen är av rätt storleksordning är direkt överslagsräkning: jordens atmosfär har en massa av ca 5 x 10^15 ton. Höjningen av koncentrationen koldioxid på 120 ppm (från 280 till 400) motsvarar då en massa på 0,00012*(44/29)*5*10^15 = 900 miljarder ton. 44/29 är kvoten mellan koldioxids molmassa och genomsnittsmolmassan för luft. Det var svårare än jag trodde att hitta siffror för våra sammanlagda utsläpp, men de jag hittat ligger mellan 1200 och 2000 miljarder ton. Variationen verkar bero på om de bara visar förbränning av fossila bränslen eller om de tar med ändrad markanvändning. I den här grova kalkylen spelar det mindre roll, det är helt klart i rätt storleksordning. Att utsläppen är större än den uppmätta ökningen i atmosfären är också rimligt, eftersom en del tas upp av haven.

4. När halten koldioxid ökar stiger temperaturen

Okej, så vi vet att det finns en naturlig växthuseffekt, att den delvis beror på koldioxid och att vi har släppt ut så mycket av denna gas att halten i atmosfären markant har ökat. Då borde all denna extra koldioxid ge en förstärkt växthuseffekt. Men hur mycket?

Punkt 1 och 2 ovan har redan fastställt att koldioxid påverkar temperaturen, men inte hur mycket. En "naiv" beräkning är förstås att ta koldioxidens andel (20%) multiplicerat med den totala växthuseffekten (33 grader). Det blir 6,6 grader, vilket alltså skulle vara hur mycket den naturliga koldioxiden höjer jordens temperatur.

Höjer man sedan koldioxidhalten från 280 till 400 som vi har gjort kan man tänka sig (med en ny naiv beräkning) att koldioxidens nya totala bidrag till temperaturen skulle bli (400/280)*6,6 = 9,4 grader eller 2,8 grader högre.

Nu kan man inte riktigt räkna så här enkelt. Felet är, som jag skrev i punkt två ovan, att absorptionslinjerna från de olika gaserna delvis överlappar varandra, och det måste man ta hänsyn till. Att göra det ordentligt är ganska pyssligt, men en sådan räkning kommer fram till 1,2 grader.

Uppvärmningen hittills är lite mindre (knappt en grad), och det beror på att en del av den inte hunnit realiseras än: haven tar lång tid på sig att värmas upp. Därför har vi en del uppvärmning "innestående" från koldioxid vi redan släppt ut - skulle vi strypa alla utsläpp imorgon skulle temperaturen fortsätta att stiga ett tag till, tills den nya jämvikten ställt in sig.

5. Vilket skulle visas

Så där har vi det. Resonemanget visar att vi genom våra utsläpp ligger bakom den pågående uppvärmningen. Man kan diskutera detaljer (vilket forskarna givetvis gör) men grundargumentationen "koldioxid värmer planeten - vi har släppt ut en massa koldioxid - alltså blir det varmare", står fast.

Del två handlar om klimatmodeller och vad de förutspår.