Et fire milliarder år gammelt varmeregnskab

EN SKRØBELIG HINDE ADSKILLER JORDEN FRA RUMMET

Jorden er omgivet af en tynd hinde af vand og luft, der tilsammen udgør havene og atmosfæren. Klimaet beskriver de processer, som finder sted i denne tynde hinde. Hvis vi mindskede Jorden til en grapefrugts størrelse, ville atmosfæren kun være en millimeter tyk, og Jordens kølige og skøre ydre skorpe ville også kun være en millimeter tyk. Stort set alt, der har betydning for os, finder sted i denne smalle zone, der ligger klemt inde mellem det iskolde verdensrum og Jordens rødglødende indre. Atmosfæren bliver tyndere, jo højere op vi kommer, og derfor ligger 80 % af luften under 12 kilometers højde. Det er i denne zone, at regn, hagl og sne bliver dannet, og hvor de fleste vinde blæser. Denne vigtige del af atmosfæren ville kun udgøre op til 0,1 millimeter af vores modeljord, og havene ville i gennemsnit være 0,03 millimeter tykke. Så selv om det virker, som om der er højt til himlen, er vores atmosfære og oceaner kun en tynd og skrøbelig, men dyrebar hinde, der adskiller Jorden fra det kolde verdensrum.

JORDENS CYKLUS

Det faktum, at atmosfæren og havene udgør så lille en del af vores planet, betyder, at deres sammensætning og dynamik i vid udstrækning er bestemt af den underliggende Jord. Vand og gasser i luften bindes i mineraler og føres ned i Jordens indre af geologiske processer og frigives tilbage til atmosfæren gennem vulkaner og varme kilder. Disse processer er meget langsomme og giver geologien kontrol over atmosfæren og oceanerne over meget lange tidsrum. Alt vandet i oceanerne recirkuleres gennem Jordens indre – en proces der tager 100 millioner år. Atmosfærens CO2 gennemgår tilsvarende geologiske processer, hvor den udveksles mellem atmosfæren, havene og den faste Jord over en tidsskala fra tusinder til millioner af år.

Komponenterne i atmosfæren og oceanerne indgår også i biologiske processer, eftersom vi indånder ilt og udånder CO2. I fotosyntesen indfanges CO2 i organisk stof, som senere nedbrydes, hvorefter CO2 vender tilbage til atmosfæren. De biologiske processer er generelt meget hurtigere end de geologiske processer, og dette biologiske kulstofkredsløb er tusind gange hurtigere end det geologiske kulstofkredsløb. Biologien kan derfor påvirke sammensætningen af atmosfæren og havene over meget kortere tidsrum.

Menneskets rolle i disse bio-geokemiske kredsløb er, at vi har fundet ud af, hvordan man kortslutter det geologiske kulstofkredsløb og frigiver den energi, der er oplagret i geologiske aflejringer af kul, olie og gas, mens vi udleder CO2 direkte til atmosfæren. Vores CO2-udledninger følger den biologiske tidsskala, mens bortskaffelsen af CO2 fra atmosfæren og havene stadig må følge den geologiske tidsskala. Afbrændingen af fossile brændstoffer i et omfang, der er ude af trit med de geologiske mekanismer til CO2-optagelse, har medført en dramatisk stigning i koncentrationen af CO2 i atmosfæren.

DEN NØDVENDIGE DRIVHUSEFFEKT

På trods af de høje temperaturer i Jordens indre er det kun en lille del af den indre varme, der når Jordens overflade, eftersom klipper er meget dårlige varmeledere. Temperaturen i dybden er derfor ikke en konsekvens af en høj varmeproduktion, men skyldes, at den smule varme, der bliver produceret, ikke kan komme frem til overfladen gennem Jordens massive ydre skal. Jordens overflade bliver derfor primært opvarmet af Solen. Det sollys, der rammer en kvadratmeter jord, leverer lige så meget varme på en time, som Jordens indre leverer på et helt år på samme kvadratmeter.

Omkring en tredjedel af det lys, der skinner på Jorden, reflekteres tilbage ud i rummet, og resten opsuges og omdannes til varme på overfladen, i atmosfæren og i havene. Alle varme genstande – inklusive planeter – udstråler varme til deres omgivelser. Jo varmere genstanden er, jo mere varme udstråler den. Det betyder, at der er en balance mellem den mængde lys, der rammer Jorden, og den mængde udgående varmestråling, der går tabt i rummet. Der findes en simpel fysisk lov, der beskriver ved hvilke temperaturer, denne strålingsbalance opnås. For Jorden er denne temperatur -18º C. For dem, som har besluttet sig for ikke at tro på drivhuseffekten (som er et fysisk fænomen og ikke en trossag – præcis som tyngdekraften eksisterer den, uanset om vi tror på den eller ej), kan det være værd at vide, at Jorden ville være dybfrossen uden den. Den gennemsnitlige temperatur ved Jordens overflade er +15° C, hvilket vil sige 33 grader varmere end den burde være ifølge strålingsbalancen. Allerede i 1896 påviste den svenske kemiker Svante Arrhenius, at den højere temperatur skyldes små mængder af visse gasser, der begrænser varmeudslippet fra Jordens overflade. Han kaldte dette fænomen for ”drivhuseffekten” og fastslog, at det i vid udstrækning skyldes en meget lille mængde CO2 – lige omkring 0,03 %.

Vores atmosfære har en sammensætning, der lader sollyset passere uhindret ned på Jordens overflade, hvor det meste bliver omdannet til varme. Atmosfæren er imidlertid ikke helt så gennemtrængelig for varmestråling, fordi CO2, vanddamp og metan opsuger varmen og holder den i den nedre del af atmosfæren. Det betyder, at ligevægtstemperaturen på -18º C, som strålingsbalancen forudsiger, ikke kan findes på overfladen, men i nogle få kilometers højde, hvor luften er tynd nok til at lade varmestrålingen passere igennem. Atmosfæren under dette niveau er som et varmetæppe, der beskytter Jordens overflade mod det kolde verdensrum.

Drivhuseffekten er altså nødvendig for livet på Jorden. Allerede for hundrede år siden var Arrhenius klar over effekterne af afbrænding af fossile brændstoffer – på det tidspunkt kul. Han forudsagde, at den stigende industrialisering ville føre til højere koncentrationer af CO2 i atmosfæren og derfor også til højere temperaturer i fremtiden. Dette forhold mellem atmosfærens  CO2-indhold og Jordens overfladetemperatur har med andre ord været velkendt i mere end et århundrede.

HAVENE OG JORDENS KLIMA

Som vi alle ved, har klimaet mange flere facetter end blot temperaturen. Ud over opvarmningen af atmosfæren er der mange andre processer, som forbruger den varme, der dannes ved overfladen. En stor del af varmen bruges på at opvarme havene. Havenes masse er over 260 gange så stor som atmosfærens masse, og derfor kan havene opsuge meget mere varme end luften. Der skal fire gange så meget varme til at øge temperaturen i et kilo vand, som der skal til et kilo luft. Så alt i alt skal der tusind gange så meget varme til at øge temperaturen i havene med en grad, som der skal til at øge temperaturen i atmosfæren med en grad. En temperaturstigning i de øverste par meter af havet svarer til at øge temperaturen i hele atmosfæren med de samme antal grader.

Havene transporterer varme fra de solrige troper til de kolde områder mod nord og syd, og de kan oplagre og holde på varmen i årtier, og endda århundreder, før de frigiver den ved overfladen igen. Af denne grund kan vi ikke forvente at se en direkte sammenhæng mellem CO2-indholdet i atmosfæren og overfladens temperatur. Over lange tidsperioder vil der være en klar sammenhæng, men fra år til år vil effekten af havstrømme, vind og skyer langt overskygge de detaljerede effekter af små ændringer i koncentrationen af drivhusgasser i atmosfæren. Vi bør derfor ikke afvise drivhuseffekten, blot fordi vi – selv om vi lever i en tid med stadig stigende udledninger af drivhusgasser – observerer, at nogle år er betydeligt koldere end de tidligere.

MENNESKETS INDVIRKNING PÅ JORDENS DYNAMIK

Nogle vil måske spørge om, hvorvidt ændringerne i drivhuseffekten ikke er en naturlig del af Jordens dynamik. Ud fra de geologiske vidnesbyrd er det tydeligt, at Jorden har haft en god og effektiv drivhusatmosfære i mere end fire milliarder år. Der er ingen tvivl om, at koncentrationen af CO2 har varieret meget gennem Jordens historie, og at den i perioder har været meget højere end det nuværende niveau. Der er imidlertid heller ingen tvivl om, at mennesker ikke blev udsat for disse forhold, og at der ikke fandtes krav om opretholdelse af komplekse samfund, som var i stand til at understøtte milliarder af mennesker i stort set alle afkroge af planeten. Der findes kun få, om overhovedet nogle, forskere, som er i tvivl om, at CO2-indholdet i atmosfæren har varieret i takt med istidernes kommen og gåen i løbet af de seneste 250.000 år, hvor mennesker har strejfet rundt på Jorden. I disse perioder har CO2 varieret inden for et ret lille koncentrationsinterval. Siden begyndelsen af det 19. århundrede har vi set en hurtig og accelererende stigning i indholdet af CO2 i atmosfæren.

Den ekstra CO2 kan udelukkende tilskrives afbrændingen af fossile brændstoffer, fordi vi kan genkende en karakteristisk isotop-sammensætning fra denne kilde i atmosfærens CO2. Denne observation udelukker vulkanske kilder som årsag til den forøgede CO2. Der er derfor absolut ingen tvivl om, at CO2-stigningen i atmosfæren skyldes menneskelig aktivitet, og at dette menneskelige bidrag har hævet CO2-indholdet til et højere niveau, end naturlige variationer nogensinde har nået i de sidste 800.000 år. Stigningen er for øjeblikket 200 gange højere, end man nogensinde har målt i den del af Jordens historie, vi har adgang til.

Det har skabt en del forvirring, at året 2008 var ”årtusindets koldeste år”, og der har været højlydte spekulationer om, hvorvidt det modbeviste den CO2-påvirkede globale opvarmning. Årtusindet er imidlertid kun otte år gammelt, og 2008 var også et af de ti varmeste år, der nogensinde er målt. Det var varmere end 98 af årene i det sidste århundrede og formentlig varmere end 998 af årene i det sidste årtusind. Udtalelsen om årtusindets koldeste år kunne derfor nemt forveksles med demagogi.

Klimaet er syntesen af en lang række faktorer, og det er mest sandsynligt, at en lang række naturlige årsager bidrager til de klimaændringer, vi kan se for øjeblikket. I årtier er strømmen af energi til og fra Jorden imidlertid blevet overvåget fra satellitter, og det er indlysende, at der ikke er sket nogen ændring i energibidraget fra Solen.

Selvom andre effekter foruden ændringen af koncentrationen af drivhusgasser ikke kan afvises, så er det stigningen i disse gasser, der er den vigtige årsag til de stigende overfladetemperaturer. Mere væsentligt: Drivhusgassernes virkning bliver ikke ophævet, fordi man opdager andre effekter. Hvis det viser sig, at der også er naturlige årsager til temperaturstigningen på vores planet, er det endnu mere vigtigt, at vi bruger den eneste ”knap”, der kan drejes på af mennesker – vores egen udledning af drivhusgasser.

KLIMAET - BLIVER DET BEDRE ELLER VÆRRE?

Hvornår rammer katastrofen os så? Man kan ikke rigtigt anvende begreber som godt eller dårligt om klimaet. Enhver kultur vil betragte ændringer, der resulterede i fremkomsten af deres særlige – og særligt storslåede – samfund, som klimatiske forbedringer. Hvorimod de samme klimaændringer vil være blevet opfattet som en klimatisk krise af den foregående kultur, som kollapsede på grund af ændringerne. På ethvert givent tidspunkt vil hurtige ændringer i miljøet imidlertid føre til, at livet og menneskers samfund udsættes for belastninger.

I  vores nuværende situation er det hastigheden i klimaændringerne, som er problemets rod. Når vores betingelser ændrer sig hurtigere, end vi på tilfredsstillende vis kan tilpasse os dem, bliver vores samfund drænet for ressourcer, fordi vi er nødt til at bruge alle vores anstrengelser på at tilpasse os. På grund af den høje befolkningstæthed på Jorden i dag kan vi ikke længere bare flytte, når klimaet i vores område udfordrer vores livsform. Vi vil ikke nødvendigvis opleve markante klimatiske katastrofer på første hånd, men vi vil helt sikkert opleve et stadig mere besværligt og uroligt dagligliv i samfund, som mister flere og flere af deres grundlæggende betingelser.