Flestir vita  að gróðurhúsaáhrifin valda því að Jörðin er mun heitari en annars væri og að aukinn styrkur gróðurhúsalofttegunda í andrúmsloftinu er að auka þau áhrif. En fæstir þekkja þó hvað það er í raun og veru í andrúmsloftinu sem gerir það að verkum að gróðurhúsaáhrifin verða og hvers vegna lítil breyting í snefilgösum í andrúmsloftinu – líkt og koldíoxíð (CO2) – skiptir svona miklu máli.

Það hefur verið þekkt frá því á nítjándu öld að sumar lofttegundir gleypa innrauða útgeislun sem berst frá Jörðinni, sem um leið hægir á kólnun frá Jörðinni og hitar  upp yfirborð hennar. Þessar svokölluðu gróðurhúsalofttegundir eru meðal annars koldíoxíð (CO2) og vatnsgufa, auk ósons, metans og fleiri lofttegunda. Meirihluti lofttegunda í andrúmsloftinu sleppa þó þessari innrauðu útgeislun í gegnum sig, t.d. niturgas og súrefni. Auk þess má nefna að ský gleypa einnig innrauða útgeislun og leggja þar með sitt að mörkum til gróðurhúsaáhrifanna. Hins vegar þá valda ský því einnig að sólargeislar berast minna til jarðar og því eru heildaráhrif þeirra í átt til kólnunar.

Útgeislunarlitróf (e. outgoing spectral radiance) efst í lofthjúpi Jarðar, sem sýnir gleypni lofttegunda á mismunandi tíðni. Til samanburðar er sýnt með rauðu hvernig flæði er frá klassískum svarthlut er við 294°K (31°C).

Oft eru gróðurhúsaáhrifin skilgreind sem munurinn á milli yfirborðshita Jarðar og þess hitastigs sem væri ef gróðurhúsaáhrifanna nyti ekki við – en með nákvæmlega sama endurkast sólarljóss (e. albedo) frá yfirborði Jarðar – og hefur það verið reiknað um 33°C. Önnur leið til að setja gróðurhúsaáhrifin í samhengi er að mæla mismunin á innrauðri útgeislun við yfirborð Jarðar og þeirri útgeislun sem nær  út fyrir lofthjúp Jarðar. Ef ekki væru gróðurhúsaáhrif, þá væri munurinn enginn. Mælingar sýna aftur á móti að yfirborð Jarðar geislar um 150 wött á fermetra (W/m2) meira en fer út í geim.

En hvað gleypa mismunandi gróðurhúsalofttegundir mikið af útgeislun? Að svara þessu er flóknara en mætti ætla í fyrstu, vegna eðli gleypninnar og þeirrar flóknu dreifingu efnanna, bæði í lóðréttu og á láréttu plani. Mismunandi efni gleypa auk þess í sig mismunandi tíðni innrauðu útgeislunarinnar og mismunandi svæði Jarðar gefa frá sér mismunandi styrk innrauðrar útgeislunnar, fer eftir yfirborðshita Jarðar, en einnig eftir því hversu mikið er af skýjum og vatnsgufu á því svæði. CO2 er aftur á móti vel blandað í andrúmsloftinu. Sumar bylgjulengdir útgeislunarinnar eru gleyptar af vatnsgufu eða skýjum eða vatnsgufu og CO2. Þessi skörun þýðir að ef þú tekur í burt eitt efnið þá er breytingin í því hversu mikil innrauð útgeislun er gleypt minni en ef eingöngu væri eitt efni um hverja bylgjulengd. Alla þessa þætti þarf að taka með í reikningin ef reikna á út þátt hvers efnis í gróðurhúsaáhrifunum.

Gervihnattamynd sem sýnir útgeislun frá Jörðinni í september 2008 og sýnir glögglega mismunandi útgeislun Jarðar. Takið t.d. eftir því að sitt hvoru megin við Miðbauginn þá sleppur meiri útgeislun, þar sem yfirborð jarðar er heitara og það er minna um ský (Mynd NASA/Earth Observatory/Robert Simmon frá CERES gervihnattagögnunum.)

NASA notar líkön af flæði útgeislunar Jarðar um lofthjúpinn og reyna þannig að brjóta niður til mergjar mismunandi þátt hvers efnis í góðurhúsaáhrifunum, þá með því að nota dreifingu á staðbundnum hita, vatnsgufu og skýjum. Með því að taka hvert það efni út úr líkaninu sem veldur gróðurhúsaáhrifum  og reikna út gleypni sem verður fyrir mismunandi samsetningu lofthjúpsins, þá geta vísindamenn NASA reiknað út skörun og gleypni hvers efnis nokkuð raunsætt. Eins og við er að búast þá eru gróðurhúsaáhrif vatnsgufu áhrifamest, en hún gleypir um 50 % af útgeisluninni, á meðan ský gleypa um 25 % og CO2 um 20 %. Afganginn gleypa aðrar gróðurhúsalofttegundir, t.d. óson og metan, auk smásærra agna sem kallaðar eru örður (e. aerosols).

Þar sem CO2 hefur þetta mikilvæga hlutverk í hinum náttúrulegu gróðurhúsaáhrifum, þá er augljóst að breyting í styrk þess í andrúmsloftinu, vegna losunar CO2 af mannavöldum, mun auka á gróðurhúsaáhrifin. Að reikna út áhrif þessarar styrkbreytingar CO2 er hins vegar allt annað en að reikna út núverandi áhrif þess miðað við áhrif vatnsgufu og skýja. Það er vegna þess að hvort tveggja (vatnsgufa og ský) stjórnast af hitastigi og loftstraumum lofthjúpsins, sem CO2 gerir ekki. Sem dæmi, að þegar hiti eykst þá eykst styrkur vatnsgufu í andrúmsloftinu um 7 % fyrir hverja 1°C. Ský stjórnast ennfremur af hitastigi, þrýstingi, hitauppstreymi og styrk vatnsgufu. Þannig að breyting í styrk CO2 eykur gróðurhúsaáhrifin en um leið breytir það áhrif vatnsgufu og skýja. Þannig að reikningur á heildargróðurhúsaáhrifum við styrkbreytingu CO2 verður að taka með í reikninginn breytingar á hinum þáttunum að auki. Ef t.d. styrkur CO2 tvöfaldast þá mun gleypni af  þess völdum aukast um 4 W/m2, en þegar vatnsgufa og ský bregðast við þeim breytingum, þá aukast gróðurhúsaáhrifin um næstum 20 W/m2 samtals. Þetta sýnir að svörun (e. feedback) vatnsgufu og skýja magnar upp áhrifin frá upphaflega geislunarálagi (e. radiative forcing)  við styrkaukningu CO2. Loftslagsbreytingar fyrri tíma benda til þess að þetta gerist einnig í raunveruleikanum – en ekki bara í líkönum.

En hvað gerist þegar gróðurhúsalofttegundir eru teknar í burtu? Vegna þess að áhrif CO2 á gleypni er ekki línuleg, þá eru áhrif þess að fjarlægja CO2 úr andrúmsloftinu um sjö sinnum áhrifameira en að tvöfalda það. Ef það væri í raun hægt að fjarlægja það úr andrúmsloftinu í einum vettvangi, þá yrði töluverð kólnun, bæði bein og óbein – vegna þess að vatnsgufa og ský myndu einnig bregðast við því. Í tilraunum með líkönum þar sem allar gróðurhúsalofttegundir eru fjarlægðar þá kólnar Jörðin niður í fimbulkulda, þannig að hún verður um 35°C kaldari en hún er í dag – við það einnig að vatngsufa minnkar um 10% og endurskin Jarðar eykst (vegna snjóa og skýja) sem kælir Jörðina enn frekar.

Þannig að þrátt fyrir að styrkur CO2 í andrúmsloftinu sé lítill miðað við heildina, þá er mikilvægi CO2 í andrúmsloftinu ekki lítið, né heldur hlutverk þess við að móta loftslagsbreytingar framtíðarinnar.

Heimildir og ítarefni

Færslan er þýðing á færslu Gavin Schmidt loftslagsfræðings hjá NASA: Taking the Measure of the Greenhouse Effect

Byggt á grein Schmidt o.fl. 2010, sem birtist í Journal of Geophysical Research: The attribution of the present-day total greenhouse effect.

Tengt efni á loftslag.is

• Hvernig CO2 stjórnar hitastigi Jarðar
• CO2 – áhrifamesti stjórntakkinn
• Áhrif CO2 uppgötvað
• Mýta: Vatnsgufa er öflugasta gróðurhúsalofttegundin
• Árleg losun koldíoxíðs af mannavöldum
• Örður auka virkni metans sem gróðurhúsalofttegund
• Sveiflur í vatnsgufu í heiðhvolfinu

Athugasemdir

ummæli