Drivhuseffekten

Mekanismen

Jorden mottar kortbølget stråling fra solen, hovedsakelig som synlig lys, men også ståling med kortere bølgelingde (ultrafiolett) og lengre bølgelengde (infrarødt). Mesteparten av strålingen ligger i området fra 0.25 - 2.5 mikrometer [L10]. Jorden på sin side avgir varmestråling til rommet i området 3 - 100 mikrometer [L11].

Inngående og utgående stråling til og fra jordoverflaten kan bli hindret på ulike måter. Skyer hindrer både inngående og utgående stråling. Dessuten vil enkelte gasser i atmosfæren absorbere stråling. Slike gasser er veldig selektive når det gjelder hvilke deler av spekteret som absorberes. Bare stråling som ligger innenfor bestemte intervaller i spekteret absorberes. Hvilke intervaller dette er, er individuelt for hver enkelt gass.

Disse gassene kalles drivhusgasser. Den viktigste drivhusgassen er vanndamp. Dernest følger karbondioksid (CO₂) og methan (CH₄). Dessuten finnes en del andre mindre viktige gasser. Drivhusgassene absorberer stråling mest i den langbølgede delen av spekteret (vanndamp absorberer også en del i den kortbølgede delen, slik som vises i figuren [L10]). Langbølget varmestråling fra jorden fanges altså opp av drivhusgasser i atmosfæren som derfor varmes opp. Etterhvert vil gassene avgi stråling, men denne strålingen er rettet tilfeldig i alle retninger, og ikke utover mot rommet slik de absorberte strålene var. Drivhuseffekten og drivhusgasser er egentlig litt misvisende betegnelser, siden drivhus beholder varmen av andre grunner enn absorbsjon av utgående varmestråling.

Den samlede virkningen av dette er at en del energi som ellers ville ha sluppet ut i rommet, forblir i atmosfæren og jordoverflaten i form av øket varme.

Følgende figur, hentet fra [L12], viser absorbsjonsegenskapene til vanndamp (H₂O) og karbondioksid (CO₂):

Her er det tydelig at en del bølgelengder absorberes av begge gassene. Det er derfor vanskelig å anslå den relative betydningen vanndamp har i forhold til karbondioksid, siden stråling i disse bølgelengene like gjerne kan fanges opp av den ene som av den andre gassen. I en artikkel i Journal of Geophysical Research fra 2010 [L13], gjøres likevel et forsøk på å sammenligne gassenes relative betydning. Her brukes en klimamodell [L14], for å teste virkningen av å fjerne enkeltgasser fra atmosfæren. En slik klimamodell simulerer hvordan atmosfæren oppfører seg over en tidsperiode, og den kan brukes til å studere virkningen av radikale endringer på utgangsbetingelsene i modellen. Her har man altså galant fjernet for eksempel all karbondioksid fra atmosfæren, og kjørt modellen på dette grunnlaget. Slike eksperimenter kan man jo ikke gjøre i den virkelig verden. På denne måten fås et mål på betydningen av de enkelte gassene. Fjerning av vanndamp reduserte drivhuseffekten med 39 %, mens fjerning av karbodioksid ga en reduksjon på 14 %.

Historikk

Drivhuseffekten har vært kjent siden slutten av 1800-tallet. John Tyndall skrev om dette i 1872 i en avhandling [L106] der han studerte hvordan gasser absorberte stråler med ulike bølgelengder. Absorbsjonsegenskapene til vanndamp og CO₂ fikk han til å påpeke hvor viktig dette var for klimaet på kloden. Tyndall hadde imidlertid ikke data som kunne kvantfisere denne virkningen. Senere publiserte en annen forsker, Svante Arrhenius, en berømt artikkel om emnet i 1896 [L98] der han anslo hvor stor denne virkningen kunne være. Han bygget på målinger av stråling fra månen ved fullmåne samlet inn av Samuel Pierpont Langley [L100]. Arrhenius antok at temperaturen på måneoverflaten var sammenlignbar med temperaturen på jordoverflaten, og at drivhusgassene i atmosfæren derfor ville absorbere innkommende månestråling omtrent på samme måte som absorbsjon av strålingen fra jorden ut i atmosfæren.

På grunnlag av disse målingene beregnet han hvor mye jordoverflaten ville varmes opp ved en dobling av CO₂-konsentrasjonen i atmosfæren. Han regnet ut tall for hver tiende breddegrad og for hver av de fire årstidene. Disse tallene lå omtrent mellom 5 og 6 °C. De høyeste tallene gjalt de nordligste og sørligste breddegrader (opp mot nordpolen og sørpolen), mens de laveste tallene gjalt områdene rundt ekvator. I et senere arbeid reduserte han anslaget for oppvarmingen til 4 °C [L99]. Både størrelsen på oppvarmingen og tendensen til øket oppvarming mot polene, stemmer ganske bra med nyere forskning.

Klimafølsomhet

Den størrelsen som Arrhenius prøvde å beregne, nemlig oppvarmingseffekten av en dobling av CO₂ i atmosfæren er senere blitt kalt klimafølsomhet (climate sensitivity). Den defineres omtrent slik: Hvor mange grader kloden varmes opp hvis CO₂-konsentrasjonen i atmosfæren blir dobbelt så høy som i førindustriell tid. I denne definisjonen ligger det mange tolkningsmuligheter, spesielt knyttet til tregheten i klimasystemet. Hvor lenge skal man vente på at temperaturen har stabilisert seg etter en slik fordobling? Og hvilken CO₂-konsentrasjon er mest representativ for "førindustriell tid"? UK Met Office har en nettside som utdyper disse tolkningsmulighetene [L101]. Denne nettsiden bruker 260 ppm (parts per million) som en representativ verdi for CO₂-konsentrasjon i førindustriell tid, mens andre kilder oppgir 280 ppm. En dobling av CO₂-konsentrasjonen vil derfor utgjøre 520-560 ppm. Nettsiden introduserer også to begreper som er nyttige på hver sin måte:

Transient Climate Response (TCR): Her antas CO₂-konsentrasjonen å øke med 1% per år inntil en dobling har funnet sted, og TCR defineres som temperaturøkningen på dette tidspunktet.

Equilibrium Climate Sensitivity (ECS): Angir temperaturøkningen etter at temperaturen har stabilisert seg. Men en slik stabilisering kan ta lang tid, flere hundre eller tusen år.

De fleste som prøver å anslå klimafølsomhet legger seg nok på en fortolkning som ligger et sted mellom disse to ytterpunktene. I en artikkel publisert i juli 2020 (Sherwood et. al. [L102]) brukes en annen fortolkning av klimafølsomhet som kalles effective climate sensitivity. Den tekniske definisjonen av dette begrepet er rimelig komplisert, så jeg vil ikke gå nærmere inn på den. Men hovedpoenget er å bruke en definisjon som beskriver temperaturøkningen som kan forventes etter 100-200 år, uavhengig av om økningen da har stabilisert seg eller ikke. Også andre studier bruker denne betegnelsen, men med ulike definisjoner. Motivet er imidlertid det samme, å bruke en temperaturøkning som realiseres "innen rimelig tid".

Hvilke verdier for klimafølsomhet har så disse studiene kommet frem til? En artikkel av Syukuro Manabe og Richard T. Wetherald fra 1967 [L103] anslår en klimafølsomhet på 2.3 °C. Denne artikkelen er anerkjent for sin grundige behandling av temaet, og i mange år var det lite nytt på området. IPCC har i flere rapporter anslått klimafølsomheten til å ligge i området 1.5 - 4.5 °C [L104]. I de seneste rapportene oppgir de også en sannsynlighet på 66% for at klimafølsomheten ligger innenfor dette intervallet.

I artikkelen til Sherwood et. al. nevnt ovenfor [L102] anslås klimafølsomheten til å ligge i området 2.6 - 3.9 °C med en sannsynlighet på 66%. Med en sannsynlighet på 90%, utvides dette intervallet til 2.3 - 4.7 °C. Denne artikkelen skyver med andre ord den nedre grensen for sannsynlig klimafølsomhet oppover. Vi kan ikke lenger håpe på en klimafølsomhet rundt 1.5 °C, som er den nedre grensen IPCC har brukt i sine tidligere rapporter. Artikkelen baserer seg på tre stort sett uavhengige måter å anslå klimafølsomheten på: 1. Prosessforståelse basert på klimamodeller; 2. Målinger av klimautviklingen i historisk tid; 3. Paleoklimatiske undersøkelser (undersøkelse av klimaendringer langt tilbake i tid basert på målinger av luftbobler bevart i is).

sist oppdatert: 2021-04-15