1 Introduksjon

Klimaet på jorda er i endring. Menneskeskapte klimaendringer er en av vår tids viktigste utfordringer og påvirker alle deler av samfunnet. Derfor har de fleste av oss behov for kunnskap om klimaproblemet. Målet med denne boka er å gi en konsis og forståelig introduksjon til klimasystemet: de fysiske prosessene som styrer klimaet på jorda. Det vil gi oss en naturvitenskapelig plattform for å forstå årsaker, utfordringer og løsninger når vi står overfor menneskeskapte klimaendringer.

Klimasystemet

De fysiske prosessene i jordas atmosfære, hav, landoverflate og biosfære som bestemmer klimaet på jorda.

Aller først: Hva er klima? En vanlig definisjon er at klima er forventet, eller typisk, vær for et bestemt område. Mens klima kan virke litt abstrakt, har vi alle et forhold til været. Vi kan beskrive været på ett bestemt sted og ved ett bestemt tidspunkt ved hjelp av størrelser som temperatur, skydekke, luftfuktighet, nedbør og vind. Gjennomsnittsverdiene av disse størrelsene over tid, hvordan de varierer med årstidene, og hvor stor variasjon man kan forvente innenfor en årstid, er det som utgjør klimaet i samme område.

Klima

Forventet eller typisk vær i et bestemt område i løpet av året.

Hvorfor skal vi bry oss om klima? Det kan være mange grunner til det, men en viktig grunn er at den infrastrukturen vi som samfunn har bygget opp, og som sørger for at vi har tilgang på vann, mat og energi, er tilpasset det klimaet vi har i dag. Som oftest er kapasiteten til denne infrastrukturen utnyttet i stor grad for å dekke etterspørselen, og vi har ikke mye å gå på når klimaet endrer seg. Det gjør at selv små endringer i klimaet kan føre til store forstyrrelser i samfunnet, for eksempel når økt nedbør gir oversvømmelser som ødelegger hus og veier. Hva vet vi om klima? Det er fysikkens lover som styrer både vær og klima på jorda, og denne fysikken er godt kjent. De grunnleggende prosessene som bestemmer temperaturen til en planet, har vært studert siden midten av 1800-tallet, og i løpet av 1900-tallet ble det utviklet gode modeller for å forstå de fleste aspektene av klimaet på jorda. Nobelprisen i fysikk i 2021 anerkjente nettopp den solide forståelsen av klimasystemet som forskere kom frem til i løpet av det 20. århundre. Det gjaldt spesielt modeller som beskriver hvordan luftfuktighet og temperaturer fordeler seg oppover i atmosfæren, som vi skal komme inn på i kapittel 4, og metoder for å forstå hvorfor og hvordan klimaet endrer seg mens man tar hensyn til den naturlige variasjonen i været. Naturvitenskapelig klimaforskning er fortsatt et viktig og aktivt fagfelt. Siden de grunnleggende sammenhengene er godt etablert, jobber mange klimaforskere nå med å utforske lokale effekter og konsekvenser av ulike valg vi mennesker kan komme til å gjøre i årene fremover.

I denne boka skal vi bygge opp en grunnleggende forståelse av klimasystemet trinn for trinn. Vi starter med å introdusere noen fysiske begreper, som temperatur, energi og varme, og de fysiske lovene som styrer hvordan varme flyter mellom ulike deler av klimasystemet. Deretter skal vi se på hvordan temperaturen til planeten vår bestemmes av balansen mellom hvor mye stråling jorda får fra sola, og hvor mye stråling planeten sender ut igjen til verdensrommet. Vi skal beskrive hvordan denne temperaturen endres når vi tar med drivhuseffekten, som bestemmes av mengden drivhusgasser i atmosfæren. Så ser vi på hvordan varme fordeler seg i atmosfæren og i havene, og rollen til skyer, støv og is. Når vi kjenner disse grunnleggende prinsippene, kan vi gå videre til å snakke om naturlige og menneskeskapte klimaendringer og hvilke muligheter vi har for å sørge for at også våre etterkommere kan få leve i et behagelig klima. Det skal gå an å forstå boka også for dem som ikke har naturvitenskapelig bakgrunn, eller ikke husker mye av matematikken fra skolen. Allikevel må vi bruke litt matte, spesielt i starten av boka. Hvis du synes at matematikken ser overveldende ut, så gi det en sjanse. Vi tar det steg for steg. Det blir mindre matte senere i boka, der vi ser mer kvalitativt på ulike aspekter av klimasystemet og -problemet.

Eksempel: Litt om matematikken

I denne boka bruker jeg matematikk-notasjon som er vanlig i fysikken. Det betyr at jeg skriver likninger med bokstaver eller symboler. For eksempel kan jeg si at jeg vil finne arealet til jordkloden. Den er formet omtrent som en kule. I utgangspunktet husker jeg ikke hvor stor jordkloden er, så jeg kaller radius, avstanden fra jordas sentrum og ut til overflaten, for rj. Denne bokstaven, eller variabelen, kan jeg bytte ut med tall senere. Det er vanlig å skrive variabler i kursiv slik jeg har gjort her. I tillegg har jeg gitt variablene en liten merkelapp nederst til høyre, bokstaven j for jorda. I denne boka vil små bokstaver eller ord som står nederst til høyre for variablene, være nettopp slike merkelapper.

Jeg slår opp arealet av en kule og skriver ned likningen slik:

Aj = 4π rj 2

Her bruker jeg variabelen Aj for jordas areal. Symbolet π står for tallet 3,14, og 2-tallet øverst til høyre på rj betyr at vi skal gange med rj to ganger. I denne boka er alltid tall øverst til høyre på en variabel en potens, som sier hvor mange ganger variabelen skal ganges med seg selv. Legg merke til at jeg ikke skriver gangetegn mellom elementene i høyre side av likningen. Når det står 4π rj2, betyr det at alle de tre elementene skal ganges med hverandre.

Det er to ukjente i likningen over: jordas areal og jordas radius. Dersom jeg kjenner den ene, har jeg bare én ukjent, og når jeg har én likning og én ukjent, kan jeg regne ut verdien av den ukjente. For eksempel kan jeg slå opp og finne at jordas radius er rj = 6371 km. Det er ofte best å bruke de standardiserte SI-enhetene (for eksempel m, kg og s i stedet for km, tonn og år) i regnestykker, siden det gir mindre mulighet for feil. Derfor gjør jeg om fra km til m og får rj = 6

(106 betyr 1 000 000). Nå kan jeg regne ut arealet til jorda:

Nå er vi klar til å gå løs på klimafysikken, og det første vi skal gjøre, er å se på begrepene energi og varme