Hvad ændrede sig først: CO2 eller temperatur? – Københavns Universitet

Center for Is og Klima > Formidling > Spørg om klima > Spørgsmål > Hvad ændrede sig først...

16. december 2008

Hvad ændrede sig først: CO2 eller temperatur?

Jens Thillerup spørger:

Jeg kunne tænke mig en "second opinion" fra NBI på de, efter min opfattelse, to vigtigste videnskabelige statements i bogen "Fire, Ice and Paradise" af H. Leighton Steward udgivet 2008.

I bogen fra 2008 er grafer og tekst der viser at:

1. CO2 kommer EFTER temperaturstigning,- med andre ord: CO2er et resultat af temperaturstigningen og ikke omvendt hvad der ellers er den fremherskende mening på bjerget. Data viser også faldende temperaturer for stigende CO2! (se kopi af grafen på side 28 i bogen nedenfor)

2. CO2 indholdets indvirkning på temperaturen aftager logaritmisk med CO2 koncentrationen,- dvs den CO2 der kommer til i en højere koncentration vil give langt mindre temperaturstigning for den samme mængde CO2! Over jordens levetid har koncentration af CO2 været mere end ti til tyve gange højere (> 3000-6000 ppm) uden at temperaturen er gået helt grassat.

Se graf i fuld størrelse

Graf over temperatur og CO2-koncentrationer fra 20 til 10.000 år før nu. ("Fire, Ice and Paradise" 2008 af H. Leighton Steward)

Hvis dette er fakta (eller i det mindste en overvejende sandsynlighed) vil jeg mene det rykker klimadiskusionen over i et helt andet regi hvor det er alle de andre faktorer (solpletter, jordens bane, kosmisk stråling etc. etc.) der har en meget større medindflydelse som ikke er fuldt forstået og CO2 udledningen er een (og måske ikke engang væsentlig) blandt mange faktorer.

Har studiet af iskerner bekræftet ovenstående, dvs. at CO2-stigning kommer efter temperaturstigning, og er en yderligere stigning i CO2 næsten uden indvirkning, eller er forfatteren ude i et andet ærinde?

Og hvis der er noget om snakken hvorfor fylder det så ikke mere i diskussionen? ER CO2-problemet i virkeligheden gået i medie-selvsving?

Sune Olander Rasmussen, klimaforsker ved Center for Is og Klima, Niels Bohr Instituttet, Københavns Universitet, svarer:


De korte svar er:

  • Har studiet af iskerner bekræftet ovenstående, dvs. at CO2-stigning kommer efter temperaturstigning? JA, iskernerne viser at CO2-indholdet begynder at ændre sig ca. 800 år efter temperaturen, men CO2 er ikke desto mindre væsentlig for den samlede opvarmning, der tager mere end 5000 år.
  • Er en yderligere stigning i CO2 næsten uden indvirkning? NEJ, det er der intet grundlag for at påstå.

Dine observationer mht. data er i øvrigt korrekte, men det er iagttagelser, der allerede indgår i det videnskabelige arbejde, der ligger til grund for f.eks. rapporterne fra FNs klimapanel, IPCC. Uden at have læst Stewards bog kunne jeg godt få den fornemmelse, at forfatteren har bygget en historie op omkring nogle tilsyneladende paradoksale observationer, som han enten ikke evner eller ikke ønsker at sætte ind i et større billede.

Resultaterne fra iskerneforskningen giver os ikke grund til at betvivle, at CO2 er den vigtigste årsag til den konstaterede globale opvarmning. Omvendt er der heller ingen, der seriøst kan påstå, at CO2 er den eneste faktor, der betyder noget, eller at vi har forstået alle detaljerne i klimasystemet.

Jeg vil i det nedenstående forsøge at forklare de fysiske sammenhænge bag det korte svar.

Hvad viser grafen?

Grafen fra Stewards bog viser temperatur og CO2-indhold i perioden fra 20 til 10 tusinde år før nu og dækker hele overgangen fra den seneste istid til vores nuværende mellemistid. Temperatur-kurven er rekonstrueret fra isotopmålinger fra den antarktiske EPICA Dome C iskerne. Kurven er repræsentativ for den antarktiske temperatur i denne periode, men ikke den globale middeltemperatur. CO2-kurven kommer fra måling af indholdet af CO2 i de små bobler af fortidens atmosfære, der er fanget i isen. Da atmosfæren blandes indenfor et årti eller så, er CO2-kurven repræsentativ for CO2-indholdet i hele atmosfæren.
Det er således allerede iskernedata, der ligger til grund for grafen. Data fra andre iskerner bekræfter de viste data.

CO2 og temperatur gennem mange istider

Lad mig starte med at vise en relateret figur, der viser tilsvarende CO2-data og temperatur-rekonstruktioner, blot gennem de sidste 800.000 år, hvor klimaet har skiftet gentagne gange mellem istid og mellemistid. Desuden vises indholdet af methan (CH4), der er en anden vigtig drivhusgas.

Se graf i fuld størrelse

CO2-data og temperatur-rekonstruktioner gennem de sidste 800.000 år.

Det ses klart at der er store naturlige variationer i mængden af drivhusgasser. CO2-indholdet svinger mellem 180 og 300 ppm, mens CH4-indholdet gennem de sidste istider har svinget mellem 340 og 800 ppb. Til sammenligning er CO2-indholdet i 2008 386 ppm (dvs. det dobbelt af istidsniveauet og 30% over mellemistidsniveuaet), mens CH4-indholdet er 1790 ppb (dvs. 2-5 gange det naturlige niveau). Konklusionen er, at menneskeskabte udledninger har bragt atmosfærens tilstand i en situation langt fra de naturlige svingninger, der har domineret gennem de sidste mange istids-mellemistids-svingninger. Man skal derfor være forsigtig med direkte at overføre, hvad vi kan lære af studiet af fortidens naturlige klimavariationer til den situation, vi står i nu.

CO2 og temperatur ved istidens afslutning

Det er tydeligt på grafen, at indholdet af drivhusgasser følges med temperaturændringerne gennem istidssvingningerne. Når man undersøger iskernerne mere detaljeret gennem de perioder, hvor istiderne slutter, ser man at både temperatur og CO2-indhold hver gang bruger mange årtusinder på at ændre sig fra istidsværdier til mellemistidsværdier. Man opdager også at temperaturen ved istidernes afslutninger begynder at stige mange hundrede år før CO2-indholdet. For den seneste istids afslutning (den graf, der følger med spørgsmålet) mener forskerne, at der er en forskel i starttidspunkt på ca. 800 år ud af de 5-6000 år, overgangen fra istidsværdier til mellemistidsværdier tager.
Konklusionen er, at det ikke er stigende CO2-indhold, der i Jordens fortid har startet mellemistiderne, men det betyder på ingen måde, at CO2 er uvæsentlig for opvarmningen
Det er alment anerkendt, at det formentlig er ændringer i mængden og fordelingen af solstråling på Jorden (den såkaldte Milankovitch-effekt), der udløser skiftet mellem istid og mellemistid, men ændringerne er for små til i sig selv at forklare temperaturforskellen mellem en istid og en mellemistid. Her kommer CO2 og CH4 ind i billedet, for når temperaturen begynder at stige på grund af øget solstråling, begynder CO2- og CH4-indholdet i atmosfæren også at stige (se afsnittet Feedbacks nedenfor), hvilket medfører en forstærket opvarmning, der igen medfører et øget CO2- og CH4-indhold i atmosfæren og så videre. Denne slags forstærkende mekanismer kaldes tilbagekoblings- eller feedback-mekanismer, og er afgørende for forståelsen af klimasystemets dynamik.

I denne forklaringsmodel er CO2 således ikke den udløsende faktor for opvarmningen fra istid til mellemistid, men afgjort en af de vigtigste faktorer for den samlede 5-6000 år lange opvarmning.

CO2 og temperatur i dag

Atmosfærens indhold af drivhusgasser er - som beskrevet ovenfor - steget til værdier langt over det interval, hvori indholdet har været gennem de sidste 800.000 års naturlige klimasvingninger. Vi ved hvor de ekstra drivhusgasser kommer fra, vi kan måle at de pågældende gasarter er i stand til at absorbere varmestråling (dvs. er drivhusgasser), og vi kan måle en stigende temperatur. Vi har tilmed en forklaringsmodel, der bygger på velforståede og velunderbyggede fysiske årsagssammenhænge, der ved hjælp af klimamodeller tillader os at forklare den observerede opvarmning når vi medregner det stigende drivhusgasniveau. Arbejdet er udført af tusinder af forskere, hvoraf mange har arbejdet helt uafhængigt af hinanden.

Samtidig er der ikke præsenteret andre forklaringer på den observerede opvarmning, der har tilnærmelsesvis samme opbakning fra data og modelresultater.

Det betyder naturligvis hverken at det er 100% sikkert at alt hvad vi mener at forstå i dag er rigtigt, eller at drivhusgasserne er den eneste faktor, der påvirker klimaet, men der er bred enighed blandt fagfolk om, at hovedparten af den globale opvarmning skyldes den øgede mængde drivhusgas i atmosfæren.

Feedbacks

Feedbacks, som man populært kan kalde lavine-effekter, er meget vigtige for klimaets udvikling, idet de forstærker eller modvirker små ændringer. På den måde kan klimaet ændre sig voldsomt og nogle gange meget brat, selvom den oprindelige påvirkning er relativ lille. Og ændringerne er ofte ikke-reversible, hvilket i lavine-sprog betyder, at vi ikke kan skubbe lidt sne tilbage på plads og derved få lavinen til at løbe tilbage op ad bjerget.

Se figur i fuld størrelse

CO2 feedback

Årsagen til at CO2-indholdet stiger, når temperaturen begynder at stige, er f.eks. at havvands evne til at indeholde CO2 (opløseligheden af CO2), afhænger af temperaturen. Når temperaturen i atmosfæren stiger, opvarmes havet, og opløseligheden af CO2 i oceanerne falder. Oceanet optager derfor mindre CO2, og derved stiger CO2-koncentrationen i atmosfæren, hvilket igen medfører øget opvarmning.

Methan (CH4) indgår i en tilsvarende feedback-mekanisme. Mekanismen er her, at opvarmningen medfører at store områder med permafrost i Sibirien begynder at tø. Områderne er dækket af tørvemoser, der efter optøning begynder at udsende CH4, der forstærker opvarmningen yderligere.

Se figur i fuld størrelse

Albedo feedback

Et helt tredje feedback, der ikke har noget med drivhusgasserne, at gøre er det såkaldte is-albedo-feedback. Hvis et område nær snegrænsen eller nær kanten af havisen opvarmes en smule, smelter sneen eller isen. Sne og is reflekterer over halvdelen af den solstråling, der falder på overfladen (det er overflader med høj såkaldt albedo), mens hav eller f.eks. våd jord absorberer det meste af strålingen (lav albedo). Når de hvide flader erstattes af mørke flader, bliver albedoen således lavere, og den øgede absorption af solstråling medfører en opvarmning. Opvarmningen vil medføre øget afsmeltning ... og så ruller lavinen.

I alle tre tilfælde er resultatet, at en lille opvarmning starter en kæde af ændringer, der forstærker opvarmningen. Fordi små ændringer forstærkes, kaldes mekanismerne positive feedbacks, men der findes også såkaldte negative feedbacks, der bremser eller modvirker ændringer.

Feedbacks kan altså både være med til at accelerere klimaændringer og til at stabilisere klimaet. Klimasystemet indeholder en overvældende mængde feedbacks, der kobler forskellige dele af klimaet sammen. Det er derfor klimamodeller er så vigtige for at kunne forstå klimaet: intet menneske kan overskue alle de samtidigt virkende mekanismer og feedbacks i klimasystemet, men ved at formulere sammenhængene matematisk-fysisk, kan forskerne bruge computermodeller til at finde ud af hvilke mekanismer og feedbacks, der er de vigtigste.

Øvrige kommentarer

Tekst fra spørgsmålet i kursiv og svar i alm. tekst.

Data viser også faldende temperaturer for stigende CO2.
Det er rigtigt at der er en periode omkring 13.000 år før nu, hvor temperaturen på Antarktis falder svagt, mens CO2-indholdet er stabilt. Men her er det vigtigt at bemærke, at temperaturkurven ikke viser den globale middeltemperatur, men den lokale. Det nordatlantiske område befandt sig på samme tid i en markant varmeperiode ved navn Bølling- og Allerød-tid. Det tilsyneladende paradoks fremkommer altså fordi Steward sammenligner den globale atmosfæres CO2-indhold med den antarktiske temperatur.

CO2 indholdets indvirkning på temperaturen aftager logaritmisk med CO2 koncentrationen,- dvs den CO2 der kommer til i en højere koncentration vil give langt mindre temperaturstigning for den samme mængde CO2!
Min kollega fra Center for Is og Klima, Peter Langen, svarer: Det er ganske korrekt at CO2 påvirkning af jordens energiregnskab (strålingsbalancen) falder efterhånden som CO2-indholdet stiger. Det betyder dog ikke på nogen måde, at stigninger af CO2-indholdet i den størrelsesorden, der er realistiske for de næste mange århundreder, bliver uvæsentlige.
Den logaritmiske sammenhæng er ikke en eksakt lovmæssighed, men snarere en slags tommefingerregel. CO2-niveauet i den førindustrielle periode var ca. 280 ppm. Hvis vi tænker os at dette indhold fordobles, vil det påvirke Jordens energiregnskab svarende til at solstrålingens intensitet stiger med 4 W/m2. Hver gang vi fordobler CO2-indholdet, vil denne påvirkning stige svarende til 4 W/m2.
Effekten skyldes mætning af de bølgelængde-bånd, hvori CO2 absorberer elektromagnetisk stråling. Det er en velkendt effekt, som er medtaget i alle klimamodeller i de sidste 3 årtier. Forholdet er også nævnt i den seneste IPCC-rapport.
Bemærk i øvrigt, at sammenhængen rent fysisk gælder mellem CO2-indholdet og energiregnskabet, ikke mellem CO2 og temperatur direkte.

Over jordens levetid har koncentration af CO2 været mere end ti til tyve gange højere (> 3000-6000 ppm) uden at temperaturen er gået helt grassat.
Ja, CO2-indholdet har været meget højt i flere perioder i Jorden fjerne geologiske fortid, men ikke i den periode, hvor Jorden har set ud, som vi kender den. CO2 er afgjort ikke den eneste faktor, der påvirker klimaet, men det er den faktor, der i vores nuværende situation ændrer sig hurtigst og mest voldsomt.