Kapitel 11. Global uppvärmning: Klimatet nu och i framtiden

Transkript

1 Kapitel 11 Global uppvärmning: Klimatet nu och i framtiden 221

2 Klimatförändring Vi har sett att klimatet förändrats genom jordens historia Solens styrka har ökat under de senaste miljarder åren, och ibland kan jorden ha varit helt täckt av is och snö Under de senaste miljoner åren har jorden oskillerat mellan istider och mellanistider pga förändringar i jordens omloppsbana, förstärkt av interna återkopplingar Klimatförändring är alltså inget nytt i sig 222

3 Klimatförändring Människan ökar idag mängden koldioxid i atmosfären, och samtidigt har jordens medeltemperatur stigit Hur kan vi veta om temperaturen förändrats pga människans inverkan eller om det bara är fråga om naturliga fluktuationer? Och hur förväntas koldioxidhalten förändras i framtiden? För att besvara dessa frågor krävs flera steg För att förstå dagens klimatförändring, måste vi sätta den i rätt perspektiv, dvs jämföra med de senaste åren (holocen) För att förstå koldioxidens inverkan, måste vi studera hela CO 2 - cykeln och hur människan påverkar den Slutligen måste vi använda all tillgänglig information för att konstruera klimatmodeller som kan förutspå framtidens klimat Ingen enkel uppgift alltså 223

4 Klimatet under holocen Sen 1970-talet har vi tillgång till temperaturdata från satelliter som täcker hela jordklotet Sedan 1850 har kvicksilvertermometrar använts på många håll i världen, men mätserier saknas från flera kontinenter samt haven Före 1850 finns bara sporadiska mätningar från Europa och Nordamerika Vi måste alltså använda oss av proxyn (tänk. approximate), dvs storheter mha vilka vi kan estimera andra storheter Några metoder togs redan upp, t.ex. isotopförhållanden från iskärnor Två andra viktiga tekniker baserar sig på palynologi och dendrokronologi/dendroklimatologi 224

5 Palynologi och dendrokronologi Palynologi: Läran om pollen och sporer Dessa kan lagras långa perioder i sediment och kärr På basen av förhållanden mellan olika typer av pollen, kan man härleda hurdan områdets växtlighet varit under denna period och därifrån begränsa områdets klimat Data tusen år bakåt Dendroklimatologi: Klimatanalys baserad på bredden av trädens årsringar Variation pga värme och vattenmängd Inte alltid trivialt att relatera till temperaturen Tallpollen under mikroskop pedia.org/wiki /Palynology Årsringarnas bredd översatt till temperatur i barrträd från Sibirien Preparerat prov av ek från Öland. Årsringarna representerar tiden

6 Olika temperaturproxyn Turkos och ljusblå är från dendrokronologi Se för mer detaljer Historiska skrifter och loggar bör inte förglömmas /Temperature_record 226

7 Global medeltemperatur Oftast visas den globala medeltemperaturen, men den ska inte tolkas som en jämn förändring över hela jorden Variationerna i temperatur oftast höga vid högre breddgrader, medan tropikerna uppvisar större variationer i fuktighet Viktigt notera att relativt små temperaturskillnader har stor effekt Förra istidens kallaste period var bara ca 5-7 C kallare än idag! 800 år sedan hade vikingarna en koloni med odlingar på Grönland, och då var temperaturen endast ca 0.5 C varmare än idag En fördubbling av atmosfärens CO 2 förutspås öka medeltemperaturen med C, och uppvärmningen fram till 2100 är av en skala som inte setts på år 227

8 Holocena klimatoptimet ( BP before present) Efter yngre dryas stabiliserade sig klimatet med en temperatur som antagligen var snäppet varmare än idag Holocena klimatoptimet Antas vara en period med mycket stabilt klimat Holocene_Temperature_Variations.png 228

9 Holocena klimatoptimet ( BP before present) Trots att temperaturen är nära på samma som idag, tyder geologiska data på klara olikheter Sjöar i Östafrika och Sahara verkar ha varit mycket fuktigare Mera regn vid medelhavet Turkiet och Iran dock torrare Tarimbäckenet (Taklamakan) i västra Kina är nu en öken, men var då befolkad med skogar, och sidenvägen gick där igenom år sedan Är försvinnandet av dessa och andra civilationer en följd av naturlig klimatförändring eller människornas jordanvändning? Förändringar förstärkta av återkopplingar? Långt ifrån klart att en uppvärmning till dessa temperaturer idag skulle leda till liknande klimat som då 229

10 Den varma medeltiden Efter klimatoptimet sjönk temperaturen igen för att sen stiga och nå ett nytt maximum kring medeltiden Vikingarnas koloni på Grönland nådde sin maximala storlek ca 1100, men kring 1200 började istäcket utvidgas och efter 1410 finns ingen korrespondens från kolonin Liknande trender i Europa, med t.ex. vingårdar i England Våta och kalla somrar ledde till förlorade skördar och därmed svält Översvämningar i Nordsjön dödade människor i Tyskland och Danmark, tätt följd av digerdöden som dödade 25 miljoner människor (1/4 av Europas befolkning)

11 Lilla istiden Nedkylningen kulminerade kring 1500-talet i en period som kallas lilla istiden Informationen från denna tid är variabel runtom världen, men kalla perioder fortsatte antagligen till ca 1900 T.ex. kanaler i Holland som idag används för transport året runt rapporteras ha varit frusna 3 månader om året på talen 231

12 Orsaker till holocena klimatfluktuationer Vulkanutbrott? Vulkaner emitterar stora mängder aerosolpartiklar som kan leda till nedkylning genom att höja atmosfärens albedo Iskärnor från Grönland påvisar ökad vulkanisk aktivitet (dvs kring lilla istiden) och endast måttlig aktivitet (dvs varma medeltiden) 1815 hade vulkanen Tambora i Indonesien ett utbrott Det största i dokumenterad historia, slungade ut ca 150 km 3 material (Eyjalafjallajökull ~0.1 km 3 ), bl.a. 400 miljoner ton svavelsyra 43 km upp i atmosfären 1816 var året utan sommar Korrelation innebär dock inte kausalitet Mount Tambora /wiki/mount_tambora 232

13 Orsaker till holocena klimatfluktuationer Solens variabilitet? Solfläckar är kallare punkter på solytan som bildas pga solens magnetfält Dessa uppvisar cykler på ca 11 år Solen emitterar mera energi då solfläckarna ökar pga att dessa omringas av områden med ökade temperaturer Somliga data (t.ex. översvämningar) påvisar cykler av 11 eller 22 år på jorden, och längre perioder av ökad/minskad solfläcksaktivitet korrelerar också till en del med temperaturdata Förändringen mellan 80-talets max och min solfläckar ger upphov till ca 0.1% förändring i strålning som når jorden För tillfället ingen vetenskapligt godtagen metod genom vilken solcykeln kunde inverka märkbart på klimatet 233

14 Orsaker till holocena klimatfluktuationer Solens variabilitet? Ökade solfläckar ökar på solvinden, som i sin tur inverkar på jordens magnetfält i den mån att mängden kosmisk strålning som når atmosfären minskar En ofta förekommande teori är att denna strålning ökar på joniseringen i atmosfären som i sin tur ökar på hur mycket aerosolpartiklar som bildas, och eftersom fler aerosoler leder till ökat molntäcke/albedo, så skulle detta till slut leda till en nedkylning Data från Helsingfors universitet verkar inte stöda detta 234

15 Orsaker till holocena klimatfluktuationer Solens variabilitet? Andra källor finns nog också IPCC 2013: Fel solcykel Fel temperaturdata 235

16 De senaste 150 åren Det är mot all denna bakgrund vi ska utvärdera temperaturförändringen över de senaste 150 åren Främst vill vi veta hur stor del av uppvärmningen på senare tid kan tillskrivas människan Kan inte dagens uppvärmning bara vara återhämtning från lilla istiden? Det anser inte IPCC och klimatmodeller Övre bilden visar olika modeller med gult, deras medeltal med rött, och observationer med svart Nedre bilden visar samma sak, men utan mänskliga faktorer Modellerna fungerar alltså avsevärt bättre med både antropogena och biogena tvingningar 236

17 Kolreservoarer och flöden Koldioxiden i atmosfären har ökat med drygt 40% sen tiden före industrialiseringen Förändringen är större än någon naturlig förändring sen istiden Nästan säkert att det orsakats av människan För att förstå hur människans inverkan kan vara så stor, bör vi analysera reservoarerna samt flödena mellan dem 237

18 Repetition: Kolcykeln Fossila bränslen utgör en reservoar på ca Gton(C) Räknar man med metanklatratreserver ökar den trefalt I bilden finns inte karbonaten i berggrunden med (40 miljoner Gton(C)), och deras flöde till atmosfären (0.06 Gton(C)/år) Silikat-karbonatcykeln inverkar pga det minimala flödet endast på mycket långa tidsskalor, och är därför inte av stor betydelse för förändringar som sker under de närmaste århundradena Notera också att flöden till havet och biosfären är ungefär lika, trots stora skillnader i reservoarerna Plankton behöver inte lika stora mängder biomassa för att vara lika effektiva på fotosyntes 238

19 Fossila bränslen Förbränningen förenklat CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O Konsumtionen känd till ca 10% noggrannhet, 2004 var den 7.9 Gton(C)/år Detta värde är ca 10 ggr mindre än årliga utbytet med biosfären, men ca 100 ggr större än CO 2 -flödet från vulkaner Effekten på koldioxidhalten är alltså oproportionerligt stor Orsaken är att denna del av kolcykeln inte är i balans 239

20 Koldioxidsänkor och tidsskalor Vart far koldioxiden som emitterats till sist? Detta är en fråga som kan leda till mycket krångliga svar Orsaken är att kolets kretslopp består av komponenter med mycket olika responstider Dessutom är frågeställningen i sig lite felaktig, då allt handlar om kretslopp Vi listar sänkor börjandes från den snabbaste processen Notera också att definitionen på en sänka inte alltid är helt klar Om t.ex. haven är en lika stor sänka som källa, är den inte en nettosänka för CO2 240

21 Koldioxidsänkor och tidsskalor Terrestriell biomassa på norra halvklotet Skogarna kan agera som sänkor om de tar upp mer kol än de avger Om de tar upp mer måste skogarnas volym också öka skogsskövling måste alltså ha en motsatt effekt T.ex. är orsaken till ökningen av CO 2 i atmosfären till stor del pga att skogar höggs ner i Nordamerika (pioneer effect) I dagsläget är förfrågan på trä lägre och skogar på norra halvklotet ökar istället för att minska, och dessa kan därför agera som sänkor en tid framöver 241

22 Koldioxidsänkor och tidsskalor Koldioxidgödsling På många håll är CO 2 en begränsande faktor för fotosyntes och därför kommer ökad CO 2 att leda till ökad fotosyntes Effekten kommer direkt från gödslingen, men också från att träden inte avger lika mycket vatten då de enklare får in CO 2 Just sådana effekter studeras aktivt i Hyytiälä Risken finns dock att varmare klimat leder till snabbare nedbrytning av jordmånens kolreserver, vilket å sin sida skulle minska biomassans storlek och därmed avge mer CO 2 än träden förmår ta in 242

23 Koldioxidsänkor och tidsskalor Upplösning i haven De första extra koldioxidmolekylerna som människan emitterade togs säkerligen mycket snabbt upp av ytvattnen i haven Men ju mer vi producerar, desto svårare blir det för haven att ta upp koldioxiden Delvis satureras ytvattnet, och ifall det fortsättningsvis löses upp mer koldioxid, leder detta till försurning av haven, med möjligen ödesdigra konsekvenser för marina organismer CO 2 -molekyler försvinner på ca 10 år i havet, men avges antagligen ganska snabbt igen Endast om koldioxiden tar sig till djuphaven kommer den att stanna där en längre tid Blandningen dit sker på tidsskalor av ca 1000 år 243

24 Koldioxidsänkor och tidsskalor Karbonatreaktioner på havsbotten En process som sker på tidsskalor på ca 1000 år, där CO 2 från haven kan reagera med CaCO 3 CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca HCO 3 - Vittring av silikatbergarter (silikat-karbonatcykeln) CaSiO 3 + CO 2 CaCO 3 + SiO 2 Den långsammaste men mest permanenta sänkan för CO 2 244

25 Koldioxidsänkor och tidsskalor Vi har alltså sett att enskilda koldioxidmolekylers livstid i atmosfären är bara ca 10 år, men dom stora sänkorna är endast kortvariga Klimatmodell av följden av ett momentant utsläpp på 100 Gton(C) nedan 245

26 Framtida CO 2 och klimatet Då vi känner till källorna och sänkorna av koldioxid, är vi redo att påbörja det svåraste steget, nämligen att förutspå framtida förändringar Det räcker dock inte med att vi känner till fysiken, vi måste också uppskatta framtida användningen av fossila bränslen, skogsskövling/plantering, etc. CO 2 är heller inte den enda växthusgasen 246

27 Metan (CH 4 ) Andra växthusgaser Främst från jordbruk, nötkreatur, risodlingar Har mer än fördubblats under senaste 200 åren, men ökningen verkar ha saktat ner och kommer möjligen inte att öka på växthuseffekten i framtiden Lustgas (N 2 O) Ökningen har varit måttligare, men fortsätter öka 247

28 Freoner (CFC) Håller på att minska pga restriktioner Andra växthusgaser Kompenserande ämnen ökar och kan i framtiden inverka på växthuseffekten 248

29 Strålningstvingning Hur mycket har vi förändrat mängden (sol- och infraröd) strålning som träffar jordytan? Aerosolernas hälsoeffekter kommer antagligen att leda till snabbare minskning av dessa än växthusgaserna Aerosolernas livstid ett par veckor, CO 2 århundrade, i atmosfären Emissionsscenarion måste också anta värden för aerosolerna 249

30 Emissionsscenarion IPCC-rapporten från 2007 testade flera scenarion, men de som oftast visas är A2, A1B och B1 (hög, medium, låg CO 2 -utsläpp) 2013 rapporten använder bättre namn B1: Moderat ökning till 2040 till 12 Gton(C)/år, varefter minskning till 5 Gton(C)/år till 2100 A1B: Ökning till 17 Gton(C)/år till 2050, 14 Gton(C)/år 2100 A2: Konstant ökning, når 30 Gton(C)/år kring 2100 Den sista kanske verkar pessimistisk, men idag har vi överskridit även de mest pessimistiska scenariona som IPCC hade 2005 I varje fall leder emissionerna till en koldioxidhalt 2-4 gånger högre än för 200 år sedan 250

31 Framtida temperaturer All information från de tidigare slidesen kan då sättas in i de mest avancerade klimatmodellerna som finns till förfogande Ökningen förväntas vara 2-4 grader fram till år 2100 Ökningen var lägre än väntat, men sen dess har temperaturen igen ökat kraftigt 251

32 Hur vet vi att världen värmts upp? Medeltemperaturen inte enda indikatorn 252

33 Efter 2100? Varje fördubbling av CO 2 förväntas öka temperaturen med 2-4 grader CO 2 kan gott stiga över kommande århundraden med2 3 =8, vilket kunde motsvara en uppvärmning på 6-12 grader Samma siffror som skillnaden mellan dagsläget och istiden eller varmaste perioden under mesozoikum Klimatets kaotiska beteende bör inte heller glömmas T.ex. Djuphavscirkulationen Paradoxalt kunde ett avstannande av golfströmmen pga global uppvärmning leda till en nedkylning i Europa Hav-atmosfärkopplingarna är ännu mycket osäkra, och kräver mycket mer forskningsarbete 253

34 Uppvärmning = förhöjd havsyta En av de största hoten 1m, 30m 60m: 254

35 Uppvärmning = förhöjd havsyta Inte precis där ännu, men vi är på väg 255

36 Nya forskningsrön hela tiden : Om planktonen inte överlever i varmare vatten kan CO 2 öka, men också O 2 minska! 256

37 Adaptation och mitigation Dessa två termer används ofta inom klimatforskningen, och är därför värda en notering Mitigation = riskkontroll/risknedsättning, process där beslut tas och skyddande åtgärder implementeras för att reducera riskerna till (eller behålla riskerna på) en viss nivå Adaptation = adaption, anpassning till yttre omständigheter Forskare hoppas fortfarande att mitigation ska vara i fokus 257