Vastaus nimimerkille ”Ihan pihalla” hiilidioksidin osuudesta kasvihuoneilmiöön ja ihmisen päästöjen määrästä

Nimimerkki ”Ihan pihalla” esitti kommentissaan kysymyksen:

Kertokaapa viisaammat, pitävätkö nämä luvut paikkansa? Joo, ne löytyvät Tanskasen blogista.

-Human activity accounts for less than 4 percent of global CO2 emissions.

-CO2 itself accounts for only 10 or 20 percent of the greenhouse effect.

Luvut pitävät jokseenkin paikkansa. Selittikö Tanskanen  myös mitä luvut merkitsevät? Ne nimittäin johtavat helposti harhaan, ellei niitä tarkastele lähemmin. Asia lukujen takana pitää ymmärtää, pelkistä lukuarvoista ei voi vetää johtopäätöksiä. Monien myyttien ja harhakäsitysten tapaan nämäkin luvut kiertävät keskusteluissa vuodesta toiseen ilmeisesti juuri siksi, että niihin ei tutustuta otsikkotasoa pidemmälle. Ja toisaalta siksi, että niillä voidaan helposti johtaa ajatuksia harhaan, jos niin halutaan.

Ihmisen hiilidioksidipäästön suuruutta ja merkitystä luonnon omaan hiilikiertoon verrattuna olen käsitellyt aiemmin täällä:

https://planeetta.wordpress.com/2008/04/08/hiilikierto/

Vastaukset löytyvät sieltä, en toista niitä tässä.

Vesihöyry on merkittävin kasvihuonekaasu, jonka osuus on 36…66 %. Jos pilvien vaikutus otetaan huomioon, vaikutus on suurempi, 66..85 %.

Hiilidioksidin osuus on 9..26 %

(Lähde: http://en.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_gas)

Vesihöyryn elinikä ilmakehässä on hyvin lyhyt, vain vuorokausia tai viikkoja, joten sen pitoisuus vaihtelee nopeasti. Ilman kyky pidättää vesihöyryä sisällään on verrannollinen lämpötilaan. Mitä lämpimämpää ilma on, sen enemmän siinä voi olla vesihöyryä. Kun ilma jäähtyy, vesi tiivistyy ja sataa alas, tai tiivistyy suoraan kylmille pinnoille. Sen vuoksi vesihöyryä ei pidetä pakotteena, vaan takaisinkytkentänä. Hiilidioksidin elinikä ilmakehässä on kymmeniä tai satoja vuosia, sen määrään ei vaikuta lämpötila, se pysyy ilmakehässä kaasuna, se ei veden tavoin tiivisty eikä sada alas. Kun hiilidioksidi lämmittää ilmakehää, se mahdollistaa myös vesihöyryn määrän lisääntymisen, joka osaltaan vahvistaa lämpenemistä. Tämä takaisinkytkentä on aivan oleellinen ilmaston lämpenemisen kannalta. Suurimmat epävarmuudet ennusteissa liittyvät juuri veteen, sen takaisinkytkennän voimakkuuteen ja sen vaikutukseen pilvisyyden määrässä.

Hiilidioksidi jakautuu ilmakehässä tasaisesti. Vesihöyry jakautuu epätasaisesti. Sitä on enemmän lämpimillä alueilla, ja kylmillä napa-alueilla hyvin vähän. Siellä hiilidioksidin vaikutus sen vuoksi korostuu.

Hiilidiokisidin kasvihuonevaiktutuksen voimakkuutta voidaan ilmaista käsitteellä ilmastoherkkyys. Se tarkoittaa, kuinka paljon ilmasto lämpenee jos hiilidioksidin määrä kaksinkertaistuu esiteollisen ajan lukemasta. Se on noin kolme astetta. Ilman vesihöyryn vahvistavaa vaikutusta, se olisi vain noin yhden asteen. Ihminen ei kuitenkaan kykene muuttamaan ilmastoa lisäämällä ilmekehään pelkkää vesihöyryä, koska se sataisi sitä mukaa alas kun sitä ilmaan jostain työnnetään. Sen vuoksi vesihöyryn merkityksen liiallinen korostaminen ilmastokeskustelussa ei ole kovin hyvä argumentti. Se on hyvä tapa johtaa kuulija harhaan, ja saada hiilidioksidin merkitys näyttämään merkityksettömän pieneltä. Hiilidioksidi säätelee ilmastoa, ei vesihöyry. lmaston ”termostaattia” säädetään ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta muuttamalla.

Aiheeseen liittyviä aikaisempia kirjoituksia:

• Hiilikierto
• Kasvihuonekaasut
• Maan energiatase ja kasvihuoneilmiö
• Hiilidioksidi ja ilmastoherkkyys
• Ilmaston palauteilmiöt

Metaanin lisääntyminen ilmakehässä ja uutisoinnin huuhaa

Ilmakehän metaanipitoisuus on yli kolminkertaistunut esiteolliseen aikaan verrattuna. Pitoisuus on pitkään pysynyt samana, mutta 2007 sen pitoisuus alkoi jälleen kasvaa. Koska kasvua havaittiin samanaikaisesti sekä eteläisellä että pohjoisella pallonpuoliskolla, täytyy metaanin myös olla peräisin molemmilta pallonpuoliskoilta. Jos lähde olisi vain toisella pallonpuoliskolla, kestäisi vuoden ennen kuin pitoisuus nousisi myös toisella pallonpuoliskolla. Tämä johtuu siitä, että ilmamassat pallonluoliskojen välillä sekoittuvat hitaasti.

Nettisivusto The Daily Galaxy kirjoitti aiheesta hiljattain otsikolla ”MIT Scientists Ask: Is Global Warming Part of a Natural Cycle?” Teksissä viitataan MIT:n (Massachusetts Institute of Technology) uutissivustolla julkaistuun uutiseen, joka löytyy tästä.

The Daily Galaxy:n (jatkossa TDG) kirjoitus on oikea malliesimerkki asenteellisesta uutisoinnista. MIT:n uutisesta ei edes löydy sanoja Natural eikä Cycle, jotka TDG on valinnut otsikkoonsa. TDG:n tekstin lopussa sanotaan:

Findings like these tell us it’s too early to know for sure if man’s impact is affecting things at ”alarming rates.” We may simply be going through another natural cycle of warmer and colder times – one that’s been observed through a scientific analysis of the Earth to be naturally occurring for hundreds of thousands of years.

Tälle väittämälle ei löyty vastinetta alkuperäisestä uutisesta, kyseessä on kirjoittajan Casey Kazanin mielipide, tai väärinymmärrys. Kirjoittaja antaa ymmärtää, että kyseessä olisi vain ilmaston luonnollinen vaihtelu. Mistä moinen johtopäätös, vaikka viitatussa uutisessa sanotaan suoraan näin:

A rise in Northern Hemispheric emissions may be due to the very warm conditions that were observed over Siberia throughout 2007, potentially leading to increased bacterial emissions from wetland areas.

Looginen linkki ilmastonmuutokseen tästä on kasvihuonekaasujen lisääntymisen aiheuttama lämpeneminen ja siitä johtuva Siperian ikirouta-alueiden sulaminen. Näin ollen havaittu metaani olisi malliesimerkki palauteilmiöstä, joka johtuu lämpenemisestä ja joka vahvistaa sitä entisestään.

Tämä on toistaiseksi toki hypoteesi, koska tiede ei tee olettamuksista totuuksia kuten ”skeptikot”. Eteläisen pallonpuoliskon metaanin alkuperä on vielä arvoituksellisempi. Asia vaatii tutkimuksia, ja niistäkin uutisessa kerrotaan:

To help pin down the cause of the methane increase, Prinn said, ”the next step will be to study this using a very high-resolution atmospheric circulation model and additional measurements from other networks.” But doing that could take another year, he said, and because the detection of increased methane has important consequences for global warming the team wanted to get these initial results out as quickly as possible.

The Daily Galaxy:n juttu on räikeä esimerkki asioiden vääristelystä, omien mielipiteiden tarjoamisesta selityksiksi ja tahallisesta harhaanjohtamisesta. Sellaista esiintyy tämän tästä, ja ainoa keino sudenkuoppien välttämiseksi, on kaivaa esille alkuperäinen uutinen tai tutkimusraportti johon jutussa viitataan, ja tehdä omat johtopäätökset suoraan siitä, ja mahdollisuuksien mukaan hakea vielä muitakin tulkintoja asialle.

• Pekka Siikala: Netti valehtelee enemmän kuin 1000 kuvaa
• Levels of the greenhouse gas methane begin to increase again
• MIT Scientists Ask: Is Global Warming Part of a Natural Cycle?
• Metaani

Havaintoja meriveden happamoitumisesta

Australian iso valliriutta

Hiilidioksidipäästöt yhdistetään ilmaston lämpenemiseen, josta seuraa ilmaston muuttumista. Hiilidioksidilla on myös toinen haitallinen ominaisuus, jonka seuraukset voivat olla mittasuhteiltaan hyvinkin ilmastonmuutokseen verrattavia, nimittäin merten happamoituminen.

Hiilidioksidia liukenee ilmakehästä meriveteen. Tämä on osa luonnollista hiilen kiertokulkua, jota olen käsitellyt tässä artikkelissa.

Mitä enemmän ilmassa on hiilidioksidia, sen enemmän sitä liukenee mereen. Ihmiskunnan tuottamasta ylimääräisestä hiilidioksidista mereen liukenee n. 40 %. Seurauksena tästä ylimääräisestä hiilidioksidilisästä on meriveden pH:n lasku, eli happamoituminen. Merivesi on lievästi emäksistä. 1700-luvulla meren pintaveden pH oli keskimäärin 8,179. 1990-luvulla 8,104. Ennuste vuodelle 2050, oletuksena, että ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on 560 ppm, on 7,949.

Meriveden happamoituminen haittaa kaikkien kalkkikuoristen eliöiden kasvua. Tähän ryhmään kuuluvat mm. useat plankton-lajit, kalkkikuoriset levät, korallit, simpukat ja muut äyriäiset. Koska nämä ovat ravintoketjun alkupäässä, muutos vaikuttaa väistämättä myös ravintoketjun loppuosaan, viimekädessä merestä ravintonsa hankkivaan ihmiseen. 

Koralliriutat ovat merien elämän monimuotoisuuden kannalta hyvin tärkeitä. Niistä saa suoraan elantonsa suuri joukko ihmisiä esim. matkailun ja kalastuksen muodossa. Välillisesti ne vaikuttavat koko meriekosysteemiin ja sen ravintoketjuihin. 

Korallit kärsivät myös meriveden lämpenemisestä, joka myös on seurausta ilmastonmuutoksesta. Ne tulevat kärsimään myös merenpinnan noususta.

Pari päivää sitten uutisoitiin Australian suuren valliriutan kasvun hidastuneen yli 13 prosenttia vuoden 1990 jälkeen. Tutkijat ovat mitanneet riutan kasvua 400 vuotta ajassa taaksepäin, ja nyt havaittu hidastuminen on ensimmäinen laatuaan. Syyksi epäillään, muiden saasteiden lisäksi, hiilidioksidin happamoittavaa vaikutusta sekä meriveden lämpenemistä. Havainto on hyvin linjassa aikaisemmin tunnistetun meren happamoitumisen kanssa. 

Merien kemiassa on prosesseja, jotka pystyvät kompensoimaan lisääntyvää hiilidioksidikuormitusta. Ne pystyvät pitämään veden pH:n sopivissa rajoissa tilanteessa, jossa ilman hiilidioksidipitoisuus nousee nykyisiin lukemiin tuhansien vuosien aikana, mutta ei muutaman sadan vuoden aikana. Luonnollinen happamuuden kompensointi ei siis ehdi korjaamaan ihmisen aiheuttamaa nopeaa happamoitumista. 

Odotettavissa näyttää siis olevan yhä laajempaa koralliriuttojen, sekä muiden kalkkikuoristen eliöiden kasvun hidastumista, populaatioiden pienentymistä, sekä em. eliöitä ravintonaan käyttävien korkeampien eläinten kuten kalojen ja valaiden kantojen pienentymistä. Kalakantojen väheneminen johtaa edelleen kalansaaliiden niukkenemiseen, ja sitä kautta ruuan tuotannon vähenemiseen.

Merien happamoituminen on näin ollen yhtä merkittävä, ellei merkittävämpi syy hiilidioksidipäästöjen pikaiseen vähentämiseen kuin ilmastonmuutos. Myös muita meriä kuormittavia saastepäästöjä on saatava pienennettyä, koska usea samanaikainen kuormitus yhdessä heikentää merien tilaa enemmän kuin pelkkä happamoituminen yksinään.

Tätä kirjoittaessa heräsi kysymys, josta käyttämäni lähteet eivät maininneet mitään: Koska yksi luonnon mekanismi hiilen poistamiseksi kierrosta on kuolleen kalkkikuorisen levän ja planktonin vajoaminen meren pohjaan muodostan siellä sedimenttiä. Jos happamoituminen estää näiden eliöiden kasvua, tyrehtyykö myös tämä hiiltä poistava prosessi? Kyseessä olisi silloin ilmeisen voimakas positiivinen palauteilmiö, joka johtaisi entistä nopeampaan muutokseen sekä meressä että ilmakehässä.

http://fi.wikipedia.org/wiki/Iso_Valliriutta

http://yle.fi/uutiset/luonto_ja_ymparisto/2009/01/suuren_valliriutan_kasvu_heikointa_vuosisatoihin_458427.html

http://www.hs.fi/ulkomaat/artikkeli/Maapallon+meret+happamoituvat+arvioitua+nopeammin/1135241601017

http://ohjelmaopas.yle.fi/artikkelit/tiede/tiedeuutiset/happamoituva-meri-johtaa-aanta-paremmin

http://www.fimr.fi/fi/ajankohtaista/mtl_uutisarkisto/2006/fi_FI/86/

http://en.wikipedia.org/wiki/Ocean_acidification

http://www.realclimate.org/index.php?p=169

https://planeetta.wordpress.com/2008/04/08/hiilikierto/

Kuvia sulavista jäätiköistä

Muutokset jäätiköissä lienevät kaikkein havainnollisimpia todisteita ilmaston lämpenemisestä. Pohjoisnavan merijään pinta-ala on kiihtyvästi supistunut ja mannerjäätiköt eri puolilla maailmaa ovat pienentyneet ilmaston lämpenemisen seurauksena. Joissain tapauksissa myös ilmansaasteiden tiedetään aiheuttavan sulamista. Tummat saastehiukkaset laskeutuvat jään pinnalle muuttaen sen albedoa, jolloin Auringon säteily ei entiseen tapaan heijastu jäästä pois vaan alkaa lämmittää sitä.

Valkoisen jään alta paljastuva tumma maanpinta imee itseensä moninkertaisen määrän lämpöä Auringon säteilystä. Sulamisten seurauksena suuria heijastavia jäätiköitä katoaa ja korvautuu tummalla maanpinnalla. Maan albedo vähenee ja syntyy positiivinen palauteilmiö, joka kiihdyttää lämpenemistä. Sama tapahtuu merijään sulaessa. Sula meren pinta heijastaa Auringon säteilyä huonommin kuin valkoinen jää.

Kuvia sulavista jäätiköistä on nähty esim. Al Goren dokumentissa Epämiellyttävä Totuus.

Yhdysvaltoja kiertää parhaillaan valokuvanäyttely nimeltään Double Exposure, johon on koottu kuvia sulavista jäätiköistä Pohjois-Amerikasta ja Sveitsin Alpeilta. Kuvaparin muodostavat kuva vuosikymmenten takaa, sekä uusi kuva samasta kohteesta. Muutokset  ovat hyvin dramaattisia ja osoittavat selkeästi, että ilmasto on muuttumassa.

Kuvia pääsee katsomaan osoitteessa

http://www.doublexposure.net/index.html

Sivuilta löytyy kuvien lisäksi tietoa kuvien esittämien jäätiköiden sijainnista ja paikallisista ilmasto-olosuhteista, valokuvaajista, sekä linkkejä eri uutis-sivustoille joilla näyttelyä ja sen aihepiiriä on käsitelty.

Ilmaston palauteilmiöt

Palauteilmiöllä tarkoitetaan jostakin ilmiöstä johtuvaa seurannaisilmiötä, joka vaikuttaa alkuperäiseen ilmiöön sitä vahvistavasti tai heikentävästi. Palauteilmiöstä käytetään myös nimityksiä takaisinkytkentä, tai palautekytkentä, jotka tarkoittavat samaa asiaa.

Käytännön esimerkki palauteilmiöstä on esimerkiksi ilmanvastus. Kun autolla ajetaan tasaista vauhtia tasaisella tiellä, systeemi on tasapainossa. Vastukset ovat yhtä suuret kuin moottorin tuottama teho, jolloin vauhti ei kiihdy eikä hidastu. Kun painetaan kaasua, moottorin teho kasvaa ja vauhti alkaa kiihtyä. Samalla kasvaa ilmanvastus, kunnes se on yhtä suuri kuin moottorin lisääntynyt teho, jolloin vauhdin kiihtyminen lakkaa ja systeemi on uudelleen tasapainossa. Ilmanvastuksen kasvu on negatiivinen palauteilmiö, koska se rajoittaa vauhdin kiihtymistä.

Positiivinen palauteilmiö on esimerkiksi lämpötilan nousu tulipalossa. Palon alku alkaa hitaasti nostaa lämpötilaa, joka kiihdyttää palamista, joka edelleen nostaa lämpötilaa, kunnes koko talo on talo on tulessa.

Ilmastonmuutoksessa palauteilmiöillä on erittäin suuri merkitys monestakin syystä. Palauteilmiöitä on ilmastossa paljon, niistä monien vaikutus, voimakkuus ja herkkyys tunnetaan huonosti. Kaikkia palauteilmiöitä ei välttämättä vielä lainkaan tunneta.

Tiedetään, että vesihöyry on merkittävin kasvihuonekaasu. Sen määrä ilmakehässä on suoraan verrannollinen lämpötilaan. Vettä haihtuu enemmän mitä lämpimämpää on, ja ilma voi sisältää vesihöyryä sitä enemmän mitä lämpimämpää on. Koska hiilidioksidin lisääntyminen lämmittää ilmastoa, se myös lisää ilman vesihöyrypitoisuutta. Näin ollen vesihöyryn lisääntyminen on ilmaston lämpenemistä voimistava palauteilmiö.

Pilvinä alailmakehässä oleva vesi viilentää ilmastoa, joten vesi voi muodostaa myös negatiivisen palauteilmiön pilvien lisääntymisen muodossa. Pilvien muodostumiseen vaikuttavat muutkin tekijät kuin vesihöyryn määrä, joten pilvien muodostumista ei osata varmuudella ennustaa.  Pilvisyys aiheuttaa epävarmuutta ilmastomalleissa, koska niiden muodostumista ei osata ennustaa riittävällä tarkkuudella.

Meren lämpeneminen on positiivinen palauteilmiö, koska  lämpeneminen vähentää veden kykyä liuottaa itseensä hiilidioksidia. Jossain vaiheessa lämpenevä meri alkaa myös vapauttaa siihen liuennutta hiilidioksidia.

Jäätiköiden sulaminen on positiivinen palauteilmiö. Jäätiköiden häviäminen vähentää Maan heijastavuutta. Kun puhdas jää heijastaa yli 80 % Auringon säteilystä takaisin avaruuteen, sula meri tai paljas maanpinta heijastaa vain alle 20 %. Jäätiköiden vähentyminen lisää Maahan jäävää Auringon energiaa. Pohjoinen napajäätikkö sulaa huomattavasti nopeammin kuin aiemmin on ennustettu. Siitä voi tulla merkittävä positiivinen palauteilmiö lähimpien vuosikymmenten aikana.

Siperian ikiroudan sulaminen lienee myös positiivinen palauteilmiö. Sulaessaan ikiroudasta voi vapautua metaania ja hiilidioksidia ilmakehään, jotka lisäävät säteilypakotetta. Ilmakehän metaanipitoisuus on pitkään ollut vakaa, mutta nyt se on lähtenyt kasvamaan. Syynä voi olla nimenomaan ikiroudan sulaminen.

Biosfäärin ilmiöt voivat olla sekä positiivisia että negatiivisia takaisinkytkentöjä. Jos kasvillisuus pääsee lämpenemisen myötä levittäytymään pohjoisemmaksi, entisille autioille alueille, lisääntynyt kasvillisuus imee ilmasta hiilidioksidia ja toimii negatiivisena takaisinkytkentänä, joskin hyvin hitaana sellaisena.

Toisaalta trooppiset ja subtrooppiset alueet voivat lämmetä liikaa, jolloin ne kuivuvat ja autioituvat, muodostaen positiivisen takaisinkytkennän. Jos sademetsät kuivuvat niin paljon, että ne palavat, tai muulla tavalla vapauttavat suuren osan sitomastaan hiilestä, ne muodostavat erittäin voimakkaan positiivisen palauteilmiön.

Kaikkein ilmeisin palauteilmiö unohdetaan usein kokonaan. Lämpeneminen on itsessään negatiivinen palauteilmiö, koska se lisää avaruuteen säteilevän energian määrää.

Palauteilmiöt ovat joko nopeita tai hitaita. Nopeita ovat vesihöyryn lisääntyminen, joka tapahtuu ilman viivettä, samoin lämpenemisen myötä lisääntynyt takaisinsäteily.

Jäätiköiden sulaminen on hidas palauteilmiö. Grönlannin ja Etelämantereen sulaminen voi kestää satoja tai tuhansia vuosia. Myös muutokset kasvillisuudessa ovat hyvin hitaita palauteilmiöitä.

Jäätiköitymisen palauteilmiö lienee keskeisessä asemassa jääkauden alkamisessa. Maan keskilämpötilan putoamista n. kuudella asteella ei voi selittää ilman Maan lisääntyneen heijastavuuden aiheuttamaa palautetta.

Kokonaisuutena ottaen positiiviset palauteilmiöt näyttävät vievän voiton ilmaston lämpenemisessä. Merkittävimmät niistä ovat vesihöyryn lisääntyminen ilmakehässä, jäätiköiden ja ikiroudan sulaminen sekä muutokset meren kyvyssä sitoa ja pitää sisällään jo sitoutunutta hiilidioksidia.

Positiiviset palauteilmiöt voivat edesauttaa myös sellaisen tilanteen syntymistä, että hiilidioksidipäästöjen vähentäminen ei enää vaikuta ilmaston lämpenemiseen. Jos hiilinielut kääntyvät hiilen lähteiksi, ei meillä ole enää mitään mahdollisuutta vaikuttaa tapahtumien kulkuun. Joidenkin tutkijoiden mukaan olisimme jo ohittaneet pisteen, jonka jälkeen ei ole paluuta entiseen. Joka tapauksessa ilmastonmuutoksen torjunnalla on kiire ja toimenpiteiden lykkääminen heikentää ratkaisevasti mahdollisuuksiamme muutoksen pysäyttämiseksi ennen kuin se karkaa käsistämme.

http://en.wikipedia.org/wiki/Feedback#In_climate_science
http://fi.wikipedia.org/wiki/Takaisinkytkent%C3%A4
http://www.yle.fi/uutiset/ymparisto/oikea/id91567.html
http://achangeinthewind.typepad.com/achangeinthewind/2007/12/james-hansen-we.html