hva er KLIMA by Universitetsforlaget

9788215013855BY.qxd:omslag1

16-06-09

14:14

Side 1

KLIMA

Erik Kolstad (f. 1974) og Øyvind Paasche (f. 1973) er forskere ved Bjerknessenteret for klimaforskning. De har bred erfaring fra formidling i aviser og på nett. Kolstad har tidligere gitt ut boken Uvær.

Erik Kolstad Øyvind Paasche

Universitetsforlaget har utfordret noen av Norges fremste fagformidlere til å gi svar på krevende spørsmål. hva er-bøkene er velskrevne introduksjoner som gir begynneren stimulerende møter med ukjente tema, og den viderekomne nye perspektiver.

ISBN 978-82-15-01385-5 9

788215 013855

hva er

hva er Klimaendringer er vår tids store spørsmål. hva er KLIMA gir en engasjert og bredt anlagt introduksjon til et sammensatt og livsviktig tema. Klimaet påvirkes av vinder som kan snu på sekundet til istider som dukker opp med 100 000 års mellomrom. Nettopp slike samspill er nøkkelen til å forstå fortidige, nåtidige og fremtidige klimaendringer. Forfatterne tar leseren med – fra det helt nære til de langsomme endringene, fra norsk sommersol til isen som har dekket Antarktis i mange millioner år. hva er KLIMA gir deg innsikt i en av våre viktigste utfordringer.

hva er

KLIMA Erik Kolstad Øyvind Paasche

Hva er jounalistikk.indd 6

13.04.2011 09:29:59

hva er klima

har utkommet: hva er biologi: Dag Olav Hessen hva er etikk: Arne Johan Vetlesen hva er eu: Kristian Sarastuen og Anders Ystad hva er filosofi: Lars Fr. H. Svendsen hva er fundamentalisme: Torkel Brekke hva er fysikk: Gaute Einevoll hva er geografi: Arild Holt-Jensen hva er helse: John Gunnar Mæland hva er hukommelse: Pål Johan Karlsen hva er idéhistorie: Trond Berg Eriksen hva er innvandring: Grete Brochmann hva er internett: Gisle Hannemyr hva er islam: Kari Vogt hva er klima: Øyvind Paasche og Erik Kolstad hva er kosmos: Øystein Elgarøy hva er kreativitet: Geir Kaufmann hva er kristendom: Halvor Moxnes hva er kropp: Gunn Engelsrud hva er litteraturvitenskap: Erik Bjerck Hagen hva er makt: Fredrik Engelstad hva er medievitenskap: Espen Ytreberg hva er medisin: Edvin Schei hva er menneskerettigheter: Njål Høstmælingen hva er psykologi: Carl-Erik Grenness hva er religion: Ingvild Sælid Gilhus og Lisbeth Mikaelsson hva er sakprosa: Johan L. Tønnesson hva er sosialantropologi: Thomas Hylland Eriksen hva er sosialt arbeid: Irene Levin hva er sosiologi: Pål Repstad hva er språk: Helene Uri hva er tillit: Harald Grimen

www.hvaer.no

Ă&#x2DC;yvind Paasche og Erik Kolstad

hva er Klima

universitetsforlaget

© Universitetsforlaget 2009 ISBN 978-82-15-01385-5 Materialet i denne publikasjonen er omfattet av åndsverklovens bestemmelser. Uten særskilt avtale med rettighetshaverne er enhver eksemplarfremstilling og tilgjengeliggjøring bare tillatt i den utstrekning det er hjemlet i lov eller tillatt gjennom avtale med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Utnyttelse i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning og kan straffes med bøter eller fengsel.

Henvendelser om denne utgivelsen kan rettes til: Universitetsforlaget AS Postboks 508 Sentrum 0105 Oslo www.universitetsforlaget.no

Omslag: Vibeke Jerkaas, GRIFF Kommunikasjon AS Forfatterfoto: Isidor Åstrøm Sats: Rusaanes Bokproduksjon AS Trykk og innbinding: AIT Otta AS Boken er satt med: Minion Pro 9,5/13,5 Papir: 90 g Munken Print White 1,5

innhold Innledning 7 kapittel 1 Atmosfæren 15 kapittel 2 Været 29 kapittel 3 De store værmønstrene 48 kapittel 4 Århundrenes svingninger: global oppvarming og liten istid 66 kapittel 5 Tusenårstrender 83 kapittel 6 Istidssykluser 101

hva er klima

kapittel 7 Plater i bevegelse 121 Hva skjer n책? 137 Register 146

innledning

innledning Høsten 2007 befant vi oss på hvert vårt kontinent, i to høyst forskjellige land. Erik hadde satt opp en midlertidig skrivestue i tropiske Dar es Salaam, Tanzania. Den store utfordringen, hvis vi ser bort fra bananfluene, stadige strømbrudd og en vaklende internettilgang, var å forstå hvordan polare lavtrykk unnfanges. Øyvind satt på sin side trygt plassert i åttende etasje i Det Føderale Sveitsiske Institutt for Teknologi sin betongkloss på Hönggerberg, med panoramautsikt over Zürich. Mesteparten av tiden ble likevel tilbrakt i et trehus som rommer et av Europas fineste magnetiske laboratorier. Her ble det gjort analyser av sedimenter, med det formål å rekonstruere en liten isbre i Lyngsalpene i Troms. Noen måneder tidligere hadde vi etablert en klimablogg på den nye værportalen Yr.no, motivert av et ønske om å formidle ny viten om klimaendringer og værfenomener til et større publikum. Yr ble en umiddelbar suksess, med rundt en million treff i uka (uten at det kan tilskrives bloggen vår). Fremfor noe traff Yr en nerve: den store interessen som folk i Norge har for vær og klima. Det er kanskje ikke så rart. Hver dag har sitt vær, alle ligner de hverandre, alle er de forskjellige. Allerede som barn har vi en

hva er klima

grunnleggende forståelse av at klimaet stadig er i endring, fra at året kan deles inn i årstider, til at det er kaldest om morgenen. Vi husker de merkeligste episoder, ofte fra viktige dager i våre liv. Istapper bøyd i vinden i bestefars begravelse. Årets første kortbuksedag. Trass i denne hverdagslige kunnskapen om, og interessen for, vær og klima, er det få som besitter en dypere, vitenskapelig forståelse av de endringene vi flyktig observerer gjennom livet. Men det er den vitenskapelige kunnskapen som gir oss værmeldinger, og det er den som nå har plassert klimaendringer på en global, geopolitisk målestokk. Selv om det var mange gode kandidater til Nobels Fredspris i 2007, uttalte komiteen i sin innstilling at avgjørelsen nærmest gav seg selv: Det er nemlig sjelden at verden i en slik grad er opptatt av ett bestemt fenomen, og at dette fenomenet i så avgjørende grad påvirker vilkårene våre på kloden.

Prisen ble delt mellom Al Gore og FNs klimapanel (IPCC). Klimapanelet fikk den for en storstilt og langvarig mobilisering av det vitenskapelige samfunn sine kunnskaper om klimaendringer.

På en dårlig telefonlinje mellom Dar es Salaam og Zürich ble vi enige om å skrive en felles tekst. Vi ville beskrive klimaendringer på en måte som skulle være både forlokkende og opplysende. Forlokkende fordi det ennå finnes mange uløste problemstillinger innenfor klimaforskningen. Opplysende fordi det er mye vi allerede vet. Målet var at man etter å ha lest boka skulle være i stand til å gjøre seg opp en kvalifisert mening om problematikken rundt

innledning

klimaendringer, lokale så vel som globale. Tykkelsen på boka skulle ikke overstige én centimeter. Den skulle være kort og konsis. Resultatet holder du nå i hånden. Det er de fysiske fenomenene som er den store stjernen i boka, men vi glemmer ikke menneskene som gjorde klimaforskningen til en egen disiplin. Dette var forskere som oppdaget noe ingen før hadde forstått. Ikke før på slutten av 1800-tallet visste man for eksempel at det hadde vært istider på jorda! Det har vært dramatiske ekspedisjoner inn i polområder, hvor forskere har omkommet, og det har vært stille revolusjoner som hadde sitt utspring fra grå og kjedelige kontorer. Mange av disse historiene har fått plass her. Om den tidlige klimaforskningen var drevet av nysgjerrighet, har den etter hvert fått en stor samfunnsmessig betydning. Tenk bare på den moderne værvarslingen. Fredsprisen er også et uttrykk for at kunnskap om klimaet er viktig. Og for at vi skal handle riktig i tiden som kommer, må denne kunnskapen være presis. Vi tror at folk er sultne på denne typen kunnskap. Derfor er denne boka et forsøk på å belyse hva «klima» er, hvordan det endrer seg, og hvorfor. Alle typer klimaendringer og værfenomener kan defineres ut fra sin varighet. Orkaner utleves på timer og dager. Istider på titusenvis av år. Vi har derfor valgt å dele inn boka etter tidsskala. Såpass konkret går vi til verks at kapitlene tar for seg klimafenomener med en periode på 0, 1, 10, 100, 1000, 10 000 til 100 000 år, i den rekkefølgen. For å illustrere denne inndelingen har vi på figur 1 gjengitt fem kurver som viser hvordan temperaturen, den kanskje viktigste klimaparameteren, kan utvikle seg på ulike tidsskalaer. Det begynner med de korte tidsskalaene, det vi kan kalle «vær». Øverst ser vi hvordan temperaturen varierte gjennom to varme sommerdøgn i Bergen. Forskjellen på natt og dag er den mest basale syklusen i klimasystemet og skyldes solas gang over

hva er klima

himmelen. Vi sier at den vandrende sola er et pådriv, mens den svingende temperaturen er en respons. 30,5°

dn att

2 julidøgn i 2008 (hver time)

14,3° Januar 2007 til desember 2008 (månedlig)

18° J

J J A

F D J 2006: 9,3°

2,2°

1990

1974

1950–2008 (årlig) 2001 1956 År 1000

1966

1100

1200

+0,9°

1979: 6,5°

Mann mfl. (2007) 1300

1400

1500

1600

1700

1800

«Den lille istid» «Den varme middelalderen»

–0,9°

1900 l Globa rming a v p op

+5,5°

Hol

ose

Jouzel mfl. (2007)

800 000 år siden

–10°

Nåtid

Figur 1. Temperaturendringer på ulike tidsskalaer i Bergen (de tre øverste kurvene), på den nordlige halvkule (kurve nr. fire) og i Antarktis.

Så hopper vi opp en tidsskala og ser på syklusen gjennom to hele år i kurve nr. to. Igjen er det endringer i solinnstrålingen som er pådrivet, og igjen ser vi en respons i temperaturen. På den tredje kurven er det ikke like lett å finne pådrivene og

innledning

responsene. Det vi ser er den årlige temperaturen i Bergen siden 1950. Hvorfor var det så kaldt i 1979? Det var ikke på grunn av sola. På denne tidsskalaen er det andre ting som spiller inn – den gjennomsnittlige vindretningen gjennom året, havtemperaturene over tid, stormer og lavtrykksaktivitet, for å nevne noen faktorer. Vi er nå inne på en tidsskala som er mer knyttet til klima enn til vær. Den vanligste definisjonen på «klima» er «vær over tid», og med det mener vi mer enn noen få år. Meteorologisk institutt bruker for eksempel 30 år lange intervaller som normalperioder. Men dette betyr ikke at de to første kurvene ikke har noe med klima å gjøre. Været og klimaet er så tett koblet at det blir vanskelig å skille dem fra hverandre. Hvor går grensen? Det spørsmålet lar vi stå ubesvart. Vi behandler hele spektret, fra det som skjer på en brøkdel av et sekund (varmestrålingen i kapittel 1), via det som tar alt fra noen dager til et helt år (været i kapittel 2), helt opp til det som tar millioner av år (kontinentenes bevegelser i kapittel 7). Men la oss dvele litt ved den tredje kurven. Det varmeste året i Bergen var 2006, og den stigende, langsiktige trenden – den globale oppvarmingen – er påfallende. Likevel finner vi noen perioder som er varmere eller kaldere enn andre. Denne typen variabilitet kan skyldes midlertidige, flerårige svingninger i havet og i atmosfæren. Av og til drar de i samme retning, andre ganger opphever de hverandre. Endringer på denne tidsskalaen belyser vi i kapittel 3, som handler om de store værmønstrene. Trenden de siste årene, selv her i Norge, er så sterk at normalene, som for tiden gjelder for perioden mellom 1961 og 1990, er i ferd med å bli unormale. Dette blir tydelig hvis vi regner ut nye normaler for perioden 1979–2008. Bare ved at vi flytter referanseperioden 17 år frem i tid, går normaltemperaturen i Oslo opp med 0,6 grader. Om vinteren er økningen 1 grad. I Bergen og Tromsø blir det 0,4 grader varmere, mens nedbøren i Bergen øker med

hva er klima

12 %. Hver eneste måned fra desember til april kom det i Bergen over 20 % mer nedbør enn i den offisielle normalperioden! Klimaet er i endring i hele verden. Normalene er utdatert stort sett overalt. Man kan stille spørsmålene: Er det nok med 30 år med data for å definere en normalperiode? Og er det i det hele tatt mulig å kalle noe for «normalt», annet enn som en formalitet? Kurve nummer fire viser forskjellige rekonstruksjoner av temperaturen på den nordlige halvkule de siste tusen årene. Kurven antyder at det ikke finnes lange perioder med stabile klimatiske forhold. Se bare på de store svingningene på tiårsskala. Mye tyder for eksempel på at tiåret 1690–1700 var det kaldeste i løpet av hele den perioden som er vist. Den markerte sannsynligvis bunnpunktet i den lange, kjølige perioden som kalles «Den lille istid». Dette kommer vi nærmere inn på i kapittel 4. De periodiske klimaendringene i kurve nummer fem viser hvordan temperaturen i Antarktis har endret seg i takt med istidssyklusene. Datagrunnlaget er kilometerlange iskjerner som er boret ut fra innlandsisen. Det kanskje mest fascinerende med kurven er at den viser hvor stort spillerom klimasystemet har i begge ender. Som vi ser, er det stor forskjell på bunnene – istidene – og toppene – mellomistidene – så mye som 15 grader på det meste! Men regelmessigheten er også påfallende. Hvordan kan toppene og bunnene avløse hverandre med en så stor grad av symmetri? Vi sparer dette til ganske sent i boka, men et hint er at forklaringen finnes i astronomiens verden. De fem kurvene på figur 1 viser hvordan temperaturen og klimaet endrer seg i bølgemønstre på mange ulike tidsskalaer. Og apropos bølger; det er fristende å bruke radiobølger som analogi på hvordan denne boka er lagt opp. Alle radiokanalene sender ut signalene sine på gitte frekvenser. Hvis vi skal høre på P1, må vi filtrere ut alle bølgene utenom 89,1 MHz. Den samme øvelsen

innledning

gjør vi i kapitlene våre: vi peiler inn på én og én tidsskala og «filtrerer» bort de andre. Men bølgeanalogien vår stemmer ikke helt. Dersom man legger alle radiobølgene oppå hverandre, så får man bare støy, eller det som også blir kalt «hvit lyd». Legger man derimot alle bølgene i klimasystemet oppå hverandre, får man selve klimaet. De mange bølgemønstrene, fra døgn- og årssyklusene til istidene, påvirker hverandre og må betraktes sammen, som deler av et helhetlig system. Dette er viktig. Ting som skjer med klimaet, kan sjelden tilskrives én enkelt årsak. Vi kan for eksempel ikke si at orkanen «Katrina», som tok knekken på New Orleans i august 2005, skyldtes global oppvarming og bare det. Det vi kan si, er at den globale oppvarmingen har gjort havet varmere, og dette kan ha vært en medvirkende årsak til at det var så mange orkaner det året. Et annet enkelt eksempel på at det ligger en kompleksitet begravd i klimasystemet: Hvorfor er ikke 21. juni den varmeste dagen i året i Norge? Det er da solstrålingen på den nordlige halvkule er sterkest. Men først ut i juli og august kommer de høyeste temperaturene, for først da har sola rukket å varme opp vegetasjonen og havet. Akkurat den samme forsinkelsen ser vi på en varm sommerdag. På kurve nummer én er det varmest først noen timer etter omtrent klokken ett, da sola står høyest på himmelen. Alt henger sammen, og det at én ting skjer, kan sette i gang en annen prosess. Ta istidene: de blir satt i gang av at solstrålingen svekkes gradvis over lang tid. Den svekkes verken nok eller hurtig nok til at Skandinavia skal kunne dekkes av isbreer, men den reduserte strålingen gjør at den arktiske isen langsomt brer seg sørover. Da blir mer og mer solinnstråling reflektert av den lyse, stadig mer snødekte overflaten, og dette bidrar til at nedkjølingen går raskere. Klimasystemet vrimler av slike selvforsterkende prosesser, det vi kaller tilbakekoblinger.

hva er klima

Alt koker ned til at vi må forstå forholdet mellom pådriv og respons. Først når dette forholdet er på plass, er vi i bedre stand til å forutsi hva som vil følge av fremtidige endringer i pådrivet, for eksempel det økende CO2-innholdet i atmosfæren. CO2 – det kjemiske symbolet for drivhusgassen karbondioksid – er et ord som ofte går igjen i denne boka. Det betyr ikke at boka bare handler om global oppvarming, som antagelig er det begrepet folk flest knytter til CO2. CO2 var en drivhusgass også før vi begynte å pumpe den ut i atmosfæren. CO2 er en av de aller viktigste faktorene i ethvert klimaregnskap, ikke bare nåtidens. Selv om global oppvarming ikke er denne bokas hovedanliggende, hadde det like fullt vært merkelig å skulle gå utenom den. Det var dette fenomenet som fikk oss to til å bli interessert i klimaforskning, og det er en av de viktigste utfordringene vi mennesker i dag står overfor. På slutten av boka kommer vi derfor inn på hvilke klimaendringer vi kan vente oss i dette århundret. I flere nye studier har det menneskelige karbonavtrykket på jordas klima blitt beskrevet som «irreversibelt». De irreversible klimaendringene ble definert til å gjelde i tusen år, altså de drøyt 30 neste generasjonene. Poenget med studien var at selv om utslippene, etter at de når toppen i for eksempel år 2100, reduseres til null – og det over natta – vil virkningene av utslippene fortsette å påvirke klimaet i mer enn tusen år. Det er fordi naturen bruker lang tid på å absorbere de store karbonmengdene. Men fra et klimavitenskapelig ståsted er det etter vårt skjønn ikke korrekt å betegne en klimaendring som irreversibel. I det virkelig lange løp vil endringer i pådriv, responser og tilbakekoblinger på nytt sette kursen for et annet klimaregime. Det er ingenting som tyder på at naturen «foretrekker» det klimaet som er optimalt for oss. Det er bare å rette blikket bakover i tid, så ser man at spennvidden i klimasystemet er stor. Det vil den fortsette å være, med eller uten menneskene til stede.

atmosfæren

kapittel 1

atmosfæren Den 12. april 1961 brukte Jurij Gagarin 108 minutter på å reise jorda rundt. På det høyeste var han 327 kilometer over jordas overflate, omtrent den samme høyden som den internasjonale romstasjonen i dag cruiser rundt i, og mer enn halvveis ut til Hubble-teleskopets banehøyde. Med andre ord: ute i verdensrommet. I dag er vi vant til å se bilder av jorda tatt fra denne høyden, og til og med fra månen. Men Gagarin var den aller første som fikk se planeten vår ovenfra – og for et skue det fortsatt er! Enorme havområder omkranser kontinentene. Over havet ser vi et tett belte med skyer rundt ekvator, og kanskje kan vi følge en sneglehusformet tropisk orkan idet den snegler seg mot land. «Den blå klinkekulen», som jorda sett utenfra kalles, har sterk symbolverdi. Kanskje aller mest viser den hvor alene vi er i det store verdenrommet. Men det som etter vår mening er den mest tankevekkende detaljen, finner vi likevel «øverst» på kloden. Like over horisonten ser vi nemlig en tynn, blåaktig ring som omslynger jorda. Dette er atmosfæren vår, bufferen mellom oss og det tomme rommet. Målet med dette kapitlet er å legge grunnlaget for resten av

hva er klima

boka. Hovedtemaet er varmestråling og hvordan sola sammen med noen av gassene i atmosfæren fungerer som en termostat for jorda. I de senere kapitlene – fra vær til istider – kommer vi stadig tilbake til hvordan endringer i strålingen fra sola og atmosfæren legger føringer på klimautviklingen. Vår egen nåtid er et godt eksempel på det, med dagens galopperende utslipp av drivhusgasser. Det er altså ikke tilfeldig at dette kapitlet kommer først. Stråling foregår på den korteste tidsskalaen. Det tar bare åtte minutter for en solstråle å nå jorda. En mulig kilde til forvirring er at endringer i strålingen, for eksempel de endringene som skyldes at jordas bane endrer seg i forhold til sola, kan bruke lang tid på å manifestere seg. Men det kommer senere i boka. Vi har valgt å plassere strålingen i seg selv på tidsskala null år.

mye damp, men også luft Atmos er gresk for «vanndamp». De gamle grekerne visste at atmosfæren inneholdt vann, men resten var bare «luft». I dag vet vi at luften består av i hovedsak nitrogen og oksygen, men også en rekke edelgasser. Mange av disse er viktige i klimasammenheng. Det er bare de nederste 100 kilometerne av atmosfæren som inneholder nok luftmolekyler til at de blir synlige fra rommet. Men selv denne beskjedne tykkelsen er misvisende stor. Halvparten av all luften i atmosfæren finner vi i de nederste 5–6 kilometerne. Det meste av liv og nesten alle skyene befinner seg i et lag som strekker seg 10–20 kilometer opp fra bakken. Denne delen av atmosfæren kalles troposfæren. Sett i forhold til jordas radius på 6400 kilometer, er dette så tynt at atmosfæren kan minne om skallet på et eple. Selv så tynn som den er, har atmosfæren egenskaper som er en forutsetning for våre livsformer. At vi kan puste den inn, er selvsagt viktig, men den fungerer også som et filter mellom oss og

1 atmosfæren

sola og verdensrommet. Gassene i atmosfæren absorberer nemlig stråling. Ozon, for eksempel, er en viktig gass fordi den stopper mye av den skadelige, ultrafiolette strålingen. Men det som er viktigst for klimaet, er drivhusgassene. De «stopper» nemlig varmestråling som er på vei fra jorda ut i verdensrommet, og uten dem hadde det vært mer enn 20 grader kaldere på jorda. Med dem er det helt perfekt for oss. Søsterplaneten vår, Venus, er også omringet av en atmosfære. Luften er en tykk suppe av drivhusgassen CO2, og Venus sin atmosfære veier mer enn 90 ganger mer enn vår. Uten all denne CO2-en ville temperaturen på overflaten antagelig ha vært omtrent den samme som her på jorda, men med dem er det nesten 500 grader. Drivhuseffekten på Venus har løpt løpsk. Selv om det er varmere på Venus, kommer det omtrent like mye stråling inn som det går ut, både på Venus og på jorda. Begge planetene er i en tilnærmet likevekt rent strålingsmessig. Ellers hadde den gjennomsnittlige temperaturen variert med tiden, og det gjør den ikke i særlig grad. Men la oss først se på det som kommer inn i vår egen atmosfære. Av de solstrålene som treffer den ytterste delen av atmosfæren, blir bare omtrent halvparten absorbert på jordoverflaten og i havet. Resten blir reflektert, enten på vei gjennom atmosfæren av gasser, skyer eller bittesmå partikler som kalles aerosoler, eller idet strålene treffer jordas overflate. Noe forenklet kan vi si at jo lysere en overflate er, desto høyere albedo har den (albus betyr «hvit» på latin). Denne størrelsen er et mål på hvor stor andel av solstrålingen som reflekteres. Nysnø sender tilbake 80–90 % av strålingen og har derfor en høy albedo, i likhet med blant annet oversiden av skyene og sanden i ørkenområdene. Mørke gjenstander, som nylagt asfalt og mange former for vegetasjon, absorberer mye solvarme og har dermed lavere albedo.

hva er klima

Områder med lys overflate bidrar i betydelig grad til at vi kvitter oss med en god del solvarme fra starten av. Denne albedoeffekten spiller en sentral rolle i klimasystemet, noe vi snart kommer til å få vite mer om. Men selv etter all denne refleksjonen sitter vi igjen med en betydelig mengde varme. Heldigvis er jorda i stand til å bli kvitt det meste av den.

Energi i retur Jorda kvitter seg med varme på forskjellige måter. En del forsvinner ved direkte transport av varme. Luft som blir varmet opp nedenfra, stiger opp i bobler som kalles termaler, som usynlige ballonger. Varm luft har lavere tetthet enn kald luft og har dermed alltid oppdrift. Overalt hvor det finnes en varmekilde – fra en vannkoker til en vulkan – ser vi at den varme luften stiger til værs. Denne prosessen kalles konveksjon, fra latin convehere (con «sammen» og vehere «å bære»). Varmeenergien blir båret bort fra overflaten. En enda viktigere prosess er fordampning. Havet, plantene og jordsmonnet absorberer varme, men de avgir også energi til luften. Det merkelige er at denne varmen ikke er «følbar». Den er lagret i vanndampen og blir ikke frigitt før dampen kondenserer og blir til flytende vann igjen. Vi kaller den derfor latent varme. Vi sier at den er «lagret» fordi man får akkurat den samme energimengden tilbake når dampen kondenserer og blir til vann igjen, slik den for eksempel gjør inni skyene. Graden av fordampning varierer med breddegrad og årstid. Noen steder gir jorda fra seg enorme mengder varme på gitte tider av året. Havområdene våre er et godt eksempel. De er isfrie hele året til tross for at de ligger så langt mot nord. Når polare luftmasser blir ført ut over havet om vinteren, trekker den kalde luften kolossale energimengder opp fra havet. Men om sommeren er det motsatt; da mottar havet mer solvarme enn det gir fra seg.

1 atmosfæren

For å feie de lokale forskjellene litt under teppet, regner vi ofte jorda som en enhet. Fordi sola er så mye sterkere i tropene, er varmetransport via konveksjon mange ganger viktigere der enn i polområdene. Hvis man regner på jordas energibudsjett, kan det imidlertid lønne seg å bruke gjennomsnittstall for hele kloden. Da finner man ut at fordampning og konveksjon er viktige prosesser, men det største varmetapet fra jordoverflaten sett under ett forekommer i form av stråling.

Stråling og drivhuseffekt Alle gjenstander gir fra seg varme ved stråling. En varm peis stråler ut mer varme enn en stein ute i naturen, men begge strålingsmengdene er målbare. Vi kan også regne på det. Stefan-Boltzmanns lov sier at energien som stråles ut, går som temperaturen (i kelvin, ikke i grader celsius) i fjerde potens. Det betyr at kokende vann stråler ut 100 millioner ganger så mye energi som is. Energimengdene som blir tapt på grunn av stråling, er faktisk mye større enn den varmen vi mottar fra sola. Det kunne ha vært mye kaldere på jorda. Det som redder planeten vår fra en skjebne som isklump, er drivhusgassene. La oss ta dette i riktig rekkefølge. For det første er betegnelsen «drivhuseffekt» et feilaktig begrep. Et ekte drivhus som brukes til å dyrke planter, varmes opp så lenge sola skinner på det. Men dette har ingenting med stråling å gjøre. Den eneste grunnen til at det blir så varmt i drivhus, er at taket og veggene hindrer den soloppvarmede luften i å forsvinne til værs. Drivhusgassene gjør at det holder seg varmt på jorda, men av andre årsaker. De er ikke i stand til å hindre konveksjon, det vil si at varm luft stiger opp mot verdensrommet. I motsetning til taket på drivhuset absorberer de derimot mye av den strålingen som er på vei ut. Og idet strålingen absorberes, blir drivhusgassene

hva er klima

varmet opp. Denne nye varmen blir så strålt ut i alle retninger, slik at mye av den havner nede på jordoverflaten igjen. I praksis fungerer det som om drivhusgassene reflekterer store deler av jordas utgående varmestråling tilbake igjen til jordoverflaten. Drivhusgassene har en nøkkelrolle i klimasystemet. Den varme atmosfæren på Venus gir en indikasjon på hva som kan skje hvis det er mye av dem, men vi kan også se på jordas egen historie. I juni 2008 bestod 0,0385 prosent – eller 385 ppm (parts per million) – av atmosfæren av CO2. Dette er den viktigste drivhusgassen utenom vanndamp. For 55 millioner år siden var konsentrasjonen mye høyere, kanskje fem ganger det vi er vant til i dag. Da var den arktiske sjøisen borte, og krokodiller regjerte farvannet rundt Grønland. Årsaken til de høye konsentrasjonene den gangen er et av temaene i kapittel 7. Dersom man ønsker å se følgene av en reduksjon av CO2-innholdet i forhold til i dag, trenger man ikke gå like langt bakover i tid. Den foreløpig siste istiden tok slutt for nesten 12 000 år siden. Da den var på hell, var konsentrasjonen nede i under 200 ppm, det vil si omtrent halvparten av dagens nivå. Massive isbreer dekket store deler av Skandinavia og Nord-Europa, og temperaturen utenfor tropene var om lag 10 grader lavere enn i dag.

Tilbakekoblinger Nå er det likevel langt fra slik at det er drivhusgassene som bestemmer alt. Som vi skal se i kapittel 6, er istidenes sykluser først og fremst diktert av variasjoner i solinnstrålingens intensitet (som igjen skyldes variasjoner i hvordan jorda roterer rundt sola og omkring sin egen akse). I forrige istid mottok vi mindre solstråling enn vi gjør i dag, men samtidig var atmosfæren mindre flink til å holde på varmen. Når solintensiteten går ned, går temperaturen ned automatisk, og dette fører av ulike grunner til en

1 atmosfæren

reduksjon i CO2-konsentrasjonen. Det gir en reduksjon i drivhuseffekten, det vil si at mer stråling slipper ut i verdensrommet, slik at temperaturen minker ytterligere. Det er med andre ord en tilbakekobling mellom stråling og CO2. Slike koblinger er viktige i klimasystemet. Det er mange av dem, så vi kan like gjerne forklare begrepet tilbakekoblingsmekanismer med det samme. Samspillet mellom stråling og CO2 er en positiv tilbakekobling – «positiv» fordi begge deler trekker i samme retning. Det er strålingen som setter i gang nedkjølingen, men den etter hvert reduserte CO2-konsentrasjonen forsterker den nedadgående trenden. Den nevnte albedoeffekten har en sentral rolle i en annen positiv tilbakekobling. Dersom endringer i et ytre pådriv gjør at jorda kjøles ned, for eksempel fordi strålingsintensiteten minker, blir snøen liggende litt lenger ut på våren før den smelter. Samtidig øker sjøisens utbredelse. I sum fører dette til at et stadig større areal har en lys, snødekt overflate. Og denne økte albedoen gjør at stadig mer solstråling reflekteres ut igjen i verdensrommet før den blir absorbert av jorda og havet. Nedkjøling avler altså videre nedkjøling. Dette er en type tilbakekobling som kan pågå over mange tusen år. I våre dager snakkes det mest om tilbakekoblingen mellom global oppvarming og albedo. Økte utslipp gjør luften varmere. Den varme luften smelter både snø og is og reduserer dermed jordas albedo. Dette gjør igjen at mer og mer stråling blir absorbert heller enn reflektert til verdensrommet. I de siste årene har sjøisutbredelsen i Arktis minket overraskende raskt – kan det skyldes en rask tilbakekobling i klimasystemet, en kobling på en tiårig tidsskala?

hva er klima

CO2 vs. vanndamp De som ikke har fått med seg at CO2 er en viktig gass i klimasammenheng, er ikke særlig oppdaterte og leser neppe denne boka. Men det kommer kanskje som en overraskelse at vanndamp er den gassen i atmosfæren som i størst grad bidrar til drivhuseffekten, mer enn CO2. Så hvorfor er man så fokusert på CO2 i stedet for på vanndamp? Den viktige forskjellen mellom disse to gassene er at CO2 er en av klimasystemets pådrivere. CO2-innholdet i atmosfæren kan vokse ved økte menneskelige utslipp, vulkanutbrudd, nedsatt opptak av CO2 i havet, økt forråtnelse, redusert fotosyntese og en rekke andre fysiske, kjemiske og biologiske prosesser. Men vi kan ikke tilføre vanndamp til atmosfæren. Vanndampen har en mer passiv rolle. Den er i bunn og grunn bare del av én vesentlig tilbakekobling. Hvor mye vanndamp som befinner seg i atmosfæren globalt sett, er nesten utelukkende bestemt av lufttemperaturen. Hvis luften blir varmere, blir det mer damp i den. Blir det kaldere, regulerer vanndampinnholdet seg ned. Det som er viktig å forstå, er at dette forholdet bare virker den ene veien. Det er umulig å øke lufttemperaturen ved å øke luftfuktigheten. Vi mennesker har fått erfare at CO2 ikke er underlagt de samme begrensningene. CO2 er involvert i de fleste tilbakekoblingene som har med endringer i lufttemperaturen å gjøre. For eksempel: svingninger i temperaturen dikterer i hvor stor grad naturen frigjør eller binder opp CO2 ved fotosyntese og forråtnelse, men CO2-innholdet er også med på å regulere temperaturen. Dette samspillet setter sin tydelige signatur på den såkalte Keeling-kurven, den kanskje viktigste måleserien i klimaforskningen. Charles David Keeling (1928–2005) var som ung forsker på 1950-tallet involvert i et prosjekt som dreide seg om karboninn-

1 atmosfæren

holdet i elver. Jobben hans var å måle CO2-innholdet i luften på ulike steder, i skoger, i byer og på fjelltopper. Til sin overraskelse fikk han alltid 310 ppm, uavhengig av målested. Tidligere målinger hadde tydet på at CO2-innholdet var mer variabelt, men dette kan ha skyldtes at Keelings metoder var mer nøyaktige. Uansett: Keeling fikk en aha-opplevelse. Han lærte seg at naturen kan opptre med en uventet stor grad av regelmessighet. Samtidig ble han overbevist om det var nødvendig med presise målinger dersom man skulle påvise dette.

CO2-konsentrasjon (ppm)

390 380 370 360

Keelings CO2-kurve fra Mauna Loa

350 340

Månedlige verdier

330 320 310 1958

1968

1978

1988

1998

2008

Årstall

Figur 2. Keeling-kurven, som viser CO2-konsentrasjonen på Mauna Loa i de siste 60 årene.

I mars 1958 hadde Keeling fått etablert en målestasjon på vulkanen Mauna Loa på Hawaii. Det mest fremtredende trekket ved Keeling-kurven på figur 2, foruten at den viser en klar økning i CO2-innholdet over tid, er den åpenbare syklusen med en periode på ett år. Det årlige maksimumet kommer i mai, mens kurven treffer et lokalt bunnpunkt hvert år i oktober. Forklaringen ligger i at det meste av jordas vegetasjon befinner seg på den nordlige

hva er klima

halvkule. I sommerhalvåret tas det opp CO2 i planter og jordsmonn på grunn av økt fotosyntese. I vinterhalvåret slippes dette ut igjen når plantene råtner. Den svingningen vi ser på kurven, kan betraktes som jordas åndedrett. Vanndampinnholdet varierer ikke på samme måte. Det er styrt av lokale forhold som lufftemperatur, vindretning og styrken på solinnstrålingen. I tillegg er den kortlivet i forhold til CO2. Det tar vanligvis ti dager eller mindre fra vanndampen «fødes» ved fordampning, til den faller ned igjen på jorda eller i havet. De andre drivhusgassene holder seg mye lenger i atmosfæren. Når vi først sender disse gassene ut i atmosfæren, tar det lengre tid før de forsvinner igjen. CO2-utslippene fungerer som et pådriv i jordas strålingsbudsjett fordi CO2 hindrer varme i å unnslippe atmosfæren. Den økte luftfuktigheten er en respons på dette pådrivet. I dette tilfellet fører responsen til en økning i pådrivet: høyere luftfuktighet gir økt drivhuseffekt. Vi gjentar det gjerne: Forholdet og samspillet mellom pådriv og respons er alfa og omega for å forstå den globale oppvarmingen.

En forrykket balanse Den globale oppvarmingen er tema både i kapittel 4 og i avslutningskapitlet i denne boka. Vi føler likevel ikke at vi røper for mye ved å si at utslippene våre har forrykket jordas strålingsbalanse. Den økte konsentrasjonen av spesielt CO2, men også metan, lystgass og andre enda sjeldnere gasser, har ført til at jorda i dag ikke er i stand til å kvitte seg med like mye varme som den mottar fra sola. Drivhusgassene fungerer som pådrivere av den globale oppvarmingen. Mengden vanndamp i atmosfæren har også økt, og har bidratt med omtrent halvparten av oppvarmingen, men dét er fordi luften har blitt varmere. Dette er et godt eksempel på en

1 atmosfæren

positiv tilbakekoblingsmekanisme med negative konsekvenser. Til tross for alt fokuset på CO2 er det vanndampen som gjør mest av seg på det lokale plan. Forskjellen mellom natt og dag er størst på skyfrie sommerdager med lite vanndamp i luften. De laveste temperaturene finner vi rett før sola står opp om morgenen. Etter dette gjør soloppvarmingen at temperaturen øker helt frem til midt på dagen. I to–tre-tiden kommer det like mye stråling inn som det forsvinner ut. Og fra da av kvitter jorda seg med mer varme enn den mottar, og temperaturen synker helt frem til neste morgen igjen. Dersom det er tett skydekke og mye vanndamp i luften, er man derimot mye nærmere en lokal strålingslikevekt døgnet igjennom. Skyene hindrer det meste av den innkommende strålingen, samtidig som vanndampen i luften stenger inne den varmen som er på vei ut. Under disse betingelsene vil temperaturen knapt variere i det hele tatt gjennom døgnet. I skrivende stund sier værmeldingen for kommende døgn (10. november 2008) her i Bergen at temperaturen til enhver tid skal ligge mellom 5,5 og 7 grader. Det er overskyet. De andre drivhusgassene fordeler seg jevnere i atmosfæren enn vanndampen. Det er til enhver tid omtrent like mye CO2 i luften på Spitsbergen som på Hawaii. Drivhuseffekten fra CO2 virker dermed alle steder, hele tiden. Resultatet er at man stenger inne stråling, og det gjør at den gjennomsnittlige temperaturen på kloden øker. Dette er enda en grunn til at CO2 er så forskjellig fra vanndamp. At drivhusgassene er viktige elementer i jordas termostat, er nå hevet over tvil for den årvåkne leser. Men det betyr ikke at disse gassene er alene om å påvirke jordas strålingsbudsjett.

hva er klima

Svovelsyre i luften Ut på kvelden den 5. april 1815 kunne man i Jakarta høre en voldsom buldring i det fjerne. I begynnelsen trodde alle det dreiet seg om støy fra skytende kanoner, og flere steder sendte britene ut styrker for å forsikre seg om at situasjonen var under kontroll. Det var den ikke, men det var ikke fordi de ble angrepet av nederlenderne. Det de hadde hørt, var begynnelsen på et voldsomt utbrudd fra vulkanen Tambora på øyen Sumbawa, nesten 1300 kilometer borte. I løpet av de følgende dagene forverret situasjonen seg. I ettertid har man estimert at dette var det kraftigste utbruddet siden et utbrudd på New Zealand i år 186, da himmelen ble farget rød så langt borte som i Roma. Asken og alt det vulkanske materialet som ble slynget ut i disse utbruddene, nådde mer enn 40 kilometer opp i atmosfæren. Et helt år etter Tamboras utbrudd kunne man fremdeles observere en «tørr tåke» så langt borte som i det nordøstlige USA. Sola fikk et rødlig skjær, og verken regn eller vinder kunne løse opp det som i ettertid har blitt identifisert som et slør av svovelsyre i stratosfæren: det varme luftlaget som begynner i 15–20 kilometers høyde. Den dominerende klimatiske effekten av slike slør er en global nedkjøling ved bakken. Disse virkningene kan vedvare i flere år, så dette kommer vi tilbake til i kapittel 3. Årsaken til nedkjølingen er at partiklene i luften reflekterer solstråler som er på vei ned gjennom atmosfæren. Dermed blir jordas energibudsjett direkte påvirket. Men det finnes også menneskeskapte slør i atmosfæren. Det viser seg at aerosoler, bittesmå partikler som stammer fra luftforurensning, har reflektert solstråling gjennom flere tiår, og da særlig i industrialiserte områder. Et slør av sulfater – molekyler

1 atmosfæren

bestående av svovel og oksygen – kan dermed ha lagt en demper på den globale oppvarmingen i lang tid. Man kaller dette fenomenet global dimming. Fra om lag 1990 og utover har imidlertid sulfatutslippene blitt redusert, mye takket være internasjonale avtaler. Og det er først etter 1990 at oppvarmingen virkelig har skutt fart. Kan skjebnens ironi gjøre at en nedgang i luftforurensningen indirekte forsterker den globale oppvarmingen?

Skyer Aerosoler er viktige, men de er ikke like viktige som skyene. For å komme eventuell forvirring i forkjøpet: skyer er ikke det samme som vanndamp. All luft har til enhver tid en relativ fuktighet som varierer fra 0 % for tørr luft til 100 % for den luften som akkurat skal til å kondensere. Skyer dannes vanligvis ved at luft stiger. Da synker temperaturen, og den relative fuktigheten øker. Kald luft evner ikke å «holde på» like mye fuktighet som varm luft. Bare luften blir kald nok, begynner vanndampen å kondensere. Da dannes det skyer eller tåke, enten det er ute i naturen eller på badet idet man åpner vinduet etter en varm dusj. Inne i en sky finner vi vann i forskjellige former: vanndamp (gassform), vanndråper (flytende form) og is (fast form). Øverst i skyene er det mye is. Sett ovenfra har skyene en lys overflate og reflekterer mye av solstrålingen som er på vei ned til overflaten. Men de påvirker også styrken på drivhuseffekten til gasser som CO2 og vanndamp. Kort sagt er CO2 mer effektiv som drivhusgass inni skyer, og det samme gjelder vanndampen. Skyene har en tvetydig rolle i strålingsbudsjettet. På den ene siden bidrar de til nedkjøling, og på den andre siden forsterker de drivhuseffekten. Her er det en del usikkerhet inne i bildet – det er umulig å måle hvilken effekt alle skyene i hele verden har samtidig – men det ser ut til at den nedkjølende effekten, altså reflek-

hva er klima

sjonsegenskapene på oversiden av skyene, dominerer. Hvis alle skyene hadde forsvunnet, ville jorda ha blitt varmere. Nå skal vi over på neste trinn på tidsskalaen. Prosessene i dette kapitlet, og da fortrinnsvis stråling, skjer momentant. De har en tidsskala på null år. Som en inngang til det neste kapitlet vil vi imidlertid få påpeke at fremstillingen vår hittil har hatt en påtagelig svakhet. Vi har bare beveget oss i én dimensjon. Energien har kun fått lov til å bevege seg opp eller ned i form av stråling, latent varme eller ved konveksjon (stigende luft). I den virkelige verden fraktes det enorme mengder energi i det todimensjonale horisontale planet også. Tropene mottar mest solvarme. I polare strøk er det mørkt store deler av året. Dersom det ikke hadde forekommet varmetransport mellom tropene og polområdene, ville det ha vært langt varmere langs ekvator enn det er i dag. Til tross for drivhuseffekten hadde Arktis vært dekket av en evig og ugjennomtrengelig is. Det neste kapitlet handler om været, selve motoren som driver denne transporten av varme på tvers av breddegradene.

Videre lesning

Kerry Emanuel: What we know about climate change (2007). Et kort essay av den kjente orkanforskeren, som leverer akkurat det tittelen lover. John Houghton: Global warming: the complete briefing, 4. utgave (2009). Ei grundig bok av den tidligere lederen for FNs klimapanel. Se også episode nr. 2, Atmosfæren, av BBC-serien En livskraftig planet. Miniserien Wild weather er også god. Begge har fantastiske bilder.

Hva er jounalistikk.indd 6

13.04.2011 09:29:59

9788215013855BY.qxd:omslag1

16-06-09

14:14

Side 1

KLIMA

Erik Kolstad Øyvind Paasche

ISBN 978-82-15-01385-5 9

788215 013855

hva er

KLIMA Erik Kolstad Øyvind Paasche