Koldíoxíð, Saga Loftsins og Loftslag

Loftið á jörðu er nokkuð gamalt. Fyrst var andrúmsloftið nær eingöngu koldíoxíð, en þá gerðist stökkbreyting þegar lífríki kom á vettvang á yfirborði jarðar. Jarðfræðin sýnir að súrefnisríkt andrúmsloft hafði byrjað að myndast fyrir um 2,5 miljörðum ára. Vitneskja um það finnst í jarðmyndunum í Ástralíu, þar sem járnsteindir hafa ryðgast vegna oxunar á þessum tíma. En hver er saga loftsins á síðari tímabilum jarðsögunnar? Ýmsum aðferðum hefur verið beitt til að kanna það, jafnvel hafa sumir vísindamenn fengið rannsóknastyrki til að mæla og efnagreina loftið í gömlum flöskum af frönsku víni, sem hafa aldrei fyrr verið opnaðar. Besta skráin yfir gamalt loft er í ískjörnum frá borunum á heimsskautunum. Fallega bláa myndin hér fyrir ofan er af ískjarna, sem inniheldur mikinn fjölda af loftbólum. Hér er loft sem hefur lokast inn í ísnum og varðveist lengi, jafnvel um hundruðir þúsunda ára. Í hjarninu, á milli snjókorna sem hafa nýlega fallið til jarðar, er bil fyllt af lofti. Vinur minn Michael Bender hefur sýnt að loftið streymir inn og út úr hjarninu fyrir ofan 0,5 til 1,2 metra dýpi, en þar fyrir neðan er loftið lokað inni og varðveitt um aldur og ævi, þegar snjór breytist í ís. Loftið í ískjarnanum á hverju dýpi er því aðeins yngra (um það bil tíu til fimmtíu árum yngra) en ísinn sjálfur, en það er auðvelt að taka það inn í dæmið, þar sem við vitum ákomuna. Ákoma á Suðurheimsskautinu er aðeins um 3 cm á ári, en á Grænlandi er hún um 30 cm á ári. Bender og fleiri hafa rannsakað efnasamsetningu loftsins í ískjörnum langt aftur í tímann, og mælt það allt að 800 þúsund ár í Vostok ískjarnanum. Þeir bræða lítinn ísmola og safna loftbólunum til efnagreiningar. Þarna er ótrúlegur sjóður af fróðleik um þróun andrúmsloftsins á ísöld. Auðvitað spyr fólk fyrst: hvernig hefur koldíoxíð í andrúmsloftinu hagað sér öll þessi ár? Myndin fyrir ofan sýnir breytingar á koldíoxíð og hitastigi í ískjarna frá Vostok á Suðurheimsskautinu síðustu 400 þúsund árin. Rauða línan allra lengst til hægri er koldíoxíð breytingin á síðustu áratugum, eins og hún mælist á Hawaí. Háu topparnir eru hlýskeið (eins og það sem við lifum við í dag) á milli jökulskeiða. Það er slándi hvað koldíoxíð og hitaferill fylgjast vel saman í myndinni og sama sagan sést í ísborunum á Grænlandi. En ég vil strax benda á, að koldíoxíð breytingin í ískjörnum fylgir á EFTIR hitanum, og er koldíoxíð sveiflan um 500 til eitt þúsund árum á eftir hitasveiflunni. Það er því ljóst að koldíoxíð getur ekki verið orsökin fyrir þessum sveiflum. Þegar jökulskeiði líkur, þá er hlýun ekki af völdum koldíoxíðs, heldur af Milankovitch breytingum á magn sólarorku sem fellur á yfirborð jarðar, eins og ég fjallaði um í síðasta pistli. Hlýunin orsakar það hinsvegar, að koldíoxíð streymir upp í andrúmsloftið, úr hafinu. Skoðum myndina hér fyrir ofan, sem sýnir uppleysanleika koldíoxíðs í sjó við mismunandi hita. Hlýr sjór inniheldur minna koldíoxíð og afgangurinn fer upp í andrúmsloftið þegar sjórinn hlýnar. Í andrúmsloftinu byrjar vaxandi koldíoxíð nú að hafa gróðurhúsaáhrif og heldur við hlýun, en á meðan dregur úr Milankovitch áhrifum. Þannig orsakar koldíoxíð hlýun um leið og hlýun veldur flutningi af meira magni af koldíoxíði úr hafinu. Ég tek það aftur fram, að aukning koldíoxíðs í andrúmsloftinu er um 500 til 1000 árum á EFTIR hlýun, og að vaxandi koldíoxíð orsakar ekki lok jökulskeiða, heldur eru það breytingar á innbyrðis afstöðu jarðar og sólar. Það er fróðlegt að líta á feril hita og koldíoxíðs í ísnum á tíma síðasta hlýskeiðs, Eemian, sem var fyrir um 130 þúsund árum. Myndin fyrir ofan sýnir það tímabil og jökulskeiðið sem fylgdi. Það jökulskeið er einmitt það síðasta á ísöldinni. Hér er mjög greinilegt að þegar Eemian byrjar, þá er það hitinn (blái ferillinn) sem rís á undan koldíoxíð magni andrúmsloftsins (guli ferillinn). En síðan seinkar koldíoxíð magnið kólnuninni. Í jarðsögunni er það koldíoxíð sem yfirleitt eltir hitann, og er ekki aðal orsökin fyrir hlýun. En lítum nú á tímabilið sem okkur er enn nær, eða síðustu átta þúsund árin, eins og myndin fyrir neðan sýnir. Hér er eitthvað allt annað að gerast varðandi koldíoxíð magn andrúmsloftsins. Það rýkur upp, langt á undan hitabreytingunni, eins og sést í fyrri myndinni frá Vostok ískjarnanum fyrir ofan.  Það var aldrei ætlun vísindamanna að halda því fram, eins og margir virðast misskilja, að koldíoxíð skýrði allar fyrri hitasveiflur jarðsögunnar, en þær eru að miklu leyti skírðar af breytingum á innbyrðis afstöðu jarðar og sólar. Hins vegar benda vísindin nú á þetta gífurlega frávik í koldíoxíð magni andrúmsloftsins og vekja athygli á hugsanlegum afleiðingum þess. Jarðsagan er komin inn á nýtt kerfi, nýtt tímabil, sem er tíminn eftir að síðasta jökulskeiði lauk, og áður hét Hólosen. Sumir vilja nú nefna þeta tímabil Anþrópósen, eða tímabil mannkynsins, þar sem maðurinn virðist vera að skapa nýtt og annað loftslag og breyta hinu og þessu í leiðinni.

Athugasemdir

[Sveinn Atli Gunnarsson, 27.1.2010 kl. 00:21]

Það er við hæfi að nefna magnandi svörun (e. positive feedback) til sögunnar. Þó svo að aukning í styrk koldíoxíðs hafi komið á eftir á fyrri tímum, þá hefur sá aukni styrkur koldíoxíðs væntanlega haft áhrif á hlýnunina, þ.e. að aukning koldíoxíðs hefur magnað upp þá hlýnun sem byrjuð var.

[Ómar Bjarki Smárason, 28.1.2010 kl. 00:23]

Sæll Haraldur. Þakka enn einn góðan pistil þinn.

Ef CO2 er þetta langt á eftir hlýnuninni þá gæti sá möguleiki verið fyrir hendi að hækkunin sem verið er að mæla í andrúmslofinu nú sé vegna hás hita fyrir um 1000 árum eða í kringum landnám, eða hvað?

Og varðandi það að sjórinn andar út CO2 þegar hafið hlýnar, verður ekki samtímis gróska viðgangi dýra- og skeljalífs í hafinu sem bindur CO2...? Verð að viðurkenna að ég þesski lítið til leysanleika kalks í hafinu og það að kalk fellur til í hraðsuðukatlinum við suðu....! Gott væri að fá útskýringu á því við tækifæri.

[Höskuldur Búi Jónsson, 28.1.2010 kl. 00:43]

Ómar: skoðaðu aðeins línuritið sem er efst í þessari færslu - lestu þar hversu mikið hærri hitinn hefði líklega þurft að vera fyrir 1000 árum til að þessi tilgáta standist.

Annars er vitað að aukningin er af mannavöldum og að hitinn nú er orðinn a.m.k jafn hár og fyrir þúsund árum - um það og margt fleira má lesa í mýtunum á loftslag.is

[Ómar Bjarki Smárason, 28.1.2010 kl. 10:48]

Höskuldur Búi: Þakka þetta og það skemmtilega er að ferlið allt er flókið, því að á sama tíma og kalt vatn (og væntanlega líka sjór) geymi CO2 betur en heitt, þá mun CO2 tapast úr sjónum við hitnun. En ef þetta ferli gerist hægt, þá er spurning hvort lífríkið í sjónum getur brugðist við þessu með einhverjum hætti?

Ef sjórinn súrnar með upptöku CO2 þá leysir það kannski upp skeljar og annað kalk í sjónum og hvaða áhrif hefur það. Vafalaust hefur þessu öllu verið svarað þó ég hafi ekki rekist á það.

En eitt er víst að gátan um hnattræna hlýnun eða kólnun verður betur leyst með vísindalegum athugunum en trúarbrögðum eða trúgirni í aðra hvora áttina!

[Höskuldur Búi Jónsson, 28.1.2010 kl. 11:19]

Rétt er það, vísindi skal það vera. Á loftslag.is er lítillega fjallað um súrnun sjávar - þó það sé ekki hluti af loftslagsbreytingunum sem nú eru í gangi, þá er það skylt vandamál.

[Sveinn Atli Gunnarsson, 28.1.2010 kl. 11:21]

Ómar, það má geta þess að mörgum spurningum varðandi loftslag hefur verið svarað á ágætan hátt af vísindamönnum. Þannig að spurningin um hnattræna hlýnun (sem er í gangi núna) hefur verið skoðuð ýtarlega og það einmitt á vísindalegan hátt, með athugunum og mælingum. Það er m.a. þess vegna sem verið er að vara við því að halda áfram óheftri losun gróðurhúsalofttegunda, vegna þess að þær hafa samkvæmt vísindalegum athugunum áhrif á hitastig!

[haraldur sigurdsson (IP-tala skráð) 28.1.2010 kl. 21:19]

Aðal málið er að koldíoxíð ferillinn er kominn langt á undan hitaferlinum, eins og kemur vel fram á mynd númer 2 og á síðustu myndinni. Ég veit að það er erfitt að sjá þetta í fyrstu á mynd númer 2 (Vostok kjarninn), en það er rauða fína línan allra lewngst til hægri sem ég á við. Hún rykur beint upp. Sama er sýnt á síðustu myndinni, en þar er hitaferli sleppt. Nú í fyrsta sinn í ef til vill miljón ár er CO2 toppurinn að leiða hitatoppinn.