Hvorfor øker CO2 nivået i atmosfæren?

Det er vel de færreste som spekulerer over det. Økningen skjer synkront med våre utslipp, og vi hører over alt at verden må redusere utslippene.

Og det er da heller ingen grunn til å spekulere: Nivået øker fordi menneskeheten slipper ut CO2.

Likevel ser man at noen avviser årsakssammenhengen. Klimarealistene, med sitt 20 akademikere store «Vitenskapelige Råd» hevder at bare en liten del skyldes menneskene.

Kanskje mer overraskende, man finner påstanden også i antatt seriøse medier, som tradisjonsrike Fra Fysikkens Verden. Fra Fysikkens Verden er Norsk Fysisk Selskaps populærvitenskapelig organ/medlemsblad som «inneholder artikler om hva som foregår innen norsk og internasjonal fysikk.»

Professor emeritus Jan-Erik Solheim fikk i nummer 2/2017, side 56, slippe til og fortelle at «fossilt brensel har bidratt med 1,5%».

– Er det da likevel en grunn til tvil?

En liten titt på aktuelle tall viser at det ikke er tilfelle:

Det store bildet

Fra data over estimerte utslipp fra 1750 til og med 2014, ser en at vi har sluppet CO2 svarende til rundt 400 gigatonn karbon – det svarer til omtrent 1500 gigatonn CO2. (faktoren svarer til forholdet mellom molekylvekten til CO2 og atomvekten til C, omtrent 44/12 = 3,67))

Vekten av 1 ppmv (ppmv = parts per million på volumbasis) CO2 i atmosfæren er knapt 8 gigatonn (dette regner man ut ved å ta utgangspunkt i at luftrykket ved jordoverflaten svarer til vekten av overliggende atmosfære, og at jordas totale areal er kjent. Så må man bare huske å multiplisere med en faktor på omtrent 44/29, som skyldes at molekylevekten av CO2 er større enn den midlere molekylvekten for atmosfæren (dvs at CO2 bidrar noe mer på vektbasis enn på volumbasis.))

Om vi går ut fra en økning på 120 ppmv fra 1750 til 2014, har CO2-innholdet i atmosfæren økt med rundt 950 gigatonn – atskillig mindre enn våre utslipp. Det betyr at en del av våre utslipp har gått ut av atmosfæren – de har fordelt seg i havet og i biosfæren.

Det er altså ingen tvil: Når man ser bort fra våre utslipp har det gått en netto strøm av CO2 ut av atmosfæren – grovt regnet 5-600 gigatonn. Havet har fått mer CO2, og «jorda er blitt grønnere».

Volumbalansen (eller «karbonbudsjettet») gir grei mening – det vi slipper ut blir dels i atmosfæren går dels til havet og dels til planter og jordsmonn.

Når man som Jan-Erik Solheim argumenterer for at økningen ikke skyldes våre utslipp, får man et vanskeligere totalbudsjett. Hvor har våre utslipp tatt veien? Hvor kommer økningen i atmosfæren fra? Hvorfor tar ikke CO2 fra denne kilden samme vei som våre utslipp?

Så kan man legge til at Solheim i Fra Fysikkens Verden sier «høyere temperatur over land og i havoverflaten fører til akserelerende biologiske prosesser som frigjør mer CO2». Det synes å antyde netto transport fra både havet og biosfæren til atmosfæren. Hvor har da våre utslipp tatt veien?

Når man som Solheim hevder et så avvikende syn, burde det være et minstekrav at han også stiller med et troverdig «totalbudsjett».

Litt mer detaljer

Over så vi på nettoeffekten av våre utslipp: CO2 nivået i atmosfæren øker år for år. Siden 1959 har det vært målinger på Mauna Loa på Hawaii som viser utviklingen av CO2-nivået:

Man ser at i de siste par tiårene steget med rundt 2 ppmv per år. Men man ser også at det er en tydelig årssyklus, som blir tydeligere når man ser på et kortere tidsrom:

Man ser at midt på året – i den nordlige sommeren – faller nivået med 6-8 ppmv – atskillig mer enn den gjennomsnittlige årlige økningen.

Dette skyldes pågående naturlige prosesser – primært fotosyntesen og nedbryting av biologisk materiale. Det blir en asymmetri over året fordi mesteparten av landområdene – og dermed landplantene – er på den nordlige halvkule.

Den årlige netto økningen av CO2-innholdet i atmosfæren er altså et resultat av mye større brutto strømmer. Det skyldes som nevnt fotosyntesen og nedbrytning av biologisk materiale, men også variasjon av oppløsning av CO2 i havet over årstidene og geografisk. I tillegg er det små bidrag fra andre prosesser, som vulkanutslipp (Legg merke til at man ikke ser noen signatur fra de store utbruddene fra Agung i 1963/64 og Pinatubo i 1991 i kurven over).

Disse strømmene foregår delvis samtidig, så det vi observerer av årlig variasjon gir bare en del av bildet. Hans Petter Jacobsen gir en framstilling av «karbonsyklusen» her. Han gjengir estimater av størrelsen til de naturlige brutto strømmene, og vi ser at både utvekslingen med biologisk materiale og med havet er minst 10 ganger større enn de menneskelige utslipp!

At våre «lille» bidrag likevel kan være så viktig kan man forstå med en banal modell: Om man har en tank som man samtidig pumper 100 liter per sekund inn i og 100 liter per sekund ut av, vil nivået øke om man setter på en liten ekstra pumpe med 1 liter per sekund.

De store bruttostrømmene har en viktig konsekvens: CO2 molekylene i atmosfæren byttes ut med biosfæren og havet, slik at gjennomsnittlig oppholdstid for et CO2-molekyl i atmosfæren blir rundt 5 år. Altså: Etter få år er det ikke de molekylene vi slapp ut som er i atmosfæren – de er byttet ut og finnes også fordelt i havet og biosfæren.

Dette har en åpenbar konsekvens: Om vi hadde en «merkelapp» på CO2-molekylene vi slapp ut, kunne vi ikke bruke den for å undersøke hvor stor andel våre utslipp utgjør i atmosfæren.

Man må altså skille mellom årsaken til at CO2-nivået i atmosfæren øker, og hvilke molekyler som finns i atmosfæren.

Men dette er ikke vanskeligere å forstå en at tiden en bestemt bil bruker gjennom en bilkø ikke er det samme som hvor lenge bilkøen varer. Selv en kort kø som man kommer seg gjennom på 5 minutter kan vare i timesvis!

Tillegg: «Merkelapp» på CO2

Vi så over at selv om vi entydig kunne kjenne igjen «menneskeskapte» CO2 molekyler, ville ikke en analyse av innholdet i atmosfæren kunne si noe om årsaken til økningen.

Det finns ingen slik direkte «merkelapp», men vi har noe som nærmer seg: Analyse av CO2’s karbonisotoper.

Karbon finnes i 3 naturlige isotoper: C-12, C-13 og C-14, hvorav det er omtrent 99 % av C-12.

C-14 er radiaktiv, med en halveringstid på 5730 år. Det betyr at C-14 forsvinner i løpet av noen hundre tusen år om det ikke produseres nytt. Hovedkilden til ny-produksjon av C-14 er kosmisk stråling, så det skjer i atmosfæren og på overflaten. Bergarter og fossil karbon som har vært begravet i millionvis av år har dermed ikke C-14. Det betyr at CO2 fra fossilt brennstoff bidrar til å senke C-14 nivået i atmosfæren – det samme gjelder CO2 fra vulkaner.

C-13 er en stabil isotop, og det er rundt 1 % av den. Diffusjonsprosesser og biologiske prossesser har en tendens til å foretrekke C-12 framfor C-13. Det betyr at karbon-materiale som er et resultat av fotosyntesen har litt mindre C-13 enn gjennomsnittet. Derfor, når vi brenner fossilt karbon forventes C-13 andelen i atmosfæren å gå noe ned.

Dette er ikke like presist som om fossilt CO2 hadde en egen «merkelapp», men gir det samme på en mer indirekte måte. Det betyr at C-13 analyse et stykke på vei kan gi det samme som om molekylene var «merket»: Man kan si noe om hvor molekylene i atmosfæren kommer fra, men ikke noe om årsaken til økningen. Dette skyldes som vi har sett de store bruttostrømmene som bytter ut CO2 molekyler i atmosfæren med havet og biosfæren.

Argumentasjonen er svært enkel: Man kan ikke finne levetiden av en bilkø ved å se på en enkeltbil. Man ikke finne årsaken til at CO2 øker ved å analysere molekylfordelingen i atmosfæren. (Det hindrer ikke at man kan finne en personlig hjemmeside ved UiO som hevder det motsatte).

Tillegg: Prinsippillustrasjon med baller
I animasjonen under starter vi med et «hav» med 400 blå baller, og en «atmosfære» med 20 svarte baller.

For hvert trinn gjøres så:

  • Legg til en rød ball i «atmosfæren»
  • Bytt om 6 tilfeldige baller mellom «hav» og «atmosfære»
  • Bland om ballene internt i «hav» og «atmosfære»

Man ser at noen svarte og røde baller fort finner sin vei til «havet». Å telle røde baller i «atmosfæren» for å si noe om årsaken til økningen i atmosfæren er meningsløst: Vi vet at årsaken til at antall baller i «atmosfæren» øker fra 20 til 40 er at vi har puttet inn 20 røde baller.

Denne enkle illustrasjonen viser overbevisende at «isotop-argumentet» for at bare 4 % av CO2-økningen er menneskeskapt er ugyldig.

Derfor burde de som bruker isotop-argumentet starte med å påvise i detalj hvorfor de mener analogien ikke er gyldig. Men det gjør de ikke: Segalstad, Bergsmark. Og forklaringen er vel enkel: analogien er holdbar!

Tillegg: Havet som enorm «buffer»?

Det er kjent at det er omtrent 50 ganger så mye CO2 (det meste som bikarbonationer) i havet som i atmosfæren.

Derfor, om våre utslipp raskt (dvs i løpet av få år) fordelte seg med samme faktor, ville nivået i atmosfæren knapt endre seg! Og i så fall måtte man finne en annen forklaring for hvorfor CO2-nivået i atmosfæren øker.

Jacobsen forklarer hvorfor det ikke er nødvendig: Tidskonstantene for utveksling med havet er for lange:

  • Havet er stort: det tar lang tid før CO2 fra overflaten er jevnt fordelt i dyphavet
  • Når vi løser CO2 i havet, blir det surere: Det endrer likevekten mellom hav og atmosfære, slik at forholdet 1:50 ikke gjelder for økningen – forholdet er nærmere 1:5. Dette må kompenseres med oppløsning av fast karbonat, som tar titusener av år.

I tillegg, om man skulle forklare den atmosfæriske CO2-økningen med avgassing fra havet fordi det blir varmere, får man flere problemer:

  • Hvorfor skjer det synkront med våre utslipp?
  • Hvorfor er økningen som vist i plottene over så jevn over mange tiår, mens temperaturen går i rykk og napp?
  • Og så ligger en fundamental begrensning i Henrys lov. Den sier at at oppløsningen av en gass i væske er proporsjonalt med trykket i gassfasen. Men Henrys lov har også en temperaturdel – når temperaturen øker kan mindre gass løses. Parametrene i Henrys lov er godt kjent, og de tilsier at om temperatureffekten skal overvinne økningen i partialtrykket til CO2 som er observert, må temperaturen endre seg flere grader. Man kan med andre ord ganske enkelt utelukke at stigningen av CO2-nivået som vist i figuren over kan skyldes temperaturendring i havet.

Arne Marius Raaen

Dette innlegget ble publisert i Klima. Bokmerk permalenken.

Legg igjen en kommentar