2 SUSTAINABLE 2.0
KLIMA DRIVHUSEFFEKTEN OG KULSTOFKREDSLØBET
Kilde: wikimedia
Klimaet i forandring Vi læser og hører hele tiden om det: Der kommer flere kraftige skybrud, vildere tordenvejr og storme, oversvømmelser, områder med tørke og mange andre naturlige begivenheder, der bliver mere intense, og som ses oftere end førhen. Det sker, fordi Jordens klima bliver varmere og varmere.
AFSNIT 2.1
INTRODUKTION
Og selvom det ikke er muligt at koble en specifik hedebølge eller et enkelt kraftigt skybrud direkte til klimaforandringerne, så er forskellen fra tidligere, at vejrfænomenerne vokser i hyppighed, omfang, styrke og varighed, og at de i det hele taget bliver mere ekstreme som den globale opvarmning tager til. Der har dog altid været voldsomme vejrfænomener af forskellig karakter fra tid til anden - men ikke i et så stort omfang, som vi oplever i dag. Menneskets udledning af drivhusgasser (som f.eks. CO2) er en af de største årsager til ændringerne i klimaet, fordi gasserne påvirker Jordens naturlige drivhuseffekt og kulstofkredsløbet. Det er netop disse to processer, som kapitlet her handler om.
DRIVHUSEFFEKTEN OG KULSTOFKREDSLØBET
2
Klik på den interaktive tidslinje herunder og få et overblik over udviklingen af Jordens overfladetemperatur gennem 128 år - fra 1884 til 2012. Ved at trække i markøren nederst, kan du skifte mellem årstal og se temperaturen ændre sig: Temperaturforskel -2
-1
0
Celsius
1
2
Interaktiv tidslinje: Kortet viser udviklingen af den ændrede globale overfladetemperatur gennem 128 år. Temperaturskalaen ses over tidslinjen. Kilde: NASA (referenceperiode:1951-1980).
3
Klimaet varierer helt naturligt, men det påvirkes altså
kemiske balance. Derfor har de to processer en enorm
også af menneskets aktiviteter. Og at Jordens klima er
betydning for livet på landjorden og i havene. Og det er
blevet varmere siden 1800-tallet skyldes i høj grad vores
netop de processer, som vi påvirker med udledningen af
udledning af drivhusgasser.
drivhusgasser.
Et stort problem med klimaforandingerne og den globale
Der findes mange forskellige indikationer på, at
opvarmning er, at vi mennesker har svært ved at tilpasse
Jordens klima er under forandring. På
os de hurtige forandringer, der sker. For opvarmningen
næste side kan man få et overblik over
har konsekvenser for både den måde, vi dyrker jord på,
nogle af indikationerne. Pilene på
hvor meget mad der kan produceres, hvordan vores
illustrationen viser, om der er
vandforsyning fungerer osv.
stigninger eller fald i
Klimaforandringerne rammer alle. Især de fattigste lande i verden er udsatte, både fordi man mangler midler til at beskytte borgerne, men også fordi det i høj grad er her, de mest ekstreme ændringer vil ramme. Men det er ikke kun os mennesker, der får problemer: også dyre- og planteliv bliver påvirket. Som vi vil se i de næste afsnit, er drivhuseffekten og kulstofkredsløbet altafgørende for Jordens gennemsnitstemperatur og verdenshavenes
forskellige naturlige forhold.
?
OPGAVE:
Kig på illustrationen på næste side. Vælg en af indikatorerne og find information om begivenheden på nettet og beskriv, hvad den indebærer. Find en konkret case med begivenheden og præsenter jeres viden for resten af klassen.
Før man kan forstå, hvorfor klimaet bliver varmere, er det vigtigt at vide, hvorfor temperaturen på Jorden er, som den er. Det hele tager udganspunkt i det, vi kalder drivhuseffekten: Selvom solen altid skinner ude i rummet, er der altid koldt, fordi der ikke er noget til at holde på solens varme derude. Det kan Jordens drivhuseffekt til gengæld, og det er takket
AFSNIT 2.2
være den, at der findes liv på Jorden. Den naturlige drivhuseffekt fungerer ved, at solens lys
DRIVHUSEFFEKTEN
passerer ind i atmosfæren og opvarmer Jordens overflade, så solens lys omdannes til varme. Jorden frigiver så varme tilbage til atmosfæren, hvor forskellige gasser, drivhusgasserne, sørger for, at en stor del af varmen ikke slippes direkte videre ud i rummet - men i stedet opvarmer Jordens atmosfære. Gennemgå den interaktive drivhuseffekt på næste side.
DRIVHUSEFFEKTEN OG KULSTOFKREDSLØBET
6
Jordens atmosfære (klik på sfærerne herunder)
De gasser, som man kalder for
koldere på Jorden, og
drivhusgasserne, hjælper med at holde
gennemsnitstemperaturen ville ligge på
på varmen i atmosfæren, så den ikke
-18 °C: Ubeboelig for mennesker og de
slippes direkte fra Jorden og tilbage ud i
fleste andre dyrearter. Den sikrer derfor,
rummet. Drivhusgasserne fungerer
at Jordens temperatur i gennemsnit
nemlig som et isolerende lag, der
ligger på 15 °C i dag.
absorberer og holder på varmen i en længere periode. På den måde ligger de som en dyne over Jorden og tilbageholder varmestrålingen i atmosfæren.
Når Jorden kan holde på varmen (energien) betyder det også, at Jordens temperatur ikke svinger så meget mellem dag og nat, og at Jorden ikke køles ned, når solen ikke skinner.
Drivhusgasserne findes i hele Jordens atmosfære, som er illustreret ude i venstre side. Klik på de forskellige sfærer på tegningen og se, hvad atmosfæren består af.
Drivhuseffekten kan til dels sammenlignes med et drivhus, hvor solens (kortbølgede) lysstråler kan passere direkte gennem glasset, mens det holder (langbølgede) varmestråler
Det er vigtigt at vide, at drivhuseffekten
tilbage, så drivhuset opvarmes. På en
er en helt naturlig proces og er essentiel
kølig men solskinsfyldt efterårsdag kan
for livet på Jorden. Hvis drivhuseffekten
det derfor være lunt inde i drivhuset,
ikke fandtes, ville det faktisk være 33 °C
selvom det er koldt udenfor.
DRIVHUSEFFEKTEN OG KULSTOFKREDSLØBET
8
En verden i balance Energien, som solen sender ind i atmosfæren i form af lysstråler, skal også ud igen: Mængden af den energi, der kommer ind fra solen, svarer derfor til den energi, som over tid sendes ud i rummet igen. Energien der sendes ud er varme og reflekterede stråler. Øverst i Jordens atmosfæren er der på den måde ‘balance’ mellem de lysstråler, der kommer ind fra solen, med den udgående varmestråling og reflekteret lys. Det kan man se på illustrationen på næste side, der viser, hvordan solens energi fordeles på Jorden. Man kan bl.a. se, at 30 % af den energi, der kommer ind fra solen reflekteres direkte tilbage ud i rummet, uden den opvarmer noget. Varmestrålingen svarer til 70 % af den energi, der kommer ind fra solen.
Kilde: Flickr, Kamil Porembiński
DRIVHUSEFFEKTEN OG KULSTOFKREDSLØBET
9
Gul: Solens indstråling Hvid: Reflektion af lysstråler til rummet Rød: Opvarmning Lilla: Afgivning af varmestråling Blå: Varmestråling til rummet
Mennesket og drivhuseffekten Siden den industrielle revolution (år 1769-1840) er mængden af drivhusgasser i Jordens atmosfære
?
øget kraftigt på grund af forskellige menneskelige aktiviteter. Udledningen af drivhusgasser sker f.eks., når der afbrændes kul, olie
Ved afbrændingen bliver der frigivet CO2 (som er en drivhusgas) til atmosfæren. Og jo større koncentrationen af drivhusgasser er i atmosfæren, des mere varme fra Jorden holdes tilbage, og jo varmere bliver det. På den måde er vi med til at ændre på klimaet.
Drivhusgasser Der findes mange forskellige slags drivhusgasser i
eller gas (også kaldet fossile
atmosfæren, som kan binde varmestrålingen fra Jorden.
brændstoffer) for at
Kuldioxid (CO2), metan (CH4) og lattergas (N2O) er nogle
OPGAVE
generere energi.
Hvad er den industrielle revolution, og hvorfor steg udledningen af drivhusgasser så kraftigt i perioden? Skriv hver især én teknologi/ting ned, som ikke
af de mest almindelige. På figuren på næste side kan man se de vigtigste drivhusgasser i atmosfæren, og hvor meget de hver især har bidraget til den globale opvarmning i forhold til hinanden gennem årene 1750-2011.
fandtes før industrialiseringen, der forøgede
(OBS: Sod, eller black carbon, er ikke en desideret
CO2-udledningen. Saml ordene i gruppen og lav
drivhusgas men en fast partikel, som også bidrager
en fælles brainstorm med eksempler på, hvad der fik udledningen til at stige. Brug 5 minutter.
væsentligt til opvarmningen af atmosfæren). Klik på cirklerne i figuren og læs informationerne.
Søg på nettet og kom med andre eksempler eller uddyb jeres eksisterende. Præsenter eksemplerne for resten af klassen.
11
24 % CH4 Metan
4 % N2O Lattergas
42 %
9 %
CO2 kuldioxid
16 % Sod, black carbon
CO og VOC’er
5 %
Halo- carboner Kilde: IPCC
VIDSTE DU, AT...
CO2 står for størstedelen af
Det, at global opvarmning finder sted, når der udledes drivhusgasser,
opvarmningen, mens de
er ikke ny viden. Allerede i slutningen af 1800-tallet fandt den
andre drivhusgasser
!
svenske kemiker, Svante Arrhenius, ud af, at en øget
tilsammen også har en betydelig størrelse. Derudover bidrager menneskeskabt ozon (O3) også til opvarmningen, og
mængde CO2 i atmosfæren ændrer temperaturen ved Jordens overflade via drivhuseffekten. Han så dog først og fremmest de højere temperaturer som en positiv ting, fordi det ville
det samme gør de skystriber,
føre til mildere vintre i Sverige. Det blev
der kommer fra
DEFINITION: CO2e
dengang beregnet, at en mærkbar
flyvemaskiner.
opvarmning ville kræve så stor en
Da der findes mange
udledning af ekstra CO2, at
forskellige drivhusgasser, så omregnes de ofte samlet set til, hvad der svarer til CO2’s klimaeffekt. På den måde bliver det lettere at udtrykke alle drivhusgasserne på én gang og at sammenligne dem med hinanden. Betegnelsen for den samlede klimaeffekt for drivhusgasserne er CO2e (CO2-ækvivalenter). F.eks. så bidrager metan (CH4) til drivhuseffekten 21 gange mere end CO2. Derfor svarer 1 ton metan til 21 ton CO2e.
man mente, mennesket For at opsummere
aldrig ville kunne nå at udlede så meget.
så betyder drivhuseffekten, at drivhusgasserne lader solens kortbølgede lysstråler komme ind i atmosfæren - men
forhindrer at en stor del af den
!
langbølgede varmestråling slippes direkte ud igen og
koncentrationen af drivhusgasserne er i atmosfæren, des
holder på den måde på varmen. Så jo større
varmere bliver det på Jorden.
YouTube-video: “Drivhuseffekten”. Kilde: Energimuseet. Kilde: Flickr
14
Kulstof er en af grundstenene for alt liv på Jorden: Vi spiser kulstof for at få energi, vores måde at leve på bygger på at bruge kulstof, vi er endda opbygget af kulstuf - og uden kulstof ville der ikke være liv på Jorden, som vi kender det i dag! Kulstof er et af de mest almindelige grundstoffer i levende organismer og har det kemiske navn carbon - med symbolet C.
AFSNIT 2.3
KULSTOFKREDSLØBET OG FOTOSYNTESE
Kulstofkredsløbet beskriver, hvordan kulstof udveksles og bevæger sig mellem forskellige depoter i både atmosfæren, havene, Jordens indre og biosfæren. Hvor meget kulstof, der er i det enkelte depot, varierer over årtusinder eller over enkelte dage, men den samlede mængde kulstof i kredsløbet er altid konstant. Både kuldioxid (CO2) og metan (CH4), der er to af de vigtigste drivhusgasser, indeholder begge grundstoffet carbon (kulstof), og de indgår derfor i det globale kulstofkredsløb.
DRIVHUSEFFEKTEN OG KULSTOFKREDSLØBET
15
Herunder kan man se, hvordan de to molekyler CO2 og
Et molekyle er altid sammensat af to eller flere atomer.
metan (CH4) hver især er sat sammen som kemiske
Det er den mindste enhed i en kemisk forbindelse. Hvis
forbindelser:
man bryder molekylet ned i mindre dele, vil forbindelsen ikke eksistere længere. Drivhusgasserne CO2 og metan (CH4) indeholder kulstof, og de er eksempler på, hvordan kulstofkredsløbet har indflydelse på drivhuseffekten.
Det første molekyle er CO2, som består af ét carbonatom (kulstof), C, og to oxygen-atomer (ilt), O2.
?
OPGAVE:
Forklar ganske kort ud fra din
Det andet molekyle er metan (CH4), som består af ét carbon-atom, C, og 4 hydrogen-atomer (brint), H4.
viden fra forrige afsnit hvordan kulstofkredsløbet har indflydelse på drivhuseffekten?
Et hurtigt og et langsomt kredsløb
Fotosyntese
Jordens kulstofkredsløb kan deles op i to: Et hurtigt og
Mennesker og dyr skal bruge energi for at overleve. Og
et langsomt kredsløb.
hverken mennesker eller dyr kan bruge sollys som en
Det hurtige kredsløbs kulstofdepoter inkluderer biosfæren, havene og atmosfæren. Kulstoffets opholdstid i de enkelte depoter kan variere mellem alt fra få minutter til årtier. I det langsomme kredsløbs depoter kan kulstoffet opholde sig i alt fra tusinder til 100 millioner af år og dækker geosfæren. Kulstofdepoterne inkluderer her bl.a. forskellige bjergarter og fossilt kulstof i undergrunden som olie, kul og gas (også kaldet fossilt
direkte kilde til dække vores energibehov. I stedet får vi vores energi ved at indtage og nedbryde planter - eller ved at spise dyr, der har tidligere har indtaget planter. For planterne kan nemlig ved hjælp af sollys lave organisk stof (glucose/druesukker), som vi spiser for at få energi. Derfor afhænger næsten alle levende organismer, direkte eller indirekte, af solenergi, der er omdannet til organisk stof i planterne.
brændstof).
Planter på land og de fleste alger i have og søer
Stort set al udveksling af kulstof i både det hurtige og
anvender CO2, energi fra solens stråler og vand til at
langsomme kredsløb foregår gennem atmosfæren, også
danne organisk stof (C6H1206) og ilt (O2). Processen
selvom atmosfæren indeholder mindre kulstof end de
foregår gennem fotosyntese, og det er pga. den, at et
andre depoter.
træ kan vokse og blive større uden at spise noget. Reaktionsskemaet for fotosyntesen kan ses øverst på næste side. DRIVHUSEFFEKTEN OG KULSTOFKREDSLØBET
17
+
+
+
→
Vand
+
carbondioxid
+
lysenergi
stof + → organisk (glucose/druesukker)
ilt (oxygen)
Som man kan se til højre, så optager og fjerner
Da planterne optager og lagrer
planterne CO2 fra atmosfæren, og de leverer frisk ilt (O2)
CO2, bliver de et stort
tilbage. Processen sker i bladene, og kulstoffet lagres
depot for kulstof i
som organisk stof. Det organiske stof er planternes føde
biosfæren.
og indeholder energi, som sendes fra bladene og videre rundt i planten, hvor energien er nødvendig.
6 O2
At de fleste organismer er afhængige af fotosyntesen ses f.eks., når planter bliver til føde for planteædere, som igen ædes af rovdyr. Det udgør en fødekæde, hvor C6H12O6
det organisk bundne kulstof strømmer igennem.
6 CO2
I biosfæren er planter og alger grundlaget for langt størstedelen af liv, fordi de er det eneste, der kan udnytte solens energi til at lave fotosyntese. FOTOSYNTESE
6 H2O
18
+ Organisk stof
+
+
→ ilt (oxygen)
→
(glucose/druesukker)
carbondioxid
Respiration Fotosyntese kræver lys. Men når det bliver mørkt, så ånder planterne og bruger noget af den ilt, de har
+
+
vand
+
planternes egen respiration eller via den respiration, der sker hos bakterier, dyr og mennesker, som har spist og nedbryder det organiske stof i planterne.
produceret. Det foregår gennem en proces, der er stort
Når træer og planter dør og
set modsat fotosyntesen, kaldet respiration.
nedbrydes (eller brændes af),
Som man kan se i reaktionsskemaet øverst, så forbrænder planterne ved respirationen de produkter, der blev dannet under fotosyntesen (organisk stof og ilt): F. eks. bruger regnskovens planter ca. 75 % af den ilt, de selv producerer, mens 25 % ender i atmosfæren. Den energi, som frigives ved respiration, bruges til at drive processer, der f.eks. får planten til at vokse og danne nye skud. Planter udånder CO2, når de respirerer, så noget af det kulstof, der ellers var bundet i planterne, udskilles igen. Det sker enten gennem
ATP (energi)
føres det bundne kulstof også tilbage til atmosfæren i form af CO2 eller metan (CH4).
?
OPGAVE: På grafen på næste side kan man se, hvordan koncentrationen af CO2 i atmosfæren forandrer sig i løbet af
året. Hvor høj er koncentrationen ved seneste måling? Forklar, ud fra jeres viden om planters fotosyntese, respiration og nedbrydning, hvorfor CO2-koncentrationen når sit højdepunkt i maj og er lavest i oktober. Hvordan
spiller fotosyntese ind ift. global opvarmning?
Kurven viser de seneste 2 ĂĽrs mĂĽlinger af CO2, sluttende 7. juni 2015. Kilde: Keeling Curve 20
Den mængde kulstof, der optages af planterne, afgives i sidste ende igen til atmosfæren - regnskabet går næsten op, men der bindes lidt mere CO2 ved fotosyntesen, end der frigives. På den måde kommer biosfærens kulstofkredsløb i ‘balance’ gennem fotosyntese, respiration og nedbrydning. Og jo flere planter og træer, der vokser på Jorden, des mere CO2 vil være bundet.
Fossile brændsler som kulstofdepot Fossile brændsler (kul, olie og naturgas) er dannet langt under Jordens overflade af døde organismer og planter, som er blevet begravet og trykket sammen gennem millioner af år. I bund og grund består de fossile energikilder af organisk stof, der er fyldt med lagret solenergi og kulstof, som i sin tid er blevet bundet gennem fotosyntesen. De fungerer derfor også som et kæmpe lager af kulstof under jorden. Kul er primært dannet af planterester, mens olie og naturgas stammer fra alger og andre mikroorganismer. Når man afbrænder de fossile brændsler, frigives den energi, som er lagret, og der udskilles CO2 til atmosfæren. Afbrændingen af fossile brændstoffer er i dag tæt forbundet med vores produktion af elektrisk energi (strøm) og varme. De fossile brændstoffer kan altså ses som store lagre af ‘gammel’ solenergi, der er blevet opbevaret i planterester i undergrunden, og som nu udnyttes.
YouTube-video: CO2, kul og ilt i balance. Kilde: Energimuseet DRIVHUSEFFEKTEN OG KULSTOFKREDSLØBET
21
Normalt vil kulstoffet i de fossile energikilder blive udskilt
når temperaturen i havene ændrer sig med de forskellige
gennem vulkanudbrud efter millioner af års lagring. Men
årstider eller med døgnet.
når mennesket afbrænder dem, frigives kulstof som ellers ville være blevet i undergrunden. Der frigives altså kulstof til atmosfæren langt hurtigere, end hvad der ellers ville have gjort - og mere end hvad der kan nå at blive lagret.
Se den engelske video herunder, hvis du vil have en hurtig gennemgang af, hvordan kulstofkredsløbet fungerer (man kan slå engelske undertekster til). Klik på ikonet:
Kulstof i havet Have, floder og søer kaldes samlet set for hydrosfæren
VIDSTE DU, AT:
og inkluderer alt vand på Jorden. CO2 opløses nemt i vand, og fordi havet har et enormt overfladeareal, optages og lagres der meget store mængder kulstof her. Hydrosfæren er derfor også skyld i, at vi ikke har mærket meget til klimaforandringerne før nu, selvom vi i stor stil har tilført CO2 til atmosfæren siden industrialiseringens start for over 200 år siden. Jo koldere vandet er, des mere kulstof kan det
!
Kulstofdepotet i verdenshavene er ca. 50 gange så stort som atmosfærens depot. Det skyldes både, at havet er umådelig stort (omkring 70 % af Jordens overflade er hav), og så kan vand pr. volumen enhed binde langt mere CO2 end atmosfærisk luft. 92
indeholde, og når vandet bliver varmere, frigives der
gigaton kulstof bliver hvert år fjernet fra atmosfæren
CO2. Derfor foregår der en konstant udveksling af
og optaget i hydrosfæren, mens 90 gigaton bliver
kulstof mellem hydrosfæren og atmosfæren,
frigivet til atmosfæren.
Opsamling På næste side, kan du se en grafisk illustration af kulstofkredsløbet, som viser: • de forskellige kulstofdepoter (hvid skrift). • udvekslingerne af kulstof, som sker i det hurtige kredsløb (sort skrift). Som man kan se på figuren, er der en ‘ikke-naturlig’ proces, der spiller kraftigt ind på udvekslingen af kulstof (i form af CO2 og andre drivhusgasser) til atmosfæren: Menneskets afbrænding af fossile brændstoffer. Udledningen til atmosfæren er (inkl. skovrydning mv.) på 8,9 gigaton kulstof om året, og det er mere, end hvad det naturlige kulstofkredsløb i både biosfæren og i verdenshavene tilsammen kan optage. Det gør, at kulstofkredsløbet kommer i ‘ubalance’, fordi der frigives mere kulstof, end der kan nå at blive optaget. Sådan forøges koncentrationen af CO2 og andre drivhusgasser i atmosfæren, og på den måde forstærkes drivhuseffekten.
https://flic.kr/p/KLdfx
23
Kilde: IPCC, 2014
24
Mennesket udleder årligt omkring 10 milliarder ton kulstof ved at afbrænde olie, gas og kul, fremstille cement og lignende.
OPGAVE: Figuren på næste side viser et udsnit af forskellige kilder til vores udledning af drivhusgasser; f.eks. industri, transport, landbrug, affaldsbehandling,
Uden den den menneskelige påvirkning af
husholdninger og naturlige kilder. Hvert
kulstofkredsløbet ville udvekslingen af kulstof mellem
område har et nummer. Skriv en kort
verdenshave, biosfære og atmosfære stort set
tekst til hvert nummer om, hvilken
være i balance. De menneskelige udslip har
?
drivhusgas der er tale om, og
ført til en stigning i atmosfærens CO2koncentration på cirka 35 % siden industrialiseringens start for over i midten af 1700-tallet.
OPGAVE: Se på figuren og udregn hvor mange gigaton, CO2indholdet i atmosfæren stiger eller falder med om året.
Det er ikke al den CO2, som mennesket
hvordan den udledes. Søg evt. information på
udleder, der ender i
nettet.
atmosfæren: Af den samlede CO2-udledning, siden 1870, findes omkring 43 % i dag i atmosfæren. De resterende 57 % er både bundet i planter på land, i alger i søer og i havene.
?
Hvilke processer fjerner CO2 fra atmosfæren, og hvilke frigiver CO2 til atmosfæren? Hvad er årsagen til at CO2‐ indholdet i atmosfæren stiger? 25
7 8
3
Kilde: EEA
26