Pär är meteorolog och känd klimatdebattör förklarar nedan klimatförändringens orsaker. För en mer utförlig och uppdaterad redogörelse hänvisas till Pärs senaste publikation, Mot ett varmare klimat, som du kan läsa HÄR
Växthuseffekten
För att förstå vad som händer med klimatet måste vi börja med växthuseffekten. Det blir enklast så, för utan växthuseffekten: ingen klimatkris.
Och å andra sidan: utan växthuseffekten hade vi inte haft något liv på Jorden. Vår planet hade varit ett isklot i långsam bana kring en avlägsen sol.
Växthuseffekten är det som gör att en del av värmen från solen stannar kvar i hav och atmosfär. Ungefär så här går det till:
Solenergin når Jorden i form av kortvågig strålning. En del av strålningen reflekteras – av t ex moln, snö och is – men det mesta når mark och hav. En solig dag tar Jorden emot mer energi än den förlorar fram till 14-15-tiden. Det blir helt enkelt varmare.
Men hela tiden avger även Jorden värme – nu i form av långvågig, infraröd strålning. Framemot eftermiddagen och tills solen går upp nästa morgon avger mark och hav mer energi än vad som tas emot. Det blir kallare.
Utan växthuseffekten hade det här blivit något av ett nollsummespel. Solen hade aldrig klarat av att värma planeten tillräckligt. Då hade vi inte heller funnits. Man räknar med att Jordens medeltemperatur hade legat kring -18 grader.
Men det som händer är att vissa gaser fångar upp en del av Jordens långvågiga strålning, medan den kortvågiga solstrålningen inte påverkas. Det blir ungefär som i ett växthus, där glaset inte spärrar ute särskilt mycket av solens energi, men håller kvar värmen längre.
Det som skiljer vår atmosfär från glaset i ett växthus är att värmestrålningen från Jorden i stället fångas upp av vissa gasmolekyler i atmosfären, som skickar iväg strålningen åt alla möjliga håll. En del av strålningen skickas ner mot jordytan igen, varefter den åter stiger. Resultatet: atmosfären värms upp.
Det finns flera växthusgaser. Den viktigaste är vattenångan och näst störst effekt har koldioxiden. Eftersom de olika växthusgaserna delvis påverkar samma våglängder av strålningen är det svårt att säga exakt hur mycket respektive gas bidrar med. Men vattenångan står för storleksordningen 40-70 %, medan koldioxiden står för 10-25 %. Av övriga växthusgaser bidrar metan (CH4) och dikväveoxid (N2O), dvs lustgas med cirka 5 procent var. Även ozon och olika halocarboner påverkar. Även om halokarbonerna, dvs gaser där kolet är bundet till klor, brom och/eller fluor, förekommer i mycket små mängder i atmosfären kan de vara mycket långlivade (stabila) och ha en mycket större förmåga att per molekyl värma upp atmosfären än koldioxiden.
Kom alltså ihåg: växthuseffekten är naturlig, utan den hade det inte funnits något liv på Jorden. Det som kan bli problematiskt är när effekten ökar eller minskar. Det påverkar oss nämligen – ibland rejält.
När växthuseffekten blir starkare eller svagare
Jordens klimat har varierat kraftigt genom historien. Det har funnits perioder då det varit betydligt varmare än nu, och det har även varit perioder med betydligt kallare klimat än vad vi har idag. Under den senaste istiden, för storleksordningen 10 000 – 100 000 år sedan var det 5-10° kallare än vad det varit under den värmeperiod som Jorden befunnit sig i under de senaste cirka 10 000 åren. Orsaken till skiftningarna har bland annat varit skillnader i halten av växthusgaserna.
Men hur kan det vara så? Fram till för ett par hundra år sedan fanns det ju inga kolkraftverk eller bensindrivna fordon och flygplan?
Svaret är att det finns andra sätt som växthusgaserna kan öka eller minska på. Det visar historien om hur Jorden gått in och ut ur istider de senaste tre miljoner åren. Dessa mångtusenåriga cykler styrs ytterst av små rubbningar i planetens bana kring solen och i Jordaxelns lutning. En istid inleds med att en sådan rubbning gör att isen växer till sig vid en eller båda polerna. Detta gör i sin tur att mer solenergi reflekteras bort från Jorden – man säger att planetens albedo (reflexionsförmåga) ökar. När hav och mark kyls avges inte lika mycket koldioxid. Haven blir dessutom bättre på att lagra kol när de blir kallare. Sakta minskar koldioxidhalten i atmosfären. Växthuseffekten avtar. Det blir kallare, vilket gör att isen kan breda ut sig ännu mer.
Samma process – men omvänd – sätts igång när Jorden går in i en ny tidscykel och det börjar falla in mer solenergi över polerna. De här processerna kallas ibland för självförstärkande återkopplingar. Det är alltså små initiala förändringar som efterhand leder till en betydligt större effekt.
Människan och våra förfäder har levt genom några av dessa cykler – vilka kallas ”Milankovichcykler ”, efter den ryske geolog som först lade fram hypotesen om dem. De har inneburit svåra påfrestningar. Den senaste istiden – som inleddes för cirka 130 000 år sedan – tvingade antagligen många människor att lämna trakter där de vant sig att jaga och fiska, men samtidigt öppnades även nya möjligheter i andra delar av världen när exempelvis världshaven sjönk, då alltmer vatten bands upp i de växande inlandsisarna. Nya levnadsmönster utvecklade sig. Det blev tuffare att överleva i exempelvis Europa, men framför allt i nuvarande Indiska oceanen torrlades nya områden som dessutom gav människor möjlighet att befolka Australien. Klimatet under istiden var sällan stabilt under några längre tidsperioder, bland annat på grund av att havsströmmar, som Golfströmmen, verkar ha varit instabila och ofta ändrats i styrka. Den värmeperiod, eller interglacial som beräknas ha pågått i 11 700 år sedan denna istid har däremot varit mycket stabil när det gäller klimatet, vilket utan tvivel har bidragit till att forma den värld vi lever i. Vi hade antagligen inte kunnat bygga upp vårt komplicerade samhälle, med urbanisering och industrialisering, om inte klimatet varit så stabilt som det har varit under större delen av den nuvarande geologiska tidsepoken ”holocen”.
De senaste 200 åren
På en längre tidsskala är vi nu av de tidigare nämnda astronomiska skälen långsamt på väg mot nästa istid. Den skulle troligen ha dröjt ytterligare fem eller tiotusen år, och avkylningen skulle de närmaste århundradena troligtvis varit av storleksordningen någon hundradels grad per århundrade, vilket troligen inte gett vårt samhälle särskilt stora utmaningar att anpassa oss till.
Men när vi började använda kol och olja i stor omfattning på 1800-talet ändrades förutsättningarna. Den långsamma temperatursänkning som tycks ha präglat Jorden, åtminstone de senaste tusen åren, förbyttes i en uppvärmning.
Orsaken är huvudsakligen utsläpp av koldioxid från förbränning av fossila bränslen, i form av kol, olja och gas, samt skövling av skog.
Det finns tre kurvor som berättar nästan hela historien.
Den första visar hur stora utsläppen har varit från fossila bränslen sedan år 1800:
Bild 1
Källa: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Global_Carbon_Emissions.svg
Under det tidiga 1800-talet, innan den industriella revolutionen slog igenom, låg atmosfärens koldioxidhalt på 280 ppm (miljondelar). På grund av våra utsläpp har halten stigit sedan dess och närmar sig nu 400 ppm. Kurvan ser ut så här:
Bild2
http://www.esrl.noaa.gov/gmd/webdata/ccgg/trends/co2_data_mlo.png
Klicka på länken ovan för att få en aktuell bild.
Källa: http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/
Under samma tidsperiod har den globala medeltemperaturen stigit med cirka 0,8 grader. Den kurvan ser ut så här (den börjar 1880, det är bara sedan dess det finns tillförlitliga mätningar)
Bild3
Källa: http://data.giss.nasa.gov/gistemp/graphs_v3/Fig.A2.gif
Som du ser följer kurvorna varandra. Ökad användning av fossila bränslen höjer koldioxidhalten i atmosfären vilket i sin tur ökar växthuseffekten. Resultatet: det blir varmare.
Men det är inte bara förstärkningen av växthuseffekten som påverkar och förändrar klimatet. Under perioden 1930-1970 steg temperaturen bara marginellt. Troligen berodde detta på de massiva svavelutsläppen från kolkraftverken. När svaveldioxid reagerar med vattenånga bildas små sulfatdroppar – aerosoler – på hög höjd. Aerosolerna reflekterar solljus och verkar alltså avkylande. När man införde rökgasrening i stor skala minskade svavelutsläppen och aerosolernas dämpande inverkan på uppvärmningen avtog. Utsläppen av partiklar är fortfarande stora i delar av Asien och Latinamerika där de maskerat av en stor del av den uppvärmning som växthusgaserna har orsakat. Växthusgaserna sprider sig relativt snabbt över hela jordklotet och stannar dessutom kvar länge i atmosfären, det kan handla om hundratals eller tusentals år. Partiklarna sprids däremot bara över mindre områden och stannar bara kvar i atmosfären under max veckor eller månader. Partiklarna har alltså bara en lokal eller regional påverkan. Den dag man även har renat utsläppen i Asien och Latinamerika, eller t o m ställt om till ett fossilfritt samhälle, lär det bli betydligt varmare i de delarna av världen. Man kallar den här avkylande effekten för ”global dimming”.
De andra växthusgaserna
I debatten pratas de mest om koldioxid, men det finns som redan nämnts flera andra växthusgaser. De viktigaste är följande:
Vattenånga förekommer naturligt i atmosfären och står för större delen av växthuseffekten. Vattenångan har en viktig förstärkande roll i klimatförändringarna. Varm luft kan innehålla mer vattenånga, vilket alla som upplevt tropisk luftfuktighet kan intyga. Uppvärmning till följd av koldioxidutsläpp leder till mer vattenånga i atmosfären vilket i sin tur spär på uppvärmningen ytterligare.
Metan är en mycket stark men kortlivad växthusgas. Gasen anses ha ca 25 gånger starkare klimatpåverkan än koldioxid i ett hundraårsperspektiv. Men eftersom metan bryts ner till koldioxid redan efter 10-20 år är det mer relevant att titta på gasens klimatpåverkan i ett tjugoårsperspektiv, då den är drygt 70 gånger kraftfullare än koldioxid. Sedan 1800-talet har halten i atmosfären ökat kraftigt. Risfält och idisslande djur är viktiga metankällor, tillsammans med vårt eget matavfall. Vi får antagligen räkna med att utsläppen ökar i takt med att vi blir fler människor på jorden, framför allt om allt fler väljer att äta mer kött. Men vi kan även utnyttja våra utsläpp av metan som biogas, och därigenom både få energi och minska vår klimatpåverkan.
Freoner påverkar inte bara ozonskiktet utan även växthuseffekten. Montrealprotokollet som förbjöd användning har lett till en viss minskning av koncentrationerna atmosfären. Även om de förekommer i betydligt mindre mängder i atmosfären än de tidigare nämnda gaserna kan de på sikt få en stor klimatpåverkan eftersom de stannar kvar länge och kan ha en klimatpåverkan per molekyl som är 1000-tals gånger större än koldioxiden.
Dikväveoxid (lustgas) har ökat snabbt i atmosfären, med största sannolikhet på grund av jordbruket. Bakterier omvandlar gödsel till lustgas.
Ozoner förekommer såväl högt upp i stratosfären – ozonskiktet – som i form av industriella föroreningar. Medan ozonet i stratosfären skyddar oss från farlig UV-strålning bidrar ozonet på marknivå till förstärkningen av växthuseffekten.
Strålningsbalansen
Vi vet alltså att vi människor har rubbat klimatet genom att förbränna fossila bränslen, skövla skog och genom att dessutom orsaka ökande utsläpp av andra växthusgaser. Det vi har gjort är att påverka den så kallade strålningsbalansen. Jorden klarar för närvarande inte av att avge lika mycket energi som den tar emot från solen. Därför kommer planeten att värmas upp till dess att balansen är återställd. Det här är en del av trögheten i klimatförändringen. FNs klimatpanel, IPCC, skriver att vi inte kommer se full effekt av de utsläpp vi redan gjort förrän om storleksordningen 1000 år. Om vi förenklar det hela går det att säga att jordytan – inklusive oceanerna – i genomsnitt under dygnet tar emot 240 watt solenergi per kvadratmeter. Om klimatet vore i balans och temperaturen stabil skulle lika mycket energi stråla ut från Jorden. Men riktigt så är det inte. Sedan förindustriell tid, dvs början av 1800-talet, har dels växthusgaserna hejdat utstrålningen av värme, dels har ett antal andra faktorer spelat in. FN:s klimatpanel IPCC angav följande uppskattningar i sin rapport 2013. Siffrorna anger hur många fler watt per kvadratmeter Jorden tar emot till följd av ökningen av olika växthusgaser. Osäkerhetsintervaller finns inom parentes.
CO2: 1,68 (+-0,35)
CH4(metan): 0,97 (+-0,23)
Freoner m fl 0,18 (+-0,17)
Lustgas (dikväveoxid) 0,17 (+- 0,04)
Växthusgaserna står alltså för en påverkan av ca 3 watt. En stor del beror på förbränning av kol, olja och gas. Men även jordbruket, avskogningen och djurhållningen har spelat in.
IPCC räknar även med att solaktiviteten ökat något de senaste 200 åren. Man uppskattar effekten till cirka 0,3 watt.
Den största osäkerheten gäller emellertid aerosolernas påverkan. De små sulfatdropparna verkar på två sätt. Dels reflekterar de solstrålning, dels påverkar de molnbildningen. Vi vet att de kyler klimatet avsevärt, men inte riktigt hur mycket.
Detta gör att klimatpåverkan sedan förindustriell tid inte kan beräknas mer exakt än att den ligger på 1-2 watt. Det vore angeläget att få veta hur stor aerosolernas inverkan egentligen är. Om de kyler mycket, ligger en rejäl omgång uppvärmning i pipelinen när kolkraftverken världen över förses med rökgasrening eller när vi minskar kolanvändningen. Om aerosolerna kyler mindre än vi tror, ökar våra möjligheter att undvika farlig uppvärmning.
Klimatkänsligheten
Begreppet klimatkänslighet är centralt för att beräkna hur stor uppvärmning en viss ökning av växthusgaserna leder till. Mycket av den forskning som bedrivs siktar till att nå ett så exakt värde som möjligt.
Klimatkänslighet definieras som den uppvärmning en fördubbling av koldioxidhalten leder till. För att försöka beräkna den använder forskarna flera metoder. Studier av forntida klimatförändringar – paleoklimatologi – kan ge viktiga ledtrådar. Men även datormodellering som utgår från det vi vet om hur olika faktorer påverkar klimatet används.
FN:s klimatpanel slog 2007 fast att en fördubbling av koldioxidhalten bör leda till 2 – 4,5 graders uppvärmning. Högre eller lägre värden kan inte uteslutas, men den mest sannolika klimatkänsligheten anses vara kring 3 grader.
Den förindustriella CO2-halten låg på 280 ppm. Det skulle innebära att en halt på 560 ppm troligen leder till en ca 3 grader varmare värld – inte omedelbart, men när strålningsbalansen åter kommer i jämvikt.
Men varför denna osäkerhet? En viktig anledning är att forskarna ännu inte riktigt vet hur uppvärmningen påverkar molnbildningen. Moln kan verka åt två håll – de kan reflektera solljus och därmed kyla, och de kan hejda strålningen från jordytan och därmed värma. Molniga dagar blir svala medan molniga nätter blir ljumma. Man vet fortfarande inte riktigt hur de olika effekterna kommer att slå i en varmare värld. I exempelvis södra Europa kan vi sommartid räkna med minskad molnighet i takt med att klimatet blir allt torrare. Där leder i så fall minskad molnighet till ytterligare uppvärmning. Hos oss i norra Europa pekar klimatmodellerna på att det vintertid skulle kunna bli ökad molnighet och ett nederbördsrikare klimat. Här är det i så fall i stället den ökade molnigheten som leder till ytterligare uppvärmning.
Det finns även andra feedbackprocesser som kan påverka. När glaciärer och havsis smälter tar Jorden emot mer värme eftersom den reflekterande snön och isen försvinner. Jorden ändrar då sitt albedo och blir mörkare. Det kan sedan leda till att ännu mer snö och is smälter, och vi hamnar i en självförstärkande process. Och när norra halvklotets permafrost nu börjar tina, avger mark samt sjö- och havsbottnar mer koldioxid och metan. Den här återkopplingen är svår att räkna på, eftersom vi inte vet hur stor den kan bli. Den återfinns för det mesta inte i klimatmodellerna, just på grund av osäkerheten att fastslå hur stor den kan vara. Paleoklimatologiska studier tyder däremot på att redan ganska måttliga temperaturförändringar kan sätta igång processer som leder till omfattande klimatförändringar. Det är bakgrunden till att flera forskare idag förespråkar en sträng försiktighetslinje, och menar att redan dagens klodioxidhalter är farligt höga.
Många klimatdebattörer menar idag att vi för att undvika alltför stora följdproblem av den globala uppvärmningen borde sträva efter att stabilisera mängden CO2 under 350 ppm. Det var NASAs James Hansen som 2008, tillsammans med ett antal andra kollegor, publicerade en artikel med titeln: ”Target Atmospheric CO2: Where Should Humanity Aim?” Den artikeln går att ladda ner från den här sidan: http://arxiv.org/abs/0804.1126
Uppvärmningens effekter
Den globala uppvärmningen kommer att förändra vår värld. Tecknen syns redan och allt talar för att vi bara sett början. Redan den mängd växthusgaser som vi släppt ut till dags dato, garanterar ytterligare några tiondelars temperaturstegring, eftersom strålningsbalansen är rubbad och det dröjer innan klimatet kommer i jämvikt. Och om större delen av svavelpartiklarna på sikt försvinner från vår atmosfär innebär det en ytterligare uppvärmning på åtminstone en halv grad, troligen mer. Eftersom vi redan har fått en uppvärmning på 0,7-0,8 grader minskar därmed möjligheterna snabbt att klara av det så kallade 2-gradersmålet, trots att alla världens länder i dag är överens om det. Miljöorganisationer anser att vi bör sträva efter maximalt 1,5 graders uppvärmning, för att undvika alltför stora negativa konsekvenser i framtiden. Och det oavsett om vi mäter negativa konsekvenser i form av ekonomi, mänskligt lidande, sämre skördar globalt, minskad biologisk mångfald eller risken för att andra allvarliga händelser ska inträffa. Det senare kan dessutom vara händelser som vi idag inte ens är medvetna om att de skulle kunna hända. ”Expect the unexpected…
Forskarna räknar med bl a följande effekter:
Vattencykeln blir mer intensiv. I en varmare värld avdunstar mer vatten, som förr eller senare måste falla någonstans i form av regn. Detta kommer att leda till ökad torka på vissa ställen och mer nederbörd på andra. Regnen kommer dessutom att bli kraftigare och därmed öka risken för översvämningar. Globalt har de senaste åren varit de nederbördsrikaste, även om mätningarna av nederbörd är betydligt osäkrare än temperaturmätningarna.
Vi kommer troligen att få se fler mycket kraftiga orkaner i vissa delar av världen, som i sin tur drar med sig ökade mängder regn. Huruvida det totala antalet orkaner kommer att öka, eller rentav minska, är emellertid föremål för debatt.
Havsnivån kommer att höjas. För närvarande stiger nivån med drygt 3 mm om året, framförallt beroende på att varmare vatten ökar i volym, men även som en effekt av att smältvatten från landbaserade glaciärer, som på Grönland. Fortsatt uppvärmning kommer emellertid att leda till större avsmältning av glaciärerna. Uppskattningarna av vad som händer fram till år 2100 varierar kraftigt, men många forskare räknar med havsnivåhöjningar på en meter, eller drygt det, vilket skulle drabba världens kustnära och låglänta områden hårt. Eftersom osäkerheten när det gäller avsmältningen av landbaserade glaciärer är så stor skriver IPCC i sin senaste rapport 18 – 59 cm, utan att då ta med hela effekten från avsmältningen.
Extrema värmeböljor har redan blivit vanligare och vi har bara sett början. Rekordhettan i Ryssland 2010, USA 2012 och Australien 2013 är tyvärr antagligen något som blir allt vanligare i framtiden. Förutom att värmen leder till fler dödsfall bland äldre och sjuka blir resultatet fler skogs- och gräsbränder. Skogsbränderna leder i sin tur till en självförstärkande återkoppling, eftersom de frigör kol från träden i form av koldioxid till atmosfären, vilket då leder till att växthuseffekt förstärks ytterligare.
Biodiversiteten kommer att påverkas starkt – antalet arter kommer att minska. Till de tidigaste effekterna, som vi redan ser, hör att korallreven påverkas negativt vilket i sin tur påverkar havens näringskedjor. Många landlevande arter kommer att dö ut eftersom de inte hinner anpassa sig till snabba klimatförändringar som påverkar lokal flora och fauna. Den biologiska mångfalden är dessutom mycket viktig för hur vi ska kunna hantera och anpassa oss till ett varmare framtida klimat. Ju större den biologiska mångfalden är, desto större är sannolikheten att det finns växter och djur som klarar av att anpassa sig till klimatförändringarna.
Havet försuras vilket riskerar att leda till att många vattenlevande arter dör ut. Försurningen är en följd av att en stor del av den koldioxid vi släpper ut upptas av havet och där bildar kolsyra. Arter som är beroende av att bilda skal – alltifrån plankton till större kräftdjur får svårare att bilda skal. Även korallerna påverkas. Ju varmare haven blir desto sämre kommer de bli på att lagra kol. Det finns alltså en risk för att en del av de utsläpp som vi orsakade under 1900-talet, och som för närvarande finns lagrade i haven, återvänder till atmosfären i framtiden. Då får vi en förstärkning av växthuseffekten, även om vi då i framtiden har skapat ett helt fossilfritt samhälle.
Till sist riskerar uppvärmningen att leda till att vi når så kallade tipping points – tröskeleffekter som gör att uppvärmningen fortskrider ett bra tag till även om vi slutar att släppa ut växthusgaser. Vi har redan nämnt avsmältningen av Arktis som gör att havet tar emot mer värme, samt upptiningen av permafrosten som orsakar ytterligare metan- och koldioxidutsläpp. Andra tröskeleffekter forskarna oroar sig för är bl a att havet inte ska klara av att lagra lika mycket koldioxid som nu, samt att stora regnskogsområden som Amazonas ska gå under i skogsbränder som kommer att frigöra stora mängder koldioxid. Det är inte minst mot bakgrund av dessa risker som allt fler klimatforskare menar att det vore ytterst farligt om den globala uppvärmningen blir större än 1,5 grader.
Men även om det tyvärr är alltför lätt att måla upp en pessimistisk bild av framtiden, är det viktigt att det i sin tur inte leder till en känsla av att det redan är kört. Att ge upp ger ju lika lite resultat som att stoppa huvudet i sanden och låtsas som att det inte skulle finnas några problem. Är det bara tillräckligt många människor som tycker att klimatfrågan är tillräckligt viktig så får vi till slut även tillräckligt stora förändringar av vårt samhälle. Det kommer aldrig vara för sent för att göra så mycket som möjligt.
Pär rekommenderar sina egna sidor om klimatet.
http://www.parholmgren.se/co2.php