Ný sérhönnuð flugvél á vegum NASA, flýgur þessi misserin hægt og lágt yfir landsvæði Alaska norðan heimskautsbaugar. Hér er um að ræða vél sem notuð er í verkefni sem kallað er Carbon in Arctic Reservoirs Vulnerability Experiment (CARVE), en það er fimm ára rannsókn sem á að varpa ljósi á hvernig loftslagsbreytingar hafa áhrif á kolefnishringrás norðurslóða.
Í vélinni eru nemar sem greina losun á gróðurhúsalofttegundunum CO2 og metangasi úr þiðnandi sífrera.
Svæði með sífrera ná yfir nærri einn fjórða af meginlöndum norðurhvels jarðar. Verkefnið CARVE (Carbon in Arctic Reservoirs Vulnerability Experiment) sem er á vegum NASA skoðar sífrera norðan við heimskautsbaug í Alaska til að kanna losun á CO2 og metani úr þiðnandi sífrera.Mynd: Hugo Ahlenius, UNEP/GRID-Arendal
Neðanjarðar
Sífreri, frosinn jarðvegur, er víða neðanjarðar á norðurskautinu. Á hverju sumri þá þiðnar efsti hluti jarðvegsins, mismikið þó. Þar sem er hvað kaldast þiðnar einungis tæplega 10 sentimetra lag, en þiðnunin getur verið nokkrir metrar á hlýrri svæðum. Í þessu efsta lagi jarðvegsins, lifa plöntur norðurskautsins. Hið kalda og blauta loftslag norðurskautsins kemur í veg fyrir að plöntur og dýr nái að rotna, þannig að á hverju ári þá bætist í sarpinn lífrænt kolefni, sem svo sekkur niður í sífrerann.
Þýdd skematísk mynd úr grein Schaeffer o.fl. 2011 sem sýnir magnandi svörun við bráðnun sífrera.
Á nokkrum hundruðum þúsunda, jafnvel milljónum ára , hefur jarðvegur sífrera norðurskautsins, safnað miklu magni af lífrænum kolefnum – sem metið er að sé á milli 1.400-1850 petagrömm (petagramm er einn milljarður tonna). Það er um það bil helmingur alls lífræns kolefnis sem jarðvegur jarðarinnar geymir. Til samanburðar þá hafa um 350 petagrömm af kolefni verið losuð við bruna jarðefnaeldsneytis frá 1850. Mikill hluti þessa lífræna kolefnis er í efstu þremur metrunum sem er hvað viðkvæmastur fyrir þiðnun.
Talið er að forskeytið sí í sífrera fari brátt að heyra sögunni til – en norðurskautið og þar með jarðvegur sífrerans er að hlýna hraðar en önnur svæði jarðar. Hlýnunin sem nær smám saman dýpra og dýpra, gerir þessar kolefnisbirgðir óstöðugar og getur losað þær út í andrúmsloftið í formi CO2 og metangass og þar með aukið á gróðurhúsaáhrifin og hlýnun.
Núverandi loftslagslíkön ná ekki fullkomlega að herma hvernig loftslagsbreytingar hafa áhrif á sífrera, né þá hvernig sífrerinn muni hafa áhrif á staðbundið og hnattrænt loftslag. Því er mikilvægt að reyna að mæla breytingar þær sem nú eru að gerast til að hægt sé að áætla meir um framtíðina.
Með fyrrnefndu verkefni, CARVE, sem nú er á sínu þriðja ári er einmitt verið að auka þekkingu og skilning á því hvernig vatns- og kolefnishringrás norðurskautsins tengist loftslagi. Hingað til hefur vitneskja okkar um hvernig sífrerinn bregst við hlýnuninni, verið takmörkuð.
Í flugvélinni eru háþróuð tæki sem “lykta” af andrúmsloftinu í leit sinni að gróðurhúsalofttegundum. Einnig eru nákvæmar litrófsmyndavélar sem greina hvernig sólarljós endurkastast frá yfirborði jarðar og mælir þannig styrk CO2, metans og CO í andrúmsloftinu. Þær mælingar eru kvarðaðar með mælingum við jörðu á nokkrum lykilstöðum. Á þessum lykilstöðum eru tekin loftsýni auk mælinga á raka í jarðvegi og hitastigi, til að ákvarða hvort jarðvegurinn er frosinn, þiðinn eða vatnssósa.
Ekki eru allar gróðurhúsalofttegundir jafnar
Svarthvít mynd tekin með Gambit gervihnettinum árið 1966 (vinstri) sýnir sífrera með stökum runnum, en mynd tekin árið 2009 (hægri) sýnir mun þéttvaxnari runna.Myndir frá U.S. Geological Survey.
Það er mikilvægt að flokka jarðveginn og hver staðan er í yfirborðinu. Það er fylgni milli jarðvegsgerða og hvernig hann losar CO2 og metan. Jarðvegur norðurskautsins hefur í gegnum tíðina bundið meira af kolefni en hann hefur losað. Ef loftslagsbreytingar gera norðurskautið heitt og þurrt, þá búast vísindamenn við að þau muni losa kolefni í formi CO2. Hins vegar ef það hlýnar og verður að auki blautara, þá muni losunin verða að mestu leyti metan.
Munurinn þar á milli er mikill. Ef borið er saman, sami fjöldi mólikúla af CO2 og metani, þá er metan 22 sinnum áhrifameiri gróðurhúsalofttegund en CO2 á 100 árum – en 105 sinnum áhrifameiri ef tekið er 20 ára tímabil. Því er mikilvægt að vita í hvaða magni metan og CO2 losna úr sífreranum. Aðrir mikilvægir þættir sem rannsakaðir eru og hafa áhrif á losun sífrerans, er t.d. tímasetning vorleysinga og lengd þess tímabils sem gróður vex – en það eru þættir sem hafa áhrif á hvort ákvæðin svæði losa eða binda kolefni.
Fyrstu niðurstöður
Niðurstöður streyma inn og segja vísindamenn að nú þegar sé ljóst að losunin á metani og CO2 er önnur en líkanareikningar gerðu ráð fyrir. Á stórum svæðum í miðhluta og norður Alaska var meira útstreymi á CO2 og metani úr jarðveginum, en venjulegt getur talist. Sem dæmi var mikið streymi á metani úr mýrum Innoko víðáttunnar og urðu mæligildin á tímabili um 650 ppb hærri en bakgrunnsgildin.
Líklega munu áframhaldandi rannsóknir á sífreranum auka skilning okkar á því hvort einhvern vendipunkt (e. tipping point) er að finna í sífreranum, þ.e. hvort hætt sé við að hlýnunin verði það mikil að ekki verði aftur snúið og að sífrerinn taki til við að auka á gróðurhúsaáhrifin óháð okkur mönnunum.
Víða streymir metan
Metan sreymir víða úr jarðlögum, meðal annars frá landbúnaði og nú nýlega hefur orðið vart við mikið uppstreymi af sjávarbotni norður af Síberíu (frétt á RÚV). Styrkur metans í andrúmsloftinu hefur verið að aukast jafnt og þétt og er nú orðinn 1800 ppb (parts per billion) en fyrir iðnbyltinguna var styrkur þess í kringum 700 ppb. Eins og kemur fram í fréttinni um uppstreymið norður af Síberíu, þá er talið að fyrir um 55 milljónum ára (PETM – Paleocene Eocene Thermal Maximum) hafi orðið mikið streymi metans úr metangeymum jarðar. Sá atburður jók hitann um nokkrar gráður, auk þess sem mikill fjöldaútdauði varð hjá sjávarlífverum, vegna súrnunar sjávar (sem var vegna auksins CO2 í andrúmsloftinu). Þó sá atburður hafi verið hraður þá er talið að nú séu úthöfin að súrna 10 sinnum hraðar.
Hvort og hvenær streymi metans úr sífrera á landi eða hafsbotni fer að nálgast hættuleg mörk eru upplýsingar sem við höfum varla efni á að bíða eftir – svo alvarlegt er það ef farið verður yfir þá vendipunkta. En víst er að á meðan þjóðir heims ströggla við að finna lausnir til að draga úr losun gróðurhúsalofttegunda þá styttist óhjákvæmilega í þá vendipunkta.
Nú er talið líklegt að hækkun hitastigs um 1,5°C, geti leit til aukalosunar á meira en eitt þúsund gígatonnum af CO2 og metani, samkvæmt nýrri grein sem byggir á rannsóknum á frosnum hellum í Síberíu. Þessar gróðurhúsalofttegundir eru taldar geta losnað úr núverandi sífrera Síberíu og hraðað hinni hnattrænu hlýnun jarðar.
Rannsakaðir voru dropasteinar í ísköldum hellum Síberíu, en dropasteinar vaxa eingöngu þegar regn- og leysingarvatn lekur inn í hellana. Þeir sýna því ákveðinn breytileika í loftslagi í Síberíu síðastliðin 500 þúsund ár og þar með vísbendingu um þróun sífrerans.
Samkvæmt niðurstöðu vísindamannanna þá benda gögnin til þess að fyrir um 400 þúsund árum hafi verið óvenju hlýtt tímabil. Vísbendingar benda ennfremur til þess að hækkun hitastigs um 1,5°C miðað við núverandi hita, myndi hleypa af stað keðjuverkun þiðnunar sífrera langt norðurfyrir syðstu mörk hans nú. Sífreri er um 24% af yfirborði Norðurhvels jarðar og því er um töluvert magn að ræða í losun CO2 og metans ef sífrerinn þiðnar í miklu magni.
Þessi aukna þiðnun sífrerans þýðir ennfremur mikil jarðtæknileg vandamál við vegagerð, járnbrautagerð og við viðhald olíu og gasleiðsla um sífrerann.
Það virðast rúmast vel innan marka rökfræðilistarinnar hjá þeim sem efast um hlýnun jarðar af mannavöldum að halda tvennu fram: Annars vegar að vísindamenn hafi spáð ísöld á áttunda áratugnum og því hafi þeir rangt fyrir sér nú og hins vegar að halda því fram að það muni ekki hlýna – heldur kólna og að jafnvel sé yfirvofandi önnur Litla Ísöld eða jafnvel nýtt kuldaskeið Ísaldar.
Þessi viðvörun er merkileg í ljósi þess að þeir sem vara við afleiðingum hlýnunar jarðar af mannavöldum, eru oft á tíðum kallaðir “Alarmistar” – í samhengi við það að margir efasemdamenn vara við yfirvofandi kólnun og meðfylgjandi erfiðu tíðarfari. En við skulum líta aðeins á hvað er til í því að kuldatímabil eða kuldaskeið sé í vændum.
Litla Ísöldin og núverandi hlýnun
Það er ekki langt síðan jörðin gekk í gegnum kuldatímabil sem kallað er Litla Ísöldin (sveiflur eru miklar frá mismunandi stöðum á jörðinni, en almennt er talið að hún hafi staðið frá sautjándu öld og fram til miðja nítjándu öld – sumir vilja meina að hún hafi byrjað mun fyrr jafnvel á þrettándu-fjórtándu öld). Við skulum láta það liggja á milli hluta hvort þá hafi verið töluverð hnattræn kólnun eða lítilsháttar og að einhverju leiti staðbundin kólnun – um það eru menn ekki sammála.
Það er þó ljóst að hitastig hafði farið hægt lækkandi allavega síðustu 2000 ár, sérstaklega á svæðinu umhverfis Norðurskautið (Kaufman o.fl 2009).
Myndin sýnir langvarandi kólnun á Norðurskautinu, sem endaði snögglega við upphaf iðnbyltingarinnar og með mikilli hlýnun síðastliðin 50 ár. Bláa línan sýnir mat á hitastigi út frá proxýgögnum úr vatnaseti, ískjörnum og trjáhringum. Græna beina línan sýnir að leitnin var í átt til kólnunar. Rauða línan sýnir bein mæligögn á hitastigi. Mynd úr Science, breytt af UCAR.
Samkvæmt Kaufman o.fl (2008) þá útskýra breytingar í sporbaug jarðar að mestu leiti þessa hægfara niðursveiflu í hitastigi (sjá umfjallanir Einars Sveinbjörnssonar um hjámiðjusveifluna og um grein Kaufmans o.fl).
Hjámiðjusveiflan veldur því að jörðin er nú um 1 milljón kílómetra lengra frá sólu en fyrir 2000 árum (Mynd: National Science Foundation)
Þessi breyting á sporbaug jarðar er einn anginn í svokallaðri Milankovitch sveiflu. Hluti af niðursveiflunni sem varð rétt fyrir iðnbyltinguna má þó hugsanlega einnig rekja til virkni sólar, mikillar eldvirkni og eflaust líka í tímabundnum breytingum í hafstraumum sérstaklega þá í Evrópu (sjá t.d. Orsakir fyrri loftslagsbreytinga til nánari útskýringa á hlut þessara þátta).
Eins og komið er inn á hér rétt fyrir ofan, þá hefur virkni sólar örugglega átt sinn þátt í hluta af kólnuninni á Litlu Ísöld. Að sama skapi má skýra hluta af hlýnuninni frá miðri nítjándu öld og fram að miðri tuttugustu öld með breytingum í sólvirkni – en inn í það spilar einnig vaxandi magn CO2 í andrúmsloftinu, sem loks yfirkeyrir áhrif sveifla í sólinni upp úr miðri síðustu öld – tengslin rofna.
Sólvirkni (Total Solar Irradiance – TSI) síðustu alda. Gögn frá 1611 til 1978 eru frá Solanki. Gögn frá 1978 til okkar dags frá PMOD (af skepticalscience.com).
Það er mögulegt, miðað við núverandi niðursveiflu í sólvirkni að Sólin muni fara í sambærilega niðursveiflu og varð á sautjándu öld (Maunder Minimum) – um það er þó vonlaust að spá, sólin er óútreiknanleg hvað varðar sólvirkni, eins og komið hefur í ljós undanfarin ár – en fáir spáðu því að virkni hennar yrði sú minnsta í fyrra í yfir 100 ár.
Ef við gerum ráð fyrir að sambærileg sveifla verði á þessari öld og varð á þeirri sautjándu – hvaða áhrif hefði það á loftslagið?
Fyrst skilgreining:
Geislunarálag er skilgreint sem breyting á styrk varmageislunar á flatareiningu (t.d. W/m2) efst í veðrahvolfi… Geislunarálagið er jákvætt ef heildarbreyting í varmageislun í átt að yfirborði eykst, neikvæð annars (Umhverfisráðuneytið 2008).
Munurinn á geislunarálagi (e. radiative forcing) frá sólinni milli Maunder Minimum og síðustu áratugi er talinn vera á milli 0,17 W/m2 og 0,23 W/m2 (Wang o.fl 2005 og Krivova o.fl 2007). Þessi sveifla í geislunarálagi er ekki mikil – ef miðað er við geislunarálag koldíoxíðs (CO2) – en frá iðnbyltingunni hefur geislunarálag koldíoxíðs verið um 1,66 W/m2 (Umhverfisráðuneytið 2008). Það má því ljóst vera að hlýnun jarðar af völdum gróðurhúsalofttegunda (en magn þess eykst í andrúmsloftinu hröðum skrefum), mun halda áfram að yfirskyggja áhrif sólar. Jafnvel niðursveifla, sambærileg við Maunder Minimum, getur engan veginn náð að kæla Jörðina við þær aðstæður sem nú ríkja.
Hlýskeið og kuldaskeið Ísaldar
En loftslag Jarðarinnar hefur orðið fyrir mun meiri sveiflum en urðu á Litlu Ísöldinni. Fyrir um 50 milljónum ára var hitastig jarðar gjörólíkt því sem nú er í dag (sjá t.d. fréttina Pálmatré á norðurslóðum), en þá var hitastig í hæstu hæðum á svokallaðri Nýlífsöld (sem hófst fyrir um 65 milljónum ára). Smám saman minnkaði CO2 í andrúmsloftinu (líklega af völdum breytinga í jafnvægi bindingar og losunar CO2 af völdum lífvera og vegna minnkandi eldvirkni og breytinga í flekahreyfingum) og hitastig lækkaði í kjölfar þess – fyrir um 40 milljón árum tók að myndast jökull á Suðurskautinu sem ásamt minnkandi magni CO2 jók á kólnunina (magnandi svörun). Djúpsjávarhitastig hefur verið áætlað fyrir Nýlífsöldina (Hansen o.fl. 2008) og sýnir þróunina nokkuð vel:
Sveiflur í djúpsjó jarðar. Mynd a sýnir sveiflur í magni súrefnis18 samsætunni og hvenær jöklar á Suður- og Norðurhveli jarðar byrja að myndast. Mynd b sýnir túlkun á hitastigi djúpsjávar miðað við magn súrefnissamsæta í setlögum (Hansen o.fl. 2008)
[Ath: Þessi mynd sýnir meira hvernig hitastig var á pólunum, þaðan sem djúpsjórinn er upprunninn, heldur en hnattrænt hitastig]
Allt er þetta afskaplega áhugavert og verður mögulega fjallað um það síðar hér á loftslag.is og þá einnig hitastig fyrr á Nýlífsöldinni – en margt áhugavert var á seiði, sérstaklega fyrstu 10-15 milljón árin í byrjun Nýlífsaldar, sem einnig á erindi við pælingar um loftslag framtíðar. En til að gera langa sögu stutta, þá erum við að fjalla núna um síðasta hluta þessarar myndar hér fyrir ofan – en fyrir um 2,6 milljónum ára byrjaði Ísöldin (tímabilið Pleistósen). Við erum nú stödd á hlýskeiði ísaldar og ef allt væri eðlilegt þá myndi koma kuldaskeið eftir einhvern ákveðinn tíma – en hversu langt er í næsta kuldaskeið?
Bestu gögnin sem til eru um hitastig á Ísöld ná nokkur hundruð þúsund ár aftur í tímann og eru fengin með borunum í þykkar ísbreiður á Suðurskautinu og Grænlandi. Sem dæmi er myndin hér fyrir neðan, en hún sýnir hitastig úr ískjarna við Vostok á Suðurskautinu. Þessi mynd sýnir miklar sveiflur í hitastigi – löng kuldaskeið og styttri hlýskeið.
Hitasveiflur í Vostok. Grænu strikin sýna hlýskeið (af skepticalscience.com).
Hvað útskýrir þessar sveiflur? Eins og kom fram hér fyrir ofan, þá hafði CO2 minnkað mikið í andrúmsloftinu – auk þess sem magnandi svörun af völdum endurkasts jökla og hafíss hafði þar töluverð áhrif – en það útskýrir ekki frumástæðu þessara sveifla í hitastigi á Ísöld. Ástæður sveiflanna er að finna í svokallaðri Milankovitch sveiflu – en sú sveifla er samanlögð áhrif á breytingum á möndulhalla, möndulmiðju (möndulsnúningur) og hjámiðju (breytingar í sporbaug jarðar) (sjá útskýringu á Orsakir fyrri loftslagsbreytinga).
Þessar breytingar valda því að ágeislun sólar (e. insolation – sjá næstu mynd) minnkar á Norðurhveli jarðar yfir sumartímann – Jöklar (+snjór og ís) bráðna því minna yfir sumartímann og smám saman vaxa þeir. Við það eykst endurkast sólgeisla frá jörðinni, þannig að magnandi svörun veldur því að smám saman kólnar og meira endurkast verður. Önnur magnandi svörun hjálpar til, þ.e. hafið kólnar og tekur til sín meira af CO2 sem kælir enn frekar – kuldaskeið byrjar. Hið sama gildir með öfugum formerkjum þegar hlýskeið byrja – en það gerist mun hraðar, því að jöklar stækka hægar heldur en þeir minnka.
Hlýskeið eru ekki öll jafn löng – enda er Milankovitch sveiflan (sem að setur smám saman af stað hlý- og kuldaskeið ísaldar) flöktandi. Svipuð Milankovich sveifla var á hlýskeiðinu fyrir 420 þúsund árum og í dag. Þá varaði hlýskeiðið í um 28 þúsund ár – sem bendir til þess að núverandi hlýskeið myndi vara jafn lengi, þ.e. án áhrifa frá mönnum (Augustin o.fl. 2004). Aðrar athuganir á geislunarálagi vegna sveifla Milankovitch benda til þess að jafnvel án losunar manna á CO2, þá hefði hlýskeiðið enst í 50 þúsund ár (Berger og Loutre 2002).
Efsta myndin sýnir langtímabreytingar í sporbaug jarðar (hjámiðju), miðjumyndin sýnir ágeislun sólar (insolation) í júní á 65. breiddargráðu og neðsta myndin líkan sem sýnir massabreytingu jökla (eykst niður á við), frá því fyrir 200 þúsund árum og 130 þúsund ár fram í tíman (til vinstri). Þrjár sviðsmyndir eru notaðar fyrir framtíðina: Sama magn og var á síðasta hlýskeyði (Svört lína), aukning af mannavöldum upp í 750 ppm (rauð strikalína) og stöðugt magn upp á 210 ppm (rauð punktalína) – Berger og loutre 2002.
Auðvitað skiptir spurningin, hversu lengi hlýskeið jarðar endist EF mennirnir hafa engin áhrif, litlu máli. Við höfum áhrif. Þá kemur athyglisverð spurning: Hvaða áhrif hefur losun manna á framtíð núverandi hlýskeiðs?
Kannað hefur verið hversu mikil áhrif aukin losun á CO2 myndi hafa á tímasetningu næsta kuldaskeiðs – þ.e. hversu mikil minnkun í ágeislun sólar (e. insolation – sjá miðjumyndina í síðustu mynd) þyrfti að verða til að hrinda af stað jökulskeiði miðað við losun CO2 (Archer 2005). Í ljós kom að því meira sem væri af CO2 í andrúmsloftinu, því minni þyrfti ágeislun sólar vera til að hleypa af stað kuldaskeiði:
Myndin sýnir áhrif aukningar CO2 á framtíðarhitastig jarðarinnar. Græn lína sýnir náttúruleg gildi, blá sýnir afleiðingar losunar á um 300 gígatonnum C, appelsínugul sýnir losun á 1000 gígatonnum C og rauð sýnir 5000 gígatonn C (Archer 2005).
[Ath: Til samræmis við greinina (Archer 2005) þá nota ég tölur um magn C en ekki CO2 eins og oftast er gert. En 1 gígatonn C jafngildir sirka 3,6 gígatonnum CO2.]
Frá upphafi iðnbyltingarinnar hefur losun samtals verið yfir 340 gígatonn C (áætluð tala – sem jafngildir yfir 1200 gígatonnum af CO2), sem er rúmlega það sem sýnt er á myndinni hér fyrir ofan með blárri línu. Ef losun hefði verið stoppuð á þeim tímapunkti sem farið var yfir 300 gígatonna markið þá hefðu áhrifin ekki orðið mikil og kuldaskeið Ísaldar væntanlega hafist eftir sirka 50 þúsund ár. Við losun á 1000 gígatonnum þá hefði kuldaskeið hafist eftir 130 þúsund ár og við losun á 5000 gígatonnum þá er áætlað að kuldaskeið myndi hefjast eftir hálfa milljón ár.
Eins og staðan er núna þá eru því allar líkur á að það hlýskeið sem hófst fyrir rúmlega 10 þúsund árum (11.700 árum) verði lengsta hlýskeiðið í sögu Ísaldar – vegna veiks geislunarálags af völdum Milankovitch sveifla og langs líftíma CO2 sem hefur sterkt geislunarálag, sem mun aðeins aukast á næstu árum og áratugum.
Niðurstaða
Það er því ljóst að allir spádómar um að yfirvofandi sé kuldatímabil, sambærilegt við Litlu Ísöldina, eru ótímabærir. Magn gróðurhúsalofttegunda er orðið slíkt í andrúmsloftinu að það mun yfirskyggja sambærilega niðursveiflu í sólvirkni eins og varð á 17. öld (Maunder Minimum) um langa framtíð (vegna langlífi gróðurhúsaáhrifalofttegundarinnar CO2).
Þá er einnig ljóst að við þurfum að bíða enn lengur eftir að nýtt kuldaskeið Ísaldar hefjist á næstunni. Þótt engin hefði orðið losun á CO2 út í andrúmsloftið – þá hefði næsta kuldaskeið byrjað í fyrsta lagi eftir um 15 þúsund ár ef miðað er við sambærilegt hlýskeið og er núna- eða samkvæmt bestu útreikningum á væntanlegri ágeislun sólar, eftir um 50 þúsund ár. Þá er ljóst að ef losun heldur áfram sem horfir, þá gæti hlýskeiðið orðið mun lengra en það.
Þeir sem enn eru í einhverjum vafa um að kuldaskeið sé í vændum, ættu að skoða hvort einhver sönnunargögn bendi til þess að kuldaskeið sé í vændum. Jöklar um allan heim eru að hopa hratt, sífreri á norðurslóðum fer minnkandi, hafís norðurskautsins er að minnka og allt þetta er að gerast á vaxandi hraða. Samkvæmt bestu vitneskju vísindamanna, þá eru þetta ekki beint aðstæður sem benda til þess að kuldaskeið sé væntanlegt.
Þýdd skematísk mynd úr grein Schaeffer o.fl. 2011 sem sýnir magnandi svörun við bráðnun sífrera.
Einn til tveir þriðji af sífrera jarðar gæti verið horfinn fyrir árið 2200 og þar með myndi losna töluvert magn kolefnis, CO2 út í andrúmsloftið, samkvæmt nýrri rannsókn gerð af stofnununum CIRES og NSIDC (Schaefer o.fl 2011).
Magn CO2 sem myndi losna er svipað og hefur nú þegar verið losað út í andrúmsloftið af mönnum frá því í byrjun iðnbyltingunnar samkvæmt höfundum.
Kolefni í freðinni jörð, í svokölluðum sífrera, mun ekki bara hafa áhrif á loftslagið sjálft, heldur einnig viðleitni manna til að draga úr loftslagsbreytingum – þar sem taka þarf með í reikninginn magnandi svörun vegna bráðnunar sífrera. Kolefnið kemur úr plöntuleifum sem nú eru frosin og hafa verið frosin í tugþúsundir ára. Frostið hefur varðveitt þennan lífmassa sem mun byrja að brotna niður við það að þiðna og losa kolefni út í andrúmsloftið.
Til að spá fyrir um hversu mikið af kolefni muni losna út í andrúmsloftið og hvenær, þá gerðu Schaefer og meðhöfundar líkan af þiðnun sífrerans og niðurbroti lífmassans sem nú er frosin – miðað við hugsanlegar sviðsmyndir hlýnunar samkvæmt IPCC. Samkvæmt þessum sviðsmyndum mun 29-59% sífrerans hverfa fyrir árið 2200 – við það myndi um 190 ± 64 gígatonn af kolefni losna út í andrúmsloftið. Sökum þess þá þurfa þjóðir heims að setja sér háleitari markmið við að draga úr losun gróðurhúsalofttegunda sem fyrst – annars verður það sífellt erfiðara að koma í veg fyrir magnandi svörun sífrerans.-
Sjá myndband með viðtali við einn höfunda rannsóknarinnar, Kevin Schaefer:
Hér fyrir neðan er þýðing á færslu sem má lesa á frummælinu á heimasíðunni ClimateSight. Höfundur síðunnar er Kaitlin Alaxender frá Kanada, en hún er tæplega tvítug að aldri og stefnir á nám í loftslagsfræðum.
Breytingar fara illa í lífverur Jarðar og loftslagsbreytingar eru eitthvað sem hentar þeim ákaflega illa. Allir þættir í lífi lífvera veltur á loftslagi, þannig að ef þættir loftslags breytast þá breytist allt annað – t.d. framboð af mati og vatni, tímasetning fars eða dvala, jafnvel geta líkamans til að halda sér gangandi.
Lífverur geta smám saman aðlagast breytingum í umhverfi sínu með þróun, en loftslagsbreytingar eiga það til að gerast of hratt fyrir þær. Þá er það ekki hitastigið sjálft sem skiptir öllu máli, heldur hraði breytinganna. Loðfílar og sverðtígrisdýr lifðu góðu lífi á kuldaskeiði ísaldar, en ef skipt yrði aftur til þessa loftslags á einni nóttu, yrðum við í vandræðum.
Í einföldu máli, ef loftslagsbreytingar eru nógu miklar, nógu snöggar og á heimsvísu, þá hafa skapast fullkomnar aðstæður fyrir fjöldaútdauða lífvera. Þetta er áhyggjuefni þar sem við lifum mögulega á upphafi hrikalegs tímabils hlýnunar Jarðar, hlýnunar sem er af okkar völdum. Munu okkar gjörðir valda fjöldaútdauða á næstu öldum? Við getum ekki sagt til um þróunina, en við getum kíkt á fortíðina til viðmiðunar.
Hingað til hafa orðið fimm fjöldaútdauðar í jarðsögunni, nokkuð sem líffræðingar kalla Hinir fimm stóru(e. The Big Five). Þeir urðu í lok Ordóvisían, lok Devon, á mörkum Perm og Trías, í lok Trías og svo Krít-Tertíer. Allir fimm útdauðarnir urðu áður en nánustu forfeður manna höfðu þróast og allir fimm tengjast að einhverju leiti miklum breytingum í loftslagi. Við skulum líta á nokkur dæmi.
Nýjasta tilvik fjöldaútdauða varð á mörkum Krít og Tertíer [fyrir 65 milljónum ára – kallað KT] og er jafnframt mest þekkt og rannsakað: þegar risaeðlurnar drápust. Vísindamenn eru orðnir nokkuð vissir um hvað hratt þessum fjöldaútdauða af stað, þ.e. smástirni sem rakst á jörðina, sem lét eftir sig gíg á Yucatan-skaga í Mexíkó. Eyðileggingin sem varð í grennd við staðinn þar sem smástirnið féll var gríðarleg en það var breyting í loftslagi Jarðar sem þurrkaði út lífverur víða um heim. Við áreksturinn þá þyrlaðist upp í andrúmsloftið mikið magn af ryki og örðum, sem hindruðu að sólarljós næði niður til jarðar og endurspeglaði það út í geim. Auk þess að valda kælingu til skammst íma, vegna myrkvunar þá bældi það einnig ljóstillífun og olli útdauða margra tegunda plantna. Þau áhrif breiddust út upp alla fæðukeðjuna – fyrst dóu út jurtaætur og síðan kjötætur. Risaeðlurnar sem voru ríkjandi lífverur á Krít, dóu alveg út, en skordýr, fyrstu spendýrin og ýmis minni skriðdýr lifðu, sérstaklega þau smáu sem lifðu á hræjum og áttu því auðveldara með að finna mat.
Samt sem áður hefur líf á jörðinni gengið í gegnum dramatískari atburði en þessa atburðarás sem minnir á heimsendi. Stærsti fjöldaútdauði jarðsgöunnar er frá mörkum Perm og Trías fyrir um 250 milljónum ára síðan, þ.e. fyrir tíma risaeðlanna. Allt að 95% allra tegunda á jörðinni dóu út á þessum tíma og áttu sjávarlífverur sérstaklega erfitt. Það tók um 100 milljónir ára fyrir líf á Jörðinni að jafna sig á þessum útdauða, sem kallaður er Hinn mikli dauði (e. The Great Dying) og þykir það mildi að líf á Jörðu skildi jafna sig yfir höfuð.
En hvað olli útdauðanum á mörkum Perm og Trías? Eftir að gígurinn uppgötvaðist við KT mörkin þá byrjuðu margir vísindamenn að gera ráð fyrir að árekstur væri forsenda fyrir fjöldaútdauða, en það er líklega ekki raunin. Þó er ekki hægt að útiloka þann möguleika að smástirni hafi aukið á þær aðstæður sem voru að skapast í lok Perm tímabilsins. Samt sem áður hafa vísindamenn á undanförnum árum sett saman sennilega skýringu á Hinum mikla dauða. Skýringin bendir á orsök, sem er frekar skelfileg tilhugsun miðað við hver staða okkar er í dag – þ.e. hnattræn hlýnun af völdum gróðurhúsalofttegunda.
Í lok Perm var mikil eldvirkni, þar sem nú er Síbería. Hraunið sem myndaðist var um 4 milljónir ferkílómetra, sem er fimmtán sinnum meira landflæmi en Bretlandseyjar ( White, 2002 ). Á löngum tíma dældist út í andrúmsloftið mikið magn koltvísýrings, sem jók hnattrænan hita Jarðarinnar. Eftir því sem hlýnunin jókst, þá fór af stað magnandi svörun – ís og sífreri bráðnaði, metan losnaði sem áður var öruggt og frosið. Metan er mun öflugri gróðurhúsalofttegund en koltvísýringur – ef skoðuð eru 100 ára tímabil, þá beislar metan um 21 sinnum meiri hita, á hverja sameind ( IPCC AR4 ). Af því leiðir að hlýnunin jókst til muna.
Þegar Jörðin hlýnaði þetta mikið á tiltölulega stuttum tíma, þá myndaðist sérstaklega andstyggilegt ástand í höfunum, svoköllaða súrefnisþurrð (e. anoxia). Þar sem heimskautasvæðin hitna meira en miðbaugur, þá minnkar hitastigsmunurinn á milli breiddargráða. Hnattræn hringrás hafstrauma er knúin áfram af hitamismuninum, því veikjast hafstraumar verulega og vatn þess fúlnar. Án hringstreymis úthafana, þá blandast súrefni ekki vel við sjóinn – auk þess hjálpar það ekki að hlýrri sjór heldur ver súrefni en kaldur. Sem afleiðing af þessari súrefnisþurrð, þá byrja bakteríur í sjónum að framleiða brennisteinsvetni (H 2 S). Það er sama efni og myndast í fúlum eggjum og lyktin eins en það er í raun eitrað í nógu miklu magni. Þannig að ef lífvera drapst ekki við skyndilega hlýnun jarðar og tókst að auki að lifa við súrefnisþurrð sjávar (eða lifði á landi), hefði hún líklega fljótlega orðið fyrir eitri brennisteinsvetnis sem myndaðist í sjónum og barst að lokum út í andrúmsloftið.
Mörk Perm og Trías var ekki eina skiptið sem fjöldadauði varð vegna súrefnisþurrðar. Súrefnisþurrð gæti hafa átt þátt fjöldaútdauðanum í lok Trías, auk smærri útdauða milli Hinna fimm stóru. Á heildina litið þá virðist heit Jörð hafa tilhneigingu til að vera óhagstæðari fyrir líf á Jörðu en köld líkt og rannsókn frá árinu 2008 sýndi. Vísindamennirnir skoðuðu steingervingagögn síðastliðin 520 milljón ár og veðurvitni hitastigs, sem nær þá yfir alla sögu fjölfrumunga hér á Jörðu. Þeir fundu mikla fylgni milli hærra hnattræns hitastigs og lágri líffræðilegri fjölbreytni (þ.e. minni fjöldi tegunda á jörðinni) og meiri fjöldaútdauða, en kaldari tímabil sýndu mikla líffræðilega fjölbreytni og minni útdauða.
Núverandi ástand okkar hér á Jörðu, virðist verra með hverri mínútu. Það er ekki eingöngu svo að loftslagið sé að breytast, heldur er það að breytast í átt til þess að verða mjög óhagstætt lífi á Jörðinni. Hvergi á Jörðinni er eldvirkni sem kemst nærri því sem var í Síberíu fyrir 250 milljónum ára, en á jörðinni er nokkuð sem er sambærilegt í losun koltvísýrings á Jörðinni og þá: við. Verst er þó að við getum komið í veg fyrir mikinn af fyrirsjáanlegum skaða ef við viljum, en pólitískur vilji til þess er óhugnalega lítill.
Hversu slæmt verður þetta? Tími og ákvarðanir okkar munu ráða því. Stór hluti núlifandi lífvera mun að öllum líkindum verða útdauðar. Það er mögulegt að við munum valda súrefnisþurrð úthafanna, ef við verðum bæði ábyrgðarlaus og óheppin. Það er ekki erfitt að bræða mestallan ís á Jörðinni, sem myndi valda því að endanlegt sjávarmál mynd hækka um tugi metra. Þessar afleiðingar verða á mjög löngum tíma, þannig að ekkert okkar, sem nú lifum, mun þurfa að upplifa þær. Þess í stað munu afleiðingarnar falla í skaut þeirra sem á eftir okkur koma, til þeirra sem áttu ekki þátt í vandamálinu – og munu ekki hafa möguleika á að takast á við það.
Heimildir og ítarefni
Mayhew o.fl. (2008). A long-term association between global temperature and biodiversity, origination and extinction in the fossil record. Proceedings of the Royal Society: Biological Sciences, 275: 47-53. Lesa á netinu
Twitchett (2006). The paleoclimatology, paleoecology, and paleoenvironmental analysis of mass extinction events. Paleogeography, Paleoclimatology, Paleoecology, 234(2-4): 190-213. Lesa á netinu
White (2002). Earth’s biggest “whodunnit”: unravelling the clues in the case of the end-Permian mass extinction. Philosophical Transactions of the Royal Society: Mathematical, Physical, & Engineering Sciences, 360: 2963-2985. Lesa á netinu
B Benton og Twitchett (2003). How to kill (almost) all life: the end-Permian extinction event. Trends in Ecology & Evolution, 18(7): 358-365. Lesa á netinu
Ný greining bendir til þess að loftslagslíkön séu að vanmeta magnandi svörun vegna minnkandi endurskins (e. albedo feedback) á Norðurskautinu. Greiningin var gerð á breytingum í endurskini vegna minnkandi snjóahulu og hafíss síðastliðin 30 ár og er niðurstaðan sú að þetta minnkandi endurskin er um tvöfallt meira en áður hefur verið áætlað.
Því er talið líklegt að hitastig á Norðurslóðum muni magnast upp enn frekar og meir en áður hefur verið talið og að kæling freðhvolfsins (e. cryosphere) sé mun minni nú en fyrir 30 árum síðan. Freðhvolfið er sá hluti í yfirborði Jarðar þar sem vatn er frosið og er þá allt talið með þ.e. hafís, snjór, ís á vötnum og ám, jökulbreiður og sífreri. Mikill hluti af freðhvolfinu hefur sterkt endurskin og endurvarpa sólarljósi aftur út í geim – og kæla þannig Jörðina.
Eins og áður segir, þá er endurskinið að minnka og orkan sem áður fór aftur út í geim fer nú í að hita upp Jörðina – sem aftur magnar upp hlýnunina og eykur á endurskinið. Þetta er svokölluð magnandi svörun (e. positive feedback).
Á þessu 30 ára tímabili, þá minnkaði kólnandi áhrif freðhvolfsins um 0,45 wött á fermetra og tengja höfundar það að mestu minnkandi snjóhulu og hafís. Höfundar útiloka þó ekki að einhver hluti af þessari breytingu sé vegna náttúrulegs breytileika, enda einungis um 30 ára tímabil að ræða – en þessi minnkandi kólnun er þó töluleg staðreynd.
BBC skellir sér í för með rússneskum vísindamönnum og skoðar ástand sífrerans í Síberíu. Metan er sterk gróðurhúsalofttegund sem er talin geta haft áhrif á hitastig ef það sleppur úr sífreranum.
Það virðast rúmast vel innan marka rökfræðilistarinnar hjá þeim sem efast um hlýnun jarðar af mannavöldum að halda tvennu fram: Annars vegar að vísindamenn hafi spáð ísöld á áttunda áratugnum og því hafi þeir rangt fyrir sér nú og hins vegar að halda því fram að það muni ekki hlýna – heldur kólna og að jafnvel sé yfirvofandi önnur Litla Ísöld eða jafnvel nýtt kuldaskeið Ísaldar.
Þessi viðvörun er merkileg í ljósi þess að þeir sem vara við afleiðingum hlýnunar jarðar af mannavöldum, eru oft á tíðum kallaðir “Alarmistar” – í samhengi við það að margir efasemdamenn vara við yfirvofandi kólnun og meðfylgjandi erfiðu tíðarfari. En við skulum líta aðeins á hvað er til í því að kuldatímabil eða kuldaskeið sé í vændum.
Litla Ísöldin og núverandi hlýnun
Það er ekki langt síðan jörðin gekk í gegnum kuldatímabil sem kallað er Litla Ísöldin (sveiflur eru miklar frá mismunandi stöðum á jörðinni, en almennt er talið að hún hafi staðið frá sautjándu öld og fram til miðja nítjándu öld – sumir vilja meina að hún hafi byrjað mun fyrr jafnvel á þrettándu-fjórtándu öld). Við skulum láta það liggja á milli hluta hvort þá hafi verið töluverð hnattræn kólnun eða lítilsháttar og að einhverju leiti staðbundin kólnun – um það eru menn ekki sammála.
Það er þó ljóst að hitastig hafði farið hægt lækkandi allavega síðustu 2000 ár, sérstaklega á svæðinu umhverfis Norðurskautið (Kaufman o.fl 2009).
Myndin sýnir langvarandi kólnun á Norðurskautinu, sem endaði snögglega við upphaf iðnbyltingarinnar og með mikilli hlýnun síðastliðin 50 ár. Bláa línan sýnir mat á hitastigi út frá proxýgögnum úr vatnaseti, ískjörnum og trjáhringum. Græna beina línan sýnir að leitnin var í átt til kólnunar. Rauða línan sýnir bein mæligögn á hitastigi. Mynd úr Science, breytt af UCAR.
Samkvæmt Kaufman o.fl (2008) þá útskýra breytingar í sporbaug jarðar að mestu leiti þessa hægfara niðursveiflu í hitastigi (sjá umfjallanir Einars Sveinbjörnssonar um hjámiðjusveifluna og um grein Kaufmans o.fl).
Hjámiðjusveiflan veldur því að jörðin er nú um 1 milljón kílómetra lengra frá sólu en fyrir 2000 árum (Mynd: National Science Foundation)
Þessi breyting á sporbaug jarðar er einn anginn í svokallaðri Milankovitch sveiflu. Hluti af niðursveiflunni sem varð rétt fyrir iðnbyltinguna má þó hugsanlega einnig rekja til virkni sólar, mikillar eldvirkni og eflaust líka í tímabundnum breytingum í hafstraumum sérstaklega þá í Evrópu (sjá t.d. Orsakir fyrri loftslagsbreytinga til nánari útskýringa á hlut þessara þátta).
Eins og komið er inn á hér rétt fyrir ofan, þá hefur virkni sólar örugglega átt sinn þátt í hluta af kólnuninni á Litlu Ísöld. Að sama skapi má skýra hluta af hlýnuninni frá miðri nítjándu öld og fram að miðri tuttugustu öld með breytingum í sólvirkni – en inn í það spilar einnig vaxandi magn CO2 í andrúmsloftinu, sem loks yfirkeyrir áhrif sveifla í sólinni upp úr miðri síðustu öld – tengslin rofna.
Sólvirkni (Total Solar Irradiance – TSI) síðustu alda. Gögn frá 1611 til 1978 eru frá Solanki. Gögn frá 1978 til okkar dags frá PMOD (af skepticalscience.com).
Það er mögulegt, miðað við núverandi niðursveiflu í sólvirkni að Sólin muni fara í sambærilega niðursveiflu og varð á sautjándu öld (Maunder Minimum) – um það er þó vonlaust að spá, sólin er óútreiknanleg hvað varðar sólvirkni, eins og komið hefur í ljós undanfarin ár – en fáir spáðu því að virkni hennar yrði sú minnsta í fyrra í yfir 100 ár.
Ef við gerum ráð fyrir að sambærileg sveifla verði á þessari öld og varð á þeirri sautjándu – hvaða áhrif hefði það á loftslagið?
Fyrst skilgreining:
Geislunarálag er skilgreint sem breyting á styrk varmageislunar á flatareiningu (t.d. W/m2) efst í veðrahvolfi… Geislunarálagið er jákvætt ef heildarbreyting í varmageislun í átt að yfirborði eykst, neikvæð annars (Umhverfisráðuneytið 2008).
Munurinn á geislunarálagi (e. radiative forcing) frá sólinni milli Maunder Minimum og síðustu áratugi er talinn vera á milli 0,17 W/m2 og 0,23 W/m2 (Wang o.fl 2005 og Krivova o.fl 2007). Þessi sveifla í geislunarálagi er ekki mikil – ef miðað er við geislunarálag koldíoxíðs (CO2) – en frá iðnbyltingunni hefur geislunarálag koldíoxíðs verið um 1,66 W/m2 (Umhverfisráðuneytið 2008). Það má því ljóst vera að hlýnun jarðar af völdum gróðurhúsalofttegunda (en magn þess eykst í andrúmsloftinu hröðum skrefum), mun halda áfram að yfirskyggja áhrif sólar. Jafnvel niðursveifla, sambærileg við Maunder Minimum, getur engan veginn náð að kæla Jörðina við þær aðstæður sem nú ríkja.
Hlýskeið og kuldaskeið Ísaldar
En loftslag Jarðarinnar hefur orðið fyrir mun meiri sveiflum en urðu á Litlu Ísöldinni. Fyrir um 50 milljónum ára var hitastig jarðar gjörólíkt því sem nú er í dag (sjá t.d. fréttina Pálmatré á norðurslóðum), en þá var hitastig í hæstu hæðum á svokallaðri Nýlífsöld (sem hófst fyrir um 65 milljónum ára). Smám saman minnkaði CO2 í andrúmsloftinu (líklega af völdum breytinga í jafnvægi bindingar og losunar CO2 af völdum lífvera og vegna minnkandi eldvirkni og breytinga í flekahreyfingum) og hitastig lækkaði í kjölfar þess – fyrir um 40 milljón árum tók að myndast jökull á Suðurskautinu sem ásamt minnkandi magni CO2 jók á kólnunina (magnandi svörun). Djúpsjávarhitastig hefur verið áætlað fyrir Nýlífsöldina (Hansen o.fl. 2008) og sýnir þróunina nokkuð vel:
Sveiflur í djúpsjó jarðar. Mynd a sýnir sveiflur í magni súrefnis18 samsætunni og hvenær jöklar á Suður- og Norðurhveli jarðar byrja að myndast. Mynd b sýnir túlkun á hitastigi djúpsjávar miðað við magn súrefnissamsæta í setlögum (Hansen o.fl. 2008)
[Ath: Þessi mynd sýnir meira hvernig hitastig var á pólunum, þaðan sem djúpsjórinn er upprunninn, heldur en hnattrænt hitastig]
Allt er þetta afskaplega áhugavert og verður mögulega fjallað um það síðar hér á loftslag.is og þá einnig hitastig fyrr á Nýlífsöldinni – en margt áhugavert var á seiði, sérstaklega fyrstu 10-15 milljón árin í byrjun Nýlífsaldar, sem einnig á erindi við pælingar um loftslag framtíðar. En til að gera langa sögu stutta, þá erum við að fjalla núna um síðasta hluta þessarar myndar hér fyrir ofan – en fyrir um 2,6 milljónum ára byrjaði Ísöldin (tímabilið Pleistósen). Við erum nú stödd á hlýskeiði ísaldar og ef allt væri eðlilegt þá myndi koma kuldaskeið eftir einhvern ákveðinn tíma – en hversu langt er í næsta kuldaskeið?
Bestu gögnin sem til eru um hitastig á Ísöld ná nokkur hundruð þúsund ár aftur í tímann og eru fengin með borunum í þykkar ísbreiður á Suðurskautinu og Grænlandi. Sem dæmi er myndin hér fyrir neðan, en hún sýnir hitastig úr ískjarna við Vostok á Suðurskautinu. Þessi mynd sýnir miklar sveiflur í hitastigi – löng kuldaskeið og styttri hlýskeið.
Hitasveiflur í Vostok. Grænu strikin sýna hlýskeið (af skepticalscience.com).
Hvað útskýrir þessar sveiflur? Eins og kom fram hér fyrir ofan, þá hafði CO2 minnkað mikið í andrúmsloftinu – auk þess sem magnandi svörun af völdum endurkasts jökla og hafíss hafði þar töluverð áhrif – en það útskýrir ekki frumástæðu þessara sveifla í hitastigi á Ísöld. Ástæður sveiflanna er að finna í svokallaðri Milankovitch sveiflu – en sú sveifla er samanlögð áhrif á breytingum á möndulhalla, möndulmiðju (möndulsnúningur) og hjámiðju (breytingar í sporbaug jarðar) (sjá útskýringu á Orsakir fyrri loftslagsbreytinga).
Þessar breytingar valda því að ágeislun sólar (e. insolation – sjá næstu mynd) minnkar á Norðurhveli jarðar yfir sumartímann – Jöklar (+snjór og ís) bráðna því minna yfir sumartímann og smám saman vaxa þeir. Við það eykst endurkast sólgeisla frá jörðinni, þannig að magnandi svörun veldur því að smám saman kólnar og meira endurkast verður. Önnur magnandi svörun hjálpar til, þ.e. hafið kólnar og tekur til sín meira af CO2 sem kælir enn frekar – kuldaskeið byrjar. Hið sama gildir með öfugum formerkjum þegar hlýskeið byrja – en það gerist mun hraðar, því að jöklar stækka hægar heldur en þeir minnka.
Hlýskeið eru ekki öll jafn löng – enda er Milankovitch sveiflan (sem að setur smám saman af stað hlý- og kuldaskeið ísaldar) flöktandi. Svipuð Milankovich sveifla var á hlýskeiðinu fyrir 420 þúsund árum og í dag. Þá varaði hlýskeiðið í um 28 þúsund ár – sem bendir til þess að núverandi hlýskeið myndi vara jafn lengi, þ.e. án áhrifa frá mönnum (Augustin o.fl. 2004). Aðrar athuganir á geislunarálagi vegna sveifla Milankovitch benda til þess að jafnvel án losunar manna á CO2, þá hefði hlýskeiðið enst í 50 þúsund ár (Berger og Loutre 2002).
Efsta myndin sýnir langtímabreytingar í sporbaug jarðar (hjámiðju), miðjumyndin sýnir ágeislun sólar (insolation) í júní á 65. breiddargráðu og neðsta myndin líkan sem sýnir massabreytingu jökla (eykst niður á við), frá því fyrir 200 þúsund árum og 130 þúsund ár fram í tíman (til vinstri). Þrjár sviðsmyndir eru notaðar fyrir framtíðina: Sama magn og var á síðasta hlýskeyði (Svört lína), aukning af mannavöldum upp í 750 ppm (rauð strikalína) og stöðugt magn upp á 210 ppm (rauð punktalína) – Berger og loutre 2002.
Auðvitað skiptir spurningin, hversu lengi hlýskeið jarðar endist EF mennirnir hafa engin áhrif, litlu máli. Við höfum áhrif. Þá kemur athyglisverð spurning: Hvaða áhrif hefur losun manna á framtíð núverandi hlýskeiðs?
Kannað hefur verið hversu mikil áhrif aukin losun á CO2 myndi hafa á tímasetningu næsta kuldaskeiðs – þ.e. hversu mikil minnkun í ágeislun sólar (e. insolation – sjá miðjumyndina í síðustu mynd) þyrfti að verða til að hrinda af stað jökulskeiði miðað við losun CO2 (Archer 2005). Í ljós kom að því meira sem væri af CO2 í andrúmsloftinu, því minni þyrfti ágeislun sólar vera til að hleypa af stað kuldaskeiði:
Myndin sýnir áhrif aukningar CO2 á framtíðarhitastig jarðarinnar. Græn lína sýnir náttúruleg gildi, blá sýnir afleiðingar losunar á um 300 gígatonnum C, appelsínugul sýnir losun á 1000 gígatonnum C og rauð sýnir 5000 gígatonn C (Archer 2005).
[Ath: Til samræmis við greinina (Archer 2005) þá nota ég tölur um magn C en ekki CO2 eins og oftast er gert. En 1 gígatonn C jafngildir sirka 3,6 gígatonnum CO2.]
Frá upphafi iðnbyltingarinnar hefur losun samtals verið yfir 340 gígatonn C (áætluð tala – sem jafngildir yfir 1200 gígatonnum af CO2), sem er rúmlega það sem sýnt er á myndinni hér fyrir ofan með blárri línu. Ef losun hefði verið stoppuð á þeim tímapunkti sem farið var yfir 300 gígatonna markið þá hefðu áhrifin ekki orðið mikil og kuldaskeið Ísaldar væntanlega hafist eftir sirka 50 þúsund ár. Við losun á 1000 gígatonnum þá hefði kuldaskeið hafist eftir 130 þúsund ár og við losun á 5000 gígatonnum þá er áætlað að kuldaskeið myndi hefjast eftir hálfa milljón ár.
Eins og staðan er núna þá eru því allar líkur á að það hlýskeið sem hófst fyrir rúmlega 10 þúsund árum (11.700 árum) verði lengsta hlýskeiðið í sögu Ísaldar – vegna veiks geislunarálags af völdum Milankovitch sveifla og langs líftíma CO2 sem hefur sterkt geislunarálag, sem mun aðeins aukast á næstu árum og áratugum.
Niðurstaða
Það er því ljóst að allir spádómar um að yfirvofandi sé kuldatímabil, sambærilegt við Litlu Ísöldina, eru ótímabærir. Magn gróðurhúsalofttegunda er orðið slíkt í andrúmsloftinu að það mun yfirskyggja sambærilega niðursveiflu í sólvirkni eins og varð á 17. öld (Maunder Minimum) um langa framtíð (vegna langlífi gróðurhúsaáhrifalofttegundarinnar CO2).
Þá er einnig ljóst að við þurfum að bíða enn lengur eftir að nýtt kuldaskeið Ísaldar hefjist á næstunni. Þótt engin hefði orðið losun á CO2 út í andrúmsloftið – þá hefði næsta kuldaskeið byrjað í fyrsta lagi eftir um 15 þúsund ár ef miðað er við sambærilegt hlýskeið og er núna- eða samkvæmt bestu útreikningum á væntanlegri ágeislun sólar, eftir um 50 þúsund ár. Þá er ljóst að ef losun heldur áfram sem horfir, þá gæti hlýskeiðið orðið mun lengra en það.
Þeir sem enn eru í einhverjum vafa um að kuldaskeið sé í vændum, ættu að skoða hvort einhver sönnunargögn bendi til þess að kuldaskeið sé í vændum. Jöklar um allan heim eru að hopa hratt, sífreri á norðurslóðum fer minnkandi, hafís norðurskautsins er að minnka og allt þetta er að gerast á vaxandi hraða. Samkvæmt bestu vitneskju vísindamanna, þá eru þetta ekki beint aðstæður sem benda til þess að kuldaskeið sé væntanlegt.
Hlýnun Jarðar er í raun góð – í raun og veru blómstra samfélög manna á hlýindaskeiðum á sama tíma og það dregur úr lífsgæðum við kólnun (samanber á Litlu Ísöldinni).
Það sem vísindin segja…
Neikvæð áhrif hlýnunar Jarðar á landbúnað, heilsu og umhverfi yfirskyggja jákvæðu áhrif hlýnunarinnar.
Hér fyrir neðan er farið yfir ýmis konar áhrif hlýnunar Jarðar og sýnir þessi upptalning nokkuð vel að fæstar afleiðingar loftslagsbreytinga eru ríkulegum kostum búnar, þvert á móti geta afleiðingarnar orðið slæmar og kostnaðarmiklar.
Landbúnaður
Þótt CO2 sé nauðsynlegt fyrir vöxt plantna, þá krefst allur landbúnaður stöðugs framboðs af vatni, en loftslagsbreytingar munu að öllum líkindum raska því framboði með auknum flóðum og þurrkum. Því hefur verið haldið fram að á hærri breiddargráðum – t.d. í Síberíu – muni landbúnaður dafna við hlýnun Jarðar. Því fer fjarri, því jarðvegur á Norðurskautinu og aðliggjandi landsvæðum er frekar snauður til ræktunar, auk þess sem magn sólarljóss sem nær yfirborðinu yfir sumartímann mun ekki breytast sökum möndulhalla Jarðar. Auk þess getur landbúnaður orðið fyrir röskun vegna skógarelda og breytinga í árstíðarsveiflum í náttúrunni. Breytingar í grasvexti og vatnsframboði getur einnig haft áhrif á beit og velfarnað búfénaðs. Aukin hlýnun getur sérstaklega haft slæm áhrif á þau lönd þar sem hitastig er nú þegar við mörk þess sem uppskera getur dafnað við – t.d. í hitabeltinu.
Heilsa
Hlýrri vetur mun þýða færri dauðsföll, sérstaklega meðal þeirra samfélagshópa sem eru viðkvæmir fyrir kulda, t.d. hjá öldruðum. Hins vegar eru aldraðir einnig viðkvæmir fyrir auknum hita og dauðsföll tengd hitabylgjum eru talin munu aukast um fimm sinnum hraðar en þau dauðsföll sem að hlýrri vetur koma í veg fyrir. Einnig er talið líklegt að heitara loftslag muni auka útbreiðslu á pestum af völdum skordýra, líkt og moskítóflugna, en malaría er nú þegar farin að finnast á stöðum sem það hefur áður verið óþekkt.
Bráðnun á skautunum
Á meðan íslaust Norðurskaut, gæti orðið jákvætt fyrir siglingar milli Atlantshafsins og Kyrrahafsins, þá munu neikvæðu þættirnir yfirskyggja það. Skaðvænlegir þættir eru t.d. hvarf búsvæða ísbjarna og aukin hreyfing borgaríss sem getur skapað hættu fyrir skipaferðir. Minni útgeislun frá hafís (e. ice albedo) sem gerir það að verkum að sjórin dregur í sig meiri hita, veldur einnig magnandi svörun, þ.e. aukinn hiti sjávar eykur bráðnun grænlandsjökuls (hækkun sjávarstöðu). Auk þess þá eykst hitastig á norðurslóðum sem aftur getur orðið til þess að sífreri þiðnar hraðar og fer að losa metangas í auknu mæli (sem er áhrifamikil gróðurhúsalofttegund). Bráðnun jökulbreiðunnar á Suðurskautinu er enn fremur talin muni auka enn frekar á hækkun sjávarstöðu sem hefur enga sjáanlega kosti í för með sér.
Súrnun sjávar
Súrnun sjávar er eitt af því sem vísindamenn hafa áhyggjur af – en það eru engir sjáanlegir kostir við breytingu á sýrustigi sjávar. Súrnun sjávar er að verða vegna þess að úthöfin eru að taka til sín CO2 úr andrúmsloftinu og er talið að það geti haft skaðvænleg áhrif á fæðukeðjur sjávar.
Jöklabráðnun
Bráðnun jökla hefur ýmsa ókosti í för með sér og er stærsti ókosturinn sá að um einn sjötti jarðarbúa reiða sig á ferskvatnhringrás sem byggist á bráðnun yfir sumartímann og vöxt jökla á veturna. Sú hringrás – til drykkjar og fyrir landbúnað – getur brugðist.
Sjávarstöðubreytingar
Stór hluti yfirborðs jarðarinnar er á láglendi sem mun verða fyrir áhrifum á smávægilegri hækkun sjávarstöðu. Inn í hrísgrjónaakra seitlar sjór, sem getur eyðilagt uppskeru. Sjór getur mengað ár og fljót, eftir því sem það blandast ferskvatninu innar í landið og að auki mengast ferskvatnsbrunnar. Ef tekið er mið að því að síðasta skýrsla IPCC tók ekki með í reikninginn spálíkön um aukna bráðnun jökulbreiðanna á Grænlandsjökli og Suðurskautslandinu, sökum óvissu þegar hún var skrifuð, þá er talið líklegt að um vanmat hafi verið að ræða hjá þeim. Það eru engir sjáanlegir kostir við hækkun sjávarstöðu.
Umhverfisbreytingar
Jákvæð áhrif loftslagsbreytinga geta orðið í átt til grænni regnskóga og aukinn vöxt planta í Amazon, auk meiri gróðurs á norðlægum breiddargráðum. Einnig er talið að það verði meiri þörungablómi á sumum hafsvæðum. Neikvæðu áhrifin eru meðal annars enn meiri stækkun súrefnisfirtra hafsvæða, mengun eða skortur á ferskvatni, aukin tíðni náttúrulegra skógarelda, miklir þurrkar sem valda skemmdum á gróðri, aukin hætta á útdauða kórals, hnattræn minnkun jurtasvifdýra, breytingar í fari fugla og dýra, breytingar í árstíðabundnum atburðum (varpi, blómgun), truflun á fæðukeðjum og útdauði dýra.
Efnahagur
Neikvæð efnahagsleg áhrif loftslagsbreytinga gætu orðið töluverðar, en ekki hefur verið sýnt fram á jákvæð áhrif þeirra. Hin svokallaða Stern skýrsla sýndi skýrt hina efnahagslegu lægð sem gæti orðið við frekari loftslagsbreytingar. Þótt deilt sé um hversu nákvæmar tölur um neikvæðu áhrif loftslagsbreytinga yrðu, þá yrði kostnaðurinn við að draga úr loftslagsbreytingum mun minni. Í sumum sviðsmyndum síðustu skýrslu IPCC, er útlit fyrir mikla fólksflutninga vegna hækkandi sjávarstöðu. Truflun á hnattrænni verslun, samgöngum, orkuframboði og vinnuframboði, bankastarfsemi og almennri fjármálastarfsemi, auk fjárfestinga og trygginga gæti skapað óstöðugleika hjá bæði þróuðum og vanþróuðum ríkjum. Markaðir eru taldir geta orðið óstöðugir svo og opinberar fjárfestingar, líkt og lífeyrissjóðir auk tryggingafyrirtækja sem gætu orðið fyrir skakkaföllum.
Vanþróuðu ríkin, sem sum hver eru nú þegar í stríðsátökum, gætu dregist enn frekar inn í deilur yfir auðlindum líkt og vatni, orku og fæðu, sem myndi enn frekar trufla efnahagslegan vöxt á sama tíma og þau væru að aðlagast loftslagsbreytingum. Það er almennt talið að skaðvænleg áhrif loftslagsbreytinga muni verða mest í þeim ríkjum sem hafa minnsta getu til að aðlagast.
Heimildir, frekari upplýsingar og tengt efni
Þessi færsla er þýðing á færslu af Skeptical Science, þar sem reynt hefur verið að einfalda textann fyrir almenna lesendur. Einnig er til upprunalegur texti um það sama og bendum við á þá færslu með frekari heimildir.
Hér fyrir neðan er endurbirting á umfjöllun um metan og metanstróka frá síðasta vori.
Metan – gróðurhúsaáhrif og magn
Ein mikilvirkasta gróðurhúsalofttegundin er metangas – CH4 (e. methane), en hún er um 25 sinnum öflugri gróðurhúsalofttegund en koldíoxíðs -CO2 (nýlegar rannsóknir benda reyndar til þess að hún sé jafnvel enn öflugri- sjá Örður auka virkni metans sem gróðurhúsalofttegund). En þótt metangas sé öflugra en CO2, þá er metan í mun minna magni en CO2 í andrúmsloftinu og því eru heildargróðurhúsaáhrif eða breyting í geislunarálagi metans (CH4) mun minna en frá CO2:
Geislunarálag (í W/m2) frá upphafi iðnbyltingar og helstu orsakaþættir. Rauðar súlur sýna áhrif til hlýnunar jarðar en bláar til kólnunar (mynd úr skýrslunni Hnattrænar loftslagsbreytingar og áhrif þeirra á Íslandi). Hægt er að smella á myndina til að stækka.
Metan losnar út í andrúmsloftið á margskonar hátt, t.d. við landbúnað (hrísgrjónarækt og frá búfénaði), sorpurðun og vinnslu jarðefnaeldsneytis. En það myndast einnig við náttúrulega súrefnisfyrrta rotnun lífrænna efna (t.d. í mýrum, sjávarsetlögum og í stöðuvötnum). Styrkur bæði CO2 og metans er nú meiri en verið hefur í a.m.k. 800 þúsund ár, eða eins langt aftur í tímann og hægt er að sjá út frá upplýsingum úr ískjörnum (sjá skýrsluna Antarctic Climate Change and the Environment).
Mælt magn metans í andrúmsloftinu síðustu áratugi. Nú er magn metans aftur byrjað að aukast eftir nærri áratugs jafnvægi (úr skýrslunni Copenhagen Diagnosis)
Forðabúr
Yedoma sífrerinn er byrjaður að losa kolefni við þiðnun (mynd frá Nature Report Climate Change).
Áður nefndi ég súrefnisfyrrta rotnun lífrænna efna, en það er nokkuð sem að veldur mörgum vísindamanninum áhyggjur. Í sífrera Norðurskautslandanna er mikið magn af lífrænu efni sem hefur verið stöðugt og frosið, en er byrjað að þiðna og mynda metangas. Þiðnun sífrerans er nú þegar hafin, en talið er að samtals sé um 950 miljarðar tonna af kolefni bundið í sífrera á norðurhveli jarðar, helmingur þess í sífrera sem kallaður er yedoma og er mjög ríkur af lífrænum efnum en megnið af því hefur verið frosið síðan á Pleistósen (fyrir um 2,6 milljónum ára). Þar sem yedoma er byrjað að þiðna hefur orðið vart við nokkurn metan-leka.
Annað stórt forðabúr er neðansjávar á botni landgrunnsins á Norðurskautinu, t.d. við Síberíu. Vísbendingar eru einnig um að setlögin þar séu nú þegar byrjuð að losa metan í nokkru magni. Landgrunn Síberíu er talið geyma um 1400 milljarða tonna af metangasi, um tvöfallt meira af kolefni en öll tré, grös og blóm á jörðinni.
Landgrunn Síberíu er ljósbláa hafsvæðið norðan við Síberíu Rússlands (mynd frá Wikipedia).
Ofan á þessum jarðlögum á botni Síberíu-landgrunnsins er grjótharður freri sem virkar eins og lok á undirliggjandi jarðlög og kemur í veg fyrir að metangasið losni (reiknað hefur verið út að ef sjórinn hitni um eina gráðu þá losni metanið).
Það sem menn halda að geti gerst og sé jafnvel byrjað að gerast, er hluti af svokallaðri magnandi svörun -Það hlýnar, mest af völdum CO2, nokkurt magn metans losnar, það hlýnar enn meir og meira magn metans losnar og koll af kolli.
Metanstrókar við Svalbarða
Síðastliðið haust kom út grein í Geophysical Research Letters, eftir breska og þýska vísindamenn sem höfðu kortlagt metanstróka (e. methane seeps eða methane plumes) sem koma upp úr sjávarbotninum á landgrunninu við Svalbarða:
Með nákvæmum sónartækjum hafa menn fundið metanstróka sem koma úr setlögum landgrunnsins við Svalbarða – við bráðnun úr áður frosnum sjávarsetlögum (Geophysical Research Letter – smella á myndinni tvisvar til að stækka).
Við hækkun sjávarhita þá bráðna frosnir metanmettaðir vatnskristallar úr setlögunum og metanið losnar.
Vísindamennirnir fundu meira en 250 metanstróka á svæði sem þeir kortlögðu við Svalbarða. Þeir notuðu samskonar sónara (dýptarmæla) og notaðir eru um borð í fiskiskipum til að finna fiskitorfur. Tekin voru sýni til að staðfesta að um metan var að ræða. Þessir metanstrókar komu úr setlögum sem voru á 150-400 m dýpi.
Metanvatnskristallarnir (e. methane hydrate) eru stöðugir við mikinn þrýsting og lítið hitastig og eru þeir nú stöðugir á meira dýpi en 400 m við Svalbarða. Fyrir 30 árum voru þeir stöðugir á 360 m dýpi svo ljóst er að óstöðugleikinn nær dýpra nú – á sama tíma hefur hitastig sjávar á þessum slóðum hækkað um 1°C.
Metangas er því að losna af meira dýpi en áður hafði verið staðfest, við norðurheimsskautið.
Metanleki Síberíulandgrunnsins
Í mars 2010 birtist grein, í tímaritinu Science, þar sem sýnt er fram á að forðabúr metans sem bundið er í setlögum Norðurskautsins, sé óstöðugra en áður var talið. Sífreri í botni Austur Síberíulandsgrunnsins er byrjaður að leka miklu magni af metani út í andrúmsloftið. Magnið sem að lekur þar er svipað mikið og það sem kemur úr öllum botnlögum sjávar annað staðar frá.
Staðsetning metanlekans og atburðarrás (Mynd NSF-National Science Foundation).
Landgrunnið við Austur Síberíu er ríkt af metani, en það svæði er um 2 milljónir ferkílómetrar að flatarmáli og um þrisvar sinnum stærra en votlendi Síberíu – sem hingað til hefur verið talin stærsti þáttur í aukningu metans á Norðurhveli Jarðar. Niðurstöður rannsóknarinnar bendir til að nú þegar sé metanlosun á landgrunninu um 7,7 milljón tonn á ári – sem eru tæp 2% af því sem losnar út í andrúmsloftið á heimsvísu.
Frá leiðangri vísindamannanna í ágúst 2009 (Mynd NSF – National Science Foundation).
Frá árinu 2003 hafa vísindamenn rannsakað Síberíu landgrunnið og hafa þeir farið árlega í leiðangra og tekið sýni úr sjónum á mismunandi dýpi og í andrúmsloftinu yfir sjónum. Einnig hafa þeir tekið sýni úr þyrlum í allt að 2.000 m hæð yfir sjávarborði.
Þeir fundu að meira en 80% af sjó niðri við botn og meira ein 50% af sjó við yfirborð innihalda nú þegar átta sinnum meira af metani en í venjulegum sjó. Á sumum svæðum, þá mettunargildi metans um 250 sinnum hærra en á svæðum í kring yfir sumartíman og allt að 1400 sinnum hærra yfir vetrartíman. Svipað kom í ljós í andrúmsloftinu yfir landgrunninu – yfir 100 svæði fundust þar sem metanlosun var óvenjulega mikil.
Mynd tengd fréttinni sem var á Discovery News.
Í vetrarleiðangrum fundu þeir einnig metangas sem var fast undir hafís og komust þeir að því að metanið var ekki eingöngu að leysast upp í sjónum, heldur var losunin það mikið að það mynduðust loftbólur sem losnuðu út í andrúmsloftið.
Metan í andrúmsloftinu hærra yfir sjávarfletinum staðfestu hina miklu losun frá Síberíulandgrunninu. Yfir Norðurskautinu er það um 8-10 % hærra en meðaltalið hnattrænt séð – og að auki var styrkur þess um 5-10% hærra yfir Síberíulandgrunninu en meðaltalið fyrir Norðurskautið.
Ástæða er til að hafa meiri áhyggjur af Síberíulandgrunninu en öðrum svæðum jarðar – sérstaklega þar sem það er grunnt (innan við 50 m djúpt) og því nær metangasið ekki að oxast og verða að CO2 áður en það nær yfirborðinu. Það, auk hins gríðarlega magns metans á svæðinu gæti haft ófyrirsjáanleg áhrif – sem ekki hefur verið tekið tillit til hingað til við gerð loftslagslíkana.
Það skal tekið fram að hingað til hefur magnið sem losnar á Síberíulandgrunninu, eins og áður hefur komið fram, einungis tæp 2% af því sem losnar af metani hnattrænt séð. Þannig að enn sem komið er, er ekki ástæða til að óttast snögg umskipti í stöðugleika loftslags. En vísindamennirnir segja að frekari hlýnun geti aukið losunina töluvert og að vissulega sé ástæða til að hafa áhyggjur af gangi mála.
Áhrif innspýtingar metans út í andrúmsloftið
Talið er að það þurfi ekki að losna stór prósenta af öllu metani á Norðurskautinu til að hlýnun jarðar aukist til muna. Á Síberíulandgrunninu sem er grunnt, þá nær mikill hluti þess upp úr sjónum og nær því að losna út í andrúmsloftið og eykur þar með gróðurhúsaáhrif til hlýnunar.
Á dýpri svæðum eins og við Svalbarða, þá er líklegra að metanið nái að mynda CO2 áður en það nær upp til yfirborðs sjávar og út í andrúmsloftið. Fyrir vikið þá gæti það aukið sýrustig sjávar.
Sumir telja að fyrir um 55 milljonum ára þá hafi mikið af metani losnað út í andrúmsloftið – með tilheyrandi hlýnun og súrnun sjávar (sjá Súrnun sjávar hraðari en fyrir 55 milljónum ára). Hvort eitthvað slíkt sé í vændum er ómögulegt að segja til um, en vert er að fylgjast með þessu vandlega.
