Är det vi som påverkar klimatet? - Del 3

Del ett handlade om argumenten för att det pågår en global uppvärmning orsakad av människan. Del två tog upp modeller och prognoser. Den här delen handlar om kunskapsläget.

Forskarna är överens

Bland aktiva inom fältet klimatforskning verkar det vara ytterst få som ifrågasätter AGU (Antropogen Global Uppvärmning). En studie om detta finns här. Den har nu drygt tio år på nacken och om det fanns någon osäkerhet då (vilket studien inte visade på) så har den snarare blivit mindre än större sedan dess. Det man nu debatterar är helt klart detaljer, i stil med "hur påverkar storleken på iskristaller i cirrusmoln reflektionen av kortvågig strålning?".

Jag har noterat att de som kraftigt motsätter sig påståenden om AGU nästan alltid faller inom någon (oftast flera) av följande grupper:

• de är inte klimatforskare (även om de kan vilja framställa sig som det)

• de saknar akademisk bakgrund

• de företräder någon organisation som har ekonomiska intressen som står på spel (oljebolag och liknande)

Det betyder inte att de därmed nödvändigtvis har fel, men dessa faktorer talar inte precis till deras saks fördel.

Skeptikernas motargument

För varje belägg för AGU finns det en hel drös med motargument från klimatskeptiker (som de som avfärdar AGU brukar kallas), och dessa förtjänar givetvis att tas på allvar och värderas, men jag måste säga att kvaliteten på resonemangen hos dessa generellt är låg, t.ex. variationer av "hur kan det vara global uppvärmning, det är ju svinkallt i Långtbortistan". Några har dock tänkt till och kommit med relevanta invändningar mot forskningsresultaten. Själv misstänker jag att dessa mer genomtänkta motargument ursprungligen kommer från forskarna själva.

Jag försöker själv att vara skeptisk. När man har en åsikt om något eller håller på att forma sig en, är det lätt hänt att man ensidigt tar till sig information som stärker den uppfattning man redan har. Därför har jag ansträngt mig för att läsa på från båda sidor i den här frågan.

Falskt Alarm

Bland det mer ambitiösa från kritikhållet jag funnit, som dessutom är på svenska, är Gösta Petterssons bok Falskt Alarm (finns på http://www.falskt-alarm.se/ för den som känner sig manad). Han är förhållandevis insatt (åtminstone mer än vad jag var innan jag skrev den här texten), professor i biokemi men numera pensionerad. Han verkar mest förbittrad på FN:s klimatpanel IPCC och Al Gore och hans film En obekväm sanning ("An inconvenient truth") som han anser vida överdriver klimathotet, men boken handlar ändå i stor utsträckning om att motbevisa AGU. För de resonemang jag inte enkelt kunnat avfärda har jag följt upp källor och läst på mer tills jag känt mig förvissad om hur det ligger till. Inget av de invändningar eller påståenden han tar upp (och det är många) kan vid närmare påseende rubba helhetsbilden av AGU. Jag tänker inte gå igenom alla här, men kan säga att mycket lutar sig mot tveksamma källor från den akademiska världens utkant, bl.a. en forskare som även förnekat hälsoriskerna med passiv rökning. Vidare skulle han må bra av att hålla sig till publikationer som genomgått referatgranskning, vilket det är förvånande att man ska behöva påminna en professor om. Ytterligare problem är medveten eller omedveten selektion av data som gynnar hans framställning, exempelvis har han grävt fram just den mätstation i Stilla havet som inte visat på någon höjning av havsnivån och låtsas inte om alla de andra. Slutligen har en hel del av innehållet karaktären av halmdockeargument, d.v.s han målar först upp en nidbild av vad forskningen ska ha sagt (baserat på gamla resultat eller uttalanden av enskilda), och slår hål på denna, istället för att bemöta vad man faktiskt har kommit fram till.

Annat som den klimatskeptiska sidan åstadkommit är filmer som The Great Global Warming Swindle som sågats grundligt.

Tvivel är vår produkt

Det mesta från skeptikersidan är verkligen föga skarpsinnigt, och det dominerande intrycket är brist på koherens. Det finns ingen enhetlig teori som alternativ, utan endast ett lapptäcke av många försök till invändningar. Blir de överbevisade på en punkt (eller inte ens då, för då hade det varit tyst vid det här laget) letar de upp en ny. Kommer det en ny forskningsrapport som justerar eller skiljer sig från tidigare resultat är de snabba att peka finger och hävda att forskningen inte har en aning om vad den håller på med.

För övrigt vänder man sig inte till forskningen utan är inriktad mot att så tvivel hos allmänheten. Man lyckas ganska bra: i USA tror bara hälften på AGU. Nästan två tredjedelar uppger sig dock uppleva global uppvärmning som ett hot. Jag vet inte vad det säger om det landet. I Sverige är siffrorna enligt samma undersökning 64 resp. 56 procent. I Kina är siffrorna 58 och 21, något förvånande i en nation där 670 000 människor dör av luftföroreningar varje år.

I wikipediaartikeln med undersökningen finns det en referens till en nyare studie, dock med lite andra formuleringar på frågorna. Där är siffrorna för USA liknande men för Kina totalt annorlunda: nu är det 93% som säger att det är vi som ligger bakom, men samtidigt svarar 51% ja på frågan om det beror på naturliga orsaker. Jag vet inte om det är undersökningen eller respondenterna det är fel på, men det ser ut som tvättäkta orwellskt doublethink.

Oavsett vilket förefaller det vara en dramatisk skillnad på vad allmänheten tror och vad de som ägnar sina liv och karriärer åt att studera det här anser. Alltså har vi ett informationsproblem här.

Är det inte skönt då om det blir lite varmare?

Om skeptikern får slut på argument byter denne ofta taktik och kör antingen en variant av ovanstående rubrik eller något på temat "det har varit mycket varmare förut i jordens historia". Det senare är naturligtvis helt sant. T ex när jorden först bildades var den ett hav av bubblande lava. Men även om man ser tillbaka på epoker när liv frodats har det varit varmare än nu. Det är inte heller svårt att föreställa sig fördelar med att det skulle bli lite varmare.

Problemet med båda dessa argument (som ju inte längre handlar om AGU utan dess konsekvenser) är att de ekosystem som finns idag är noga anpassade till rådande förhållanden. Naturliga variationer i klimatet brukar ske betydligt långsammare än de nu gör, och i de fall de inte gjort det (som vid asteroidnedslag) har det resulterat i massutdöenden. Det är fullt möjligt att vi är på väg att orsaka ett nytt sådant, inte bara genom utsläppen av växthusgaser utan även genom alla de andra sätt vi stressar biosfären. Vi har dålig kunskap om och ingen erfarenhet av konsekvenserna av vad vi dragit igång.

Vetenskapens inneboende självkritik

En viktig egenskap hos forskningen som kanske inte alltid framgår är att den är mycket självkritisk. En enskild forskare kan ha sina favoritteorier som denne försvarar bortom den punkt det längre är rationellt, men forskarkåren som helhet är mycket skeptisk till nya resultat och är djupt konservativ, och det ska den vara. Den som kommer med nya påståenden måste ha tydliga belägg för dessa, och ju mer extraordinära påståendena är, desto mer extraordinära är kraven på beläggen. Vidare måste metoder och antaganden klart framgå, så att arbetet kan kontrolleras, granskas och reproduceras av andra. Arbeten som inte uppfyller dessa krav ratas snabbt och blir inte publicerade (systemet kallas referatgranskning eller peer-review).

Som bekant kan teorier aldrig bevisas, bara motbevisas, men ju längre tid en teori motstått alla försök till vederläggning, desto mer trovärdig blir den. Som exemplet med rökning: i de allra första studierna var kanske hälsoeffekterna inte så tydliga, det kanske till och med kom studier som inte visade på några negativa effekter, men ju fler studier som gjordes och ju bättre dessa blev, desto tydligare har det framkommit vilka riskerna är och hur stora de är, och idag är det inte längre något tvivel om att rökning kraftigt ökar risken för en mängd sjukdomar. På samma sätt ligger det till med AGU. Det är också därför jag föredrar ordet belägg (ungefär motsvarande "evidence") framför bevis (proof) som kan vara missledande om man tror att det är bevis av samma kaliber som matematiska bevis.

Forskningens roll

Forskningen har egentligen inte någon åsikt gällande klimatfrågan, det är inte dess uppgift. Forskning kartlägger endast samband och lägger fram resultat. Skeptikerna säger naturligtvis att forskarna har vinning av att slå på stora larmtrumman för att bli uppmärksammade, publicerade och få mer anslag till vidare forskning. Det är förstås en svårfrånkomlig aspekt av situationen att det förhåller sig så, och i något enskilt fall är det säkert sant. Men på det hela taget skulle jag snarare säga att forskarna genomgående varit mycket försiktiga i sina uttalanden och verkligen inte överdrivit konsekvenserna av vad de kommit fram till. Snarare att man varit väl försiktiga och på senare tid har det höjts självkritiska röster inom forskarsamhället att man tidigare och kraftigare borde ha markerat hur illa läget egentligen är.

Mer läsning

www.realclimate.org Blogg driven av ett flertal klimatforskare där forskningsläget presenteras på ett lättillgängligt sätt.

http://www.skepticalscience.com - Getting skeptical about global warming skepticism. Här finns samlat alla skeptikerargument med vetenskapens svar på dessa.

TED-talk av Gavin Schmidt, klimatmodellerare och chef för Goddard Institute for Space Studies på NASA, ger en introduktion till klimatmodeller.

Är det vi som påverkar klimatet? - Del 2

Ingenstans i del ett gjorde jag någon referens till klimatmodeller. Det finns alltså övertygande argument för AGU även utan dessa. Men ska man säga något kvantitativt om vad som är att vänta, behöver man dem.

Klimatmodeller

Klimatmodeller finns från mycket enkla till numera enormt komplexa. I grunden bygger de mer avancerade på flödesekvationer där atmosfären och haven delas upp i ett tredimensionellt rutmönster. Modellen har successivt byggts ut och förfinats, i takt med ökad förståelse och tillgänglig datorkraft, så de tar med i beräkningen inverkan av allt fler saker: solcykler, land, hav, moln, aerosoler, nederbörd, havsis, växtlighet, kretslopp, vulkaner, floder o.s.v. Med dessa modeller gör man sedan prognoser över hur klimatet kan väntas bli i framtiden, utifrån vad vi vet om systemet och vår nuvarande och förväntade inverkan på det.

Verifiering av modellerna

Hur kan vi då veta om vi törs lita på resultaten av dessa modeller, utan att behöva vänta och se om prognoserna stämde? Ett sätt är att se hur de modellerar effekterna av saker som redan inträffat, t.ex. utbrottet på Pinatubo 1991. Utsätter man modellerna för samma "störning" överensstämmer simuleringen väl med vad som hände på riktigt: en lätt avkylning av jorden som varade i ungefär två år. Men man kan också låta modellerna simulera klimatet under hela 1900-talet:

a) Simulering gjord endast med naturlig inverkan b) Simulering endast med mänsklig inverkan c) Simulering med både naturlig och mänsklig inverkan. Källa IPCC

Framför allt under de senaste årtiondena blir skillnaden mellan modellen och verkligheten stor, om inte antropogena effekter tas med. Gör man det stämmer det mycket bra. Detta stärker ytterligare argumentationen för AGU och är även ett bra kvitto på modellernas tillförlitlighet. Därför finns det stor anledning att studera prognoser framtagna med klimatmodeller. Vad säger då dessa prognoser?

Klimatprognos: hett om öronen

Prognoserna är uppdelade i olika scenarier (Representative Concentration Pathways) beroende på hur mycket växthusgaser vi släpper ut. Här är den färskaste, från den digra luntan IPCC Assessment Report 5 från 2014.

Förändring i global yttemperatur enligt RCP2.6 (blått) och RCP8.5 (rött) med felmarginaler i ljusare färg. (Från IPCC AR5)

RCP2.6 svarar mot mycket kraftig reduktion av utsläpp, RCP8.5 är höga utsläpp utan specifika åtgärder ("business as usual"). Än så länge är det den vi följer.

Det finns en del okända faktorer som ger en osäkerhet i prognoserna, som styrkan hos vissa återkopplingseffekter. Modellerna gör konservativa antaganden om styrkan på dessa återkopplingar för att inte överdriva resultaten. Ett exempel vi redan sett på detta är att avsmältningen i Arktis gått fortare än alla modeller förutsett.

Arktis smälter snabbare än alla modeller förutspått (från Copenhagen Diagnosis)

Tvågradersmålet

Två graders höjning över förindustriell nivå anses som gränsen för vad som kommer vara hanterbart. Notera att nollnivån i figuren är medeltemperaturen för spannet 1986 - 2005. Man behöver alltså lägga på ungefär en halv grad för att få hela den ökning vi orsakat. Vi är redan halvvägs dit och kommer att ha passerat två grader någonstans kring 2040, och då ska man komma ihåg att alla effekter av det vi redan släppt ut inte realiserats än (punkt 4 i argumentationskedjan i del 1).

För att klara två grader krävs drastiska åtgärder genast, och för varje år vi väntar kommer det krävas ännu mer.

Minskning i utsläpp som krävs för att klara tvågradersmålet. Den här bilden är från 2009, och vi befinner oss nu ovanför den röda kurvan: 2013 var utsläppen 35,3 Gt (Källa: German advisory council on global change)

Lokala effekter

Två grader kan låta lite, men det är global medeltemperatur som avses, och uppvärmningen blir inte alls jämnt fördelad. Över land kommer det bli betydligt mer, och vid polerna, i synnerhet den norra, ännu mycket mer. I vissa områden kommer det betyda skillnaden mellan skog och öken eller mellan trist gråväder och störtfloder. Generellt verkar uppvärmningen som en förstärkning: torra områden blir torrare och blöta blir ännu blötare. Förekomsten av extrema väderfenomen förväntas öka.

Vissa anser att även två grader är för mycket. Det finns tecken på att det kan krävas mindre än så för att destabilsera istäckena på Grönland och västra Antarktis, och om de skulle halka ner i havet har vi femton meter högre havsnivå att hantera. Enligt alla nuvarande modeller skulle en sådan avsmältning ta hundratals år, men som vi sett tenderar modellerna att underskatta ickelinjära effekter, och förståelsen för hur sånt här sker är begränsad - ingen har sett det hända.

Växthuseffekten på andra planeter

Mars har en tunn atmosfär, bara en hundradel av jordens. Ändå värmer den 5 grader. Den består nämligen nästan enbart av koldioxid.

Venus ligger närmre solen, och gör man motsvarande strålningsbalansberäkning för Venus som för jorden kommer man fram till att det borde vara behagliga 28 grader där. I själva verket är det 460 grader. Vad beror det på? Koldioxid, visar det sig. Venus har en mycket tjock atmosfär som består till 96% av koldioxid. Den totala mängden kol som finns på Venus är inte större än den som finns på jorden, skillnaden är att på Venus finns nästan allt i atmosfären.

Förmodligen var Venus ursprungligen inte alls var så varm och planeten kan ha haft en global ocean. När den unga solen växte i ljusstyrka, blev det tillräckligt varmt för att avdunsta så mycket vattenånga att en feedback startade som gjorde att hela oceanen kokade bort. Nu finns inte ens vattnet kvar i atmosfären utan har försvunnit ut i rymden. Ett misstänkt spår är den höga förhållandet mellan deuterium (tungt väte) och vanligt väte, som skulle förklaras av att det från början funnits mycket vatten.

Venus är alltså ett exempel där den global uppvärmningen fullständigt skenat iväg, och det pågår nu forskning för att bedöma om något sådant skulle kunna hända på jorden.


Del tre handlar om kunskapsläget: är forskarna överens om detta och finns det skäl att ifrågasätta dem?

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.

Hur funkar egentligen växthuseffekten?

Ända sen jag fick höra talas om den någon gång i grundskolan har jag fått mig till livs mer eller mindre luddiga förklaringar av växthuseffekten, som "atmosfären fungerar som ett täcke som stänger in värme, precis som i ett växthus" och liknande. Jag minns att jag gjorde något halvhjärtat försök att förstå, men jag fick inte ihop det: om atmosfären bara släpper igenom en del av all energi som kommer från solen, kommer det alltid att vara mindre kvar under "filten" än utan filt.

Växthus i St Petersburgs botaniska trädgård (Wikipedia commons)

Det var alltså något lurt med dessa halvförklaringar. Hur är det då? Jo, den saknade pusselbiten är att det rör sig om strålning av olika våglängd, och att atmosfären släpper igenom olika mycket av dessa. Synligt ljus kommer in från solen, och för detta är atmosfären nästan genomskinlig. Energin tas upp av marken som värms upp. Den värmen strålar sedan ut igen med helt andra våglängder, och för dessa är atmosfären inte genomskinlig. En lite mer komplett utläggning med utmärkta diagram finns här.

Analogin kommer alltså från växthus, men det är inte är tack vare ovanstående "växthuseffekt" som växthus fungerar! Det har man kollat genom att göra växthus med väggar av bergsalt, som är genomskinligt både för synligt ljus och värmestrålning. Det värmdes upp ungefär lika mycket ett växthus av glas. Växthus fungerar istället huvudsakligen genom att det förhindrar att luften inuti det slipper ut: luften utanför växthuset blåser bort eller stiger till väders, men den inuti växthuset hålls kvar. Det är förstås samma anledning till att det kan bli ruskigt varmt i parkerade bilar.

Har Arktis börjat frysa till igen?

Det bor inte så många människor där, men vad som händer med den ocean som fyller området mellan Norge, Grönland, Kanada, Alaska och Sibirien har inverkan på hela planeten.

Jag skrev i min gamla blogg att jag trodde att nordpolen skulle vara isfri om somrarna redan innan år 2015. Så blev det inte, även om 2012 med bred marginal satte nytt bottenrekord gällande isens utbredning: knappt 3,4 miljoner kvadratkilometer. Genomsnittet för åren 1981 - 2010 är nästan det dubbla. Skillnaden syns tydligt i bilden nedan, där sommarisen 2012 jämförs med 1984 som var ett normalår.

Minsta isutbredning 2012 jämfört med 1984.

Men 2013 och 2014 vände det uppåt igen: 5,1 respektive 5,0 miljoner kvadratkilometer. På sätt och vis behöver det kanske inte förklaras; nedåtgången i istäcket är inte jämn från år till år utan påverkas av väder, vind och strömmar som antingen kan pressa ihop eller dra isär isen. Men det är ändå ganska konstigt, för det finns en stark feedback som påskyndar avsmältningen när den väl tagit fart: mörkt, öppet vatten tar åt sig mycket mer värme än gnistrande is, och den värmen höjer havstemperaturen så mer is smälter, vilket ger ännu mer öppet vatten, som leder till ännu mer avsmältning, o.s.v. Därför vore det intressant att veta vad som låg bakom trendbrottet (om man nu kan kalla det så), och framför allt: finns det skäl att tro att istäcket långsiktigt börjat hämta sig igen? Jag ska försöka reda ut det här.

Bakgrund 

Sedan man började göra regelbundna mätningar av polarisen har man noterat att den krymper i omfång. Is har funnits året runt i Arktis sedan åtminstone 700 000 år och kanske betydligt längre, men nu ser den snabbt ut att försvinna.

Här är ett diagram över isutbredningen i september, som är den månad istäcket är som minst, under de senaste 35 åren. Nedgången motsvarar ungefär sju gånger Sveriges yta.

 Källa: National Snow & Ice Data Center. Blå linje är bästa anpassning till mätningarna.

Den nedåtgående trenden är tydlig (men lägg märke till att den vertikala axeln är avhuggen nedåt).

Men utbredningen är bara halva sanningen. Samtidigt som isens yta har krympt har den också blivit betydligt tunnare, så tittar man på isvolymen - som egentligen är det relevanta måttet eftersom det berättar hur mycket is det faktiskt finns - ser det ännu värre ut:

Svart kurva är volymen, färgade kurvor anpassningar från olika modeller. (Källa https://sites.google.com/site/arctischepinguin/home/piomas)

Här går vertikala axeln dessutom ner till noll och luras alltså inte. Skalan är i tusental kubikkilometrar, och det som smält bort sedan jag föddes är alltså ungefär tio tusen kubikkilometer is, eller halva Östersjöns volym. Packar man ihop det till en kub och ställer den i Uppland ser det ut såhär:

Nettoavsmältning i Arktis 1980 - 2014 sammanpackat i en kub med sidan 21,5 km. Stockholm i förgrunden, Åland uppe till höger.

Kort sagt, en hel del is. Att minskningen går allt fortare syns tydligare när man tittar på volymen istället för på arean, men att 2013 och 2014 sticker ut från trenden framgår också bättre. Vad var det som hände?

När jag skrev det gamla inlägget tänkte jag mig att i takt med att mer och mer vatten skulle bli öppet, skulle feedbacken beskriven ovan snabbt göra slut på det sista av sommarisen. Det såg också verkligen ut så på volymkurvan. Men så enkelt var det inte.

Faktorer som påverkar polarisen

Det som mest uppenbart har inverkan på havsis är förstås temperaturen i luften och i vattnet: is smälter i plusgrader. Men det visar sig vara ett helt gäng mekanismer som har alla har sina fingrar med i spelet. Några påskyndar avsmältningen, andra bromsar upp den.

Större utstrålning från öppet vatten

Mindre is på sommaren gör alltså att mer solenergi tas upp av havet, men bara så länge solen är uppe. När solen framåt hösten och vintern inte längre värmer är istället värmeutstrålningen större från öppet vatten än om det är täckt med is.

Avsmältningen i sig

Havsvatten är salt, is är det inte. När isen smälter sänks salthalten i vattnet omkring och sött vatten fryser lättare än salt. Så en stor avsmältning underlättar återfrysning.

Istjocklek

Is i Arktis som klarar sig över sommaren får en hel ny säsong på sig att växa till sig i tjocklek. Och tjockare is är mycket motståndskraftigare mot all typ av påverkan. Så ju mer is som klarar sig över sommaren, desto mer är benägen att klara sig ett år till.

Snö 

Is reflekterar mer värme än vatten. Men snö reflekterar ännu mer, så snötäckt is borde ge kallare förhållanden och därmed tjockare is. Men snö fungerar samtidigt som isolering, så utstrålningen minskar och isen växer till sig mindre av den anledningen. Så snö ger två motverkande effekter, men isoleringseffekten är störst så isen växer mindre om den är snötäckt, vilket de flesta skridskoåkare känner till.

Arktiska oscillationen

Arktis har ett antal återkommande väderfenomen. Ett är den arktiska oscillationen.

Är det lågtryck över Arktis sägs den arktiska oscillationen vara i positiv fas. Då är det extra kallt över Arktis och den kalla luften hålls kvar där av omgivande varma västliga stormvindar. Då blir det ofta varmare och blötare över Brittiska öarna och Skandinavien, men torrare i västra USA och i Medelhavet. Det blir också varmare än normalt i östra USA men kallare på Grönland.

Om det är högtryck i Arktis (negativt fas) slipper en del av den kalla luften ut och det blir lågtryck och kallt över oss i Skandinavien och i Nordamerika.

Den arktiska oscillationen påverkar alltså vädret inte bara i Arktis utan i hög grad över stora delar av norra halvklotet.

Under 1900-talet varierande den arktiska oscillationen mellan mellan positiv och negativ. Under 70-, 80- och i början av 90-talet var den för det mesta positiv. Sen dess har den åter pendlat mellan positiv och negativ, och som mest negativ var den under vintern 2009 - 2010 vilket sammanföll med extrema snöoväder i USA - men det är tydligen inte ett enkelt ett-till-ett-förhållande det här.

Stormar

Det finns belägg för att antalet stormar ökat i Arktis under senare år. Den troliga förklaringen är att det generellt blivit varmare och att stormar lättare hämtar energi från öppet vatten än istäckt. Stormar kan pressa ihop eller dra isär isen och bryter förstås sönder tunnare is som då lättare smälter eftersom den totala ytan mot vattnet och luften blir större.

Havsströmmar

Havsströmmar spelar en stor roll. Om sol och vind tär på isen ovanifrån gnager havsströmmarna på den underifrån. Värmeinnehållet i vatten är runt 4000 gånger större än i samma volym luft, så mycket små förändringar i strömmarna kan ge stora effekter på isen, och dessa förändringar är inte så lätta att mäta.

Vulkanutbrott

När Pinatubo i Indonesien fick sitt stora utbrott sommaren 1991 gav det upphov till askmoln långt upp i stratosfären som låg kvar i bortåt tre år, minskade solinstrålningen i marknivå med 10% och kylde Jorden med 0,4 grader. Återhämtningen i istäcket året efter syns i båda diagrammen ovan.

Smältvattendammar

Det är lätt att föreställa sig isen i Arktis som ett enda vitt istäcke. Det stämmer ganska bra på vintern, men inte på sommaren. Bland annat kan det, när solen ligger på dygnet runt, bildas ett gytter av dammar av smältvatten ovanpå isen. Precis som öppet hav är dessa mörkare än is och suger åt sig mer värme vilket påskyndar avsmältningen.

Hur stor andel av isen som täcks av dessa dammar och när de börjar uppträda verkar ha stor betydelse för hur stor avsmältningen blir under resten av säsongen.

Plurra inte nu då. (Bild NASA).

Isdynamik

Det här med is och avsmältning är alltså betydligt krångligare än man kanske kunnat tro. Värmein- och utstrålning, lufttryck, vindar, nederbörd, havsströmmar, istjocklek och avsmältningen i sig samverkar på komplicerade sätt.

Den stora avsmältningen 2007, då istäcket tappade nästan 25% av sin yta, verkar i huvudsak ha berott på tre saker: ett långvarigt högtryck över centrala arktiska oceanen som varade i tre månader mellan juni och augusti, samtidigt som sydliga vindar från Sibirien tryckte ihop isen. Vidare var molnigheten ovanligt låg, och slutligen hade istäcket förtunnats och försvagats gradvis under somrarna innan.

2012 var väderförhållandena knappast idealiska för stor avsmältning, men isen försvann i rasande takt ändå. Istäcket var så tunt att det knappt spelade någon roll hur vädret var och en storm i början av augusti hackade sönder mycket av det som fanns kvar.

Under 2013 var väderförhållandena direkt ogynnsamma för avsmältning: sommaren var kall jämfört med övriga år och avsmältningsperioden kort. Därför hann istäcket återhämta sig, i kombination med de negativa återkopplingseffekter som nämnts.

2014 var mer av ett normalår, men eftersom isen hämtat sig under året innan klarade den sig hyfsat, och den totala volymen ökade trots att arean minskade något - isen växte sig helt enkelt tjockare.

Så vad händer nu?

Det är ungefär en månad kvar innan avsmältningen övergår i nyisbildning. Maj var ovanligt kall, ännu kallare än 2013 och 2014, så det har fram tills nyligen sett ut att bli ännu ett återhämtningsår. Men under juni vände det och under hela juli rådde stabilt högtryck, så avsmältningen har tagit fart den sista tiden. Någon ny lägstanivå är inte att vänta, eftersom det finns såpass mycket is kvar, men en viss minskning från förra året verkar trolig.

Generellt fortsätter dock trenden med allt högre temperaturer och i synnerhet i Arktis, och det gör att isen oundvikligen kommer att smälta inom några få års tid. Exakt hur snabbt det kommer gå är (tydligen) svårt att avgöra, dels då vädret har en stor inverkan och dels då systemet har flera återkopplingseffekter som verkar i olika riktning.

Än sen då?

Man kan fråga sig om det här är så mycket att bry sig om, förutom att en och annan isbjörn får extra simträning. Den stora oron är att om (när) Arktis väl blir isfritt kommer klimatet att bli "låst" i det läget eftersom det är svårt att få tillbaka isen när den väl försvunnit. Det kommer i sin tur leda till ännu högre temperaturer, vilket kan starta ytterligare feedbacks. Att ha en mörk ocean istället för en vit mössa längst norrut på jorden har mänskligheten aldrig varit med om.

Källor

http://nsidc.org

http://neven1.typepad.com/

forum.arctic-sea-ice.ne

Fallet med Påskön

Påskön, Rapa Nui, är en av världens mest isolerade platser, belägen 350 mil västerut från Chiles kust i Stilla Havet. Ön är bara något större än Fårö. Trots detta lyckades skickliga polynesier ta sig dit i kanoter och kolonisera den någon gång kring 1000-talet.

På ön växte en tät skog, bestående bland annat av världens största palmträd, och i skogen fanns ett rikt fågelliv.

Polynesierna upprättade en civilisation med ett hierarkiskt klansamhälle, kapabla att hugga ut och flytta de nästan tusen enorma stenstatyerna ön är känd för, vissa 10 meter höga och 80 ton tunga.

För att få plats med odling, för att bygga kanoter att fiska med och för att kunna flytta stenstatyerna började man hugga ner skogen. När befolkningen var som störst bodde minst 15 000 personer på ön.

Men när européer kom dit på 1700-talet fanns det bara några magra stackare kvar. Skogen var nedhuggen till sista palm, alla fågelarter var utrotade, odlingsjorden hade eroderat bort och det enda spåret av högkulturen var stenstatyerna. Populationen hade dykt till under 3000.

Utgrävningar av avfallshögar visar att huvudkällan för protein till en början var tonfisk och delfin. När träden tagit slut minskade mängden fiskben drastiskt, eftersom de inte längre kunde göra kanoter att bedriva fiske med. Därefter bestod födan för en tid mest av fågel. Senare lager i högarna innehåller kyckling, alltmer råttben och, alla sist, människoben.

Skogsskövlingen, jordbruket och att man fått med sig råttor, som naturligtvis snabbt förökat sig och var fina på att gnaga i sig bl.a. palmnötter, gjorde att ekosystemet på ön brakade ihop fullständigt, med svält, inbördeskrig och möjligen även kannibalism som följd.

Vad Påskön genomgick i fråga om resurser och befolkning är något i den här stilen:

I början, när det fanns gott om resurser, ökade befolkningen exponentiellt. Den växande befolkningen tärde på resurserna i allt snabbare takt, och till slut nådde populationen ett tak, när det inte längre gick att öka utvinningstakten på resurserna och brist uppstod. Därpå dök befolkningskurvan brant.

Jag gjorde en enkel simulering av det här. Antag att det från början fanns 10 miljoner träd på Påskön (ett per 16:e kvadratmeter - ön är ca 160 kvadratkilometer stor), att det var 20 personer som kom dit från början (hur många det var vet vi förstås inte) och att varje person gjorde av med 10 träd per år i genomsnitt. Antag vidare att återväxten av träd är 1% per år och tillväxten av befolkningen är 2% per år. Då blir resultatet följande:

På knappt 400 år når befolkningen sitt högsta värde (det råkade bli drygt 38000 - förmodligen för mycket men inte helt åt fanders ändå), samtidigt som träden tar slut och - i den här modellen - alla dör. Fullt så dramatiskt blev det inte på riktigt, eftersom man inte automatiskt dör bara för att man inte har tillgång till träd. Därför liknade verkligheten förmodligen mer förloppet i den förra figuren. Men grunden för deras civilisation var oåterkalleligt undanryckt.

Värt att notera är att mängden resurser (alltså den blå kurvan) inte påverkas någonting förrän väldigt sent när befolkningen vuxit sig så stor att de gör av med mer än den årliga återväxten - vad vi idag skulle kalla hållbarhetsgränsen. Efter det går det fort innan resurserna plötsligt är slut.

Parallellen mellan Påskön, helt utlämnad åt sig själv i oceanen, och Jorden som helhet är inte svår att dra, och var mänskligheten idag befinner sig på en sån här kurva kan vara värt att fundera på. Verkligheten är som sagt förstås mer komplex: vi har inte bara en enda resurs som vi är beroende av, vissa resurser räcker längre, vissa kan ersättas med andra och så vidare, men i grund och botten är det samma mekanismer för oss som för befolkningen på Påskön.

Det är kanske frestande att avfärda dem som vildar som inte hade mycket förstånd, men de var givetvis fullt moderna människor precis som vi. Dels hade de lyckats med bedriften att navigera dit och dels hade de upprättat den rika kulturen och organiserat sig så till den grad att de klarat av byggandet och flyttandet av statyerna. Alltså var de kunniga, hårt arbetande och välorganiserade. Trots detta lyckades de tydligen inte kontrollera de här processerna när de väl startat.

Sensmoralen är alltså: önskar man ha kvar sin civilisation, se då till att värna de resurser den behöver för sin överlevnad. Just nu är vi i full färd med att "göra en Påskön". En fördel har vi gentemot dem: möjligheten att lära oss av deras misstag.

Välkommen!

Jag skrev tidigare på min skidblogg. Jag fick bra respons på denna och tyckte det var kul att skriva. Därför ska jag fortsätta med det, men nu om helt andra ämnen.

Här kommer jag istället helt enkelt skriva om sådant jag går och funderar på. Jag tycker om att förstå saker och hur olika fenomen hänger ihop, därför kommer innehållet kretsa kring sådant. Det kommer vara högt och lågt med allt från väderfenomen till världsekonomi. Jag utger mig alltså inte för att vara någon expert på de områden jag skriver om, men jag bemödar mig med att kolla fakta och läsa på så gott jag kan innan - det är det som är hela grejen, att jag tvingar mig att lära mig genom att formulera det. Men hittar du något som verkar galet eller obegripligt så är ingen gladare än jag om du säger till.

Sanningen är obestridlig. Panik kan attackera den, okunnighet kan förlöjliga den, illvilja kan snedvrida den, men här är den. 

(Winston Churchill, min översättning)

Jag hoppas att någon kommer tycka att det intressant och kanske lärorikt. Trevlig läsning!


Förresten, om du läser det här på en mobiltelefon kan det hända att du får upp ett halvirriterande meddelanden om cookies. När jag klickade runt bland blogginställningarna markerade jag att den inte skulle räkna mina egna sidvyer till statistiken, men då dök cookiemeddelandet upp, så jag avmarkerade det alternativet igen, men meddelandet kvarstod. Det verkar vara en bugg i Blogger. På desktopversionen har jag lyckats få bort det, men inte för mobiler. Om du råkar veta hur man blir av med det, säg gärna till!