Jöklar Íslands blandast oft inn í umræðu um loftslagsbreytingar hér á landi, enda eru jöklar taldir góðir vísar um breytingar á loftslagi. Þó er ekki alltaf allt sem sýnist í þeim málum.
Hvað bræddi jöklana á Vestfjörðum?
Stundum birtast fullyrðingar um að fyrst loftslag hafi breyst áður, þá sé ólíklegt að losun CO2 af mannavöldum hafi eitthvað með núverandi loftslagsbreytingar að gera. Ekki er alltaf farið djúpt í vísindin, en stundum hljómar það trúverðugt, þó ekki sé það alltaf raunin ef það er skoðað ofan í kjölinn. Lítum á nýlegt dæmi:
HVAÐ BRÆDDI VESTFJARÐARJÖKLANA FYRIR 1934? … þegar CO2 útblástur hafði aðeins náð 10% af því sem það er í dag. Það skyldi þó aldrei vera að CO2 skattarnir væru óþarfir?
Ef við sleppum því að sannreyna hvort rétt sé farið með, þá má segja að hlýnun loftslags á fyrri helmingi tuttugustu aldarinnar hafi verið vegna samspils aukinnar sólvirkni, minni eldvirkni og aukningar á CO2 af mannavöldum. Ef undanskilið er CO2 af mannavöldum, þá hafa hinir þættirnir spilað litla rullu eftir miðja síðustu öld. Sólvirkni hefur verið nokkuð stöðug á þeim tíma og eldvirkni jókst sem hefur kælandi áhrif á Jörðina – á sama tíma og Jörðin hefur hlýnað mjög mikið af völdum aukningar CO2 af mannavöldum.
Breytingar í jöklum Íslands fyrri alda voru að miklu leyti af náttúrulegum völdum öfugt við nú. Ef skoðaðir eru hvaða þættir hafa helst áhrif á loftslag nú, þá kemur í ljós að helstu áhrifaþættir hinnar hnattrænu hlýnunnar er losun CO2 af mannavöldum (sjá færsluna Áhrifaþættir hinnar hnattrænu hlýnunar):
Mynd 1: Heildar hlutur manna og náttúrunnar í hinni hnattrænu hlýnun sem orðið hefur síðastliðin 50-65 ár, samkævmt Tett o.fl. 2000 (T00, dökkblátt), Meehl o.fl. 2004 (M04, rauður), Stone o.fl. 2007 (S07, grænn), Lean og Rind 2008 (LR08, fjólublár), Huber og Knutti 2011 (HK11, ljósblár), og Gillett o.fl. 2012 (G12, appelsínugulur).
Að gamni má samt benda á að ekki er allt sem sýnist varðandi gögnin sem myndin af jöklum Vestfjarða virðist byggja á:
Glámufannirnar voru líklega aldrei jöklar og hvað þá svona stórt svæði. Í grein eftir Odd Sigurðsson (2004) segir: “Fyrirliggjandi gögn, einkum sú staðreynd að jökullinn var ekki á Glámu árið 1893, við lok eins kaldasta aldarþriðjungs íslandssögunnar þegar flestir eða allir jöklar landsins voru í hámarki, benda eindregið til þess að Glámujökull hafi ekki verið til sem slíkur á sögulegum tíma”.
Drangajökull náði aldrei yfir þetta svæði sem sýnt er þarna. Í Jöklabók Helga Björnssonar (2009) stendur… “Sveinn Pálsson (1794) teiknaði hann [Drangajökul] allt of langt suður og á korti Björns Gunnlaugssonar (1848) nær hann suður á Steingsrímsfjarðarheiði svo að hann er sýndur tvöfallt stærri en hann var í raun og veru”. Þá er til nokkuð skýr mynd af því hvernig jökullinn leit út samkvæmt vísindamönnum, þegar hann var stærstur á Litlu Ísöld (Brynjólfsson o.fl. 2015).
Drangajökull. Stærð hans á hámarki Litlu Ísaldar má sjá í ljósgráum lit, en þá náðu skriðjöklar um 3–4 km lengra niður dalina en nú (Brynjólfsson o.fl. 2015)
Þó jöklarnir hefðu verið mikið stærri, þá skiptir það ekki máli – því öfugt við þær náttúrulegu breytingar sem voru í gangi í loftslagi fyrri alda, þá er hin hnattræna hlýnun nú nær eingöngu vegna aukinnar losunar CO2 af mannavöldum.
Ok og hin táknræna athöfn
Fyrr í haust var táknræn athöfn til að minnast þess að ekki sé lengur jökull á Ok. Sumum fannst það “…undarleg athöfn… jökullinn væri löngu horfinn” og að “… jökullinn hefði horfið vegna þess að Jörðin væri að koma út úr Litlu Ísöldinni”.
Ok árið 2012.
Reyndar hafa áður komið fram fullyrðingar um að hin hnattræna hlýnun sé vegna þess að Jörðin sé að koma út úr Litlu Ísöldinni og jafnvel hafa menn haldið því fram að yfirvofandi sé nýtt kuldaskeið (sjá Um yfirvofandi Litla Ísöld).
Það er vissulega ekki langt síðan okkar hluti jarðkringlunnar gekk í gegnum kuldatímabil sem kallað er Litla Ísöldin (hjá okkur má telja að hún hafi staðið frá um 1450-1900). Ekki er alveg eining um hvort þá hafi verið töluverð hnattræn kólnun eða lítilsháttar og að einhverju leiti staðbundin kólnun.
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 hitastig 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 útskýrir ásvelta Jarðar (e. precession) að mestu leiti þessa hægfara niðursveiflu í hitastigi (sjá umfjallanir Einars Sveinbjörnssonar um hjámiðjusveifluna og um grein Kaufmans o.fl).
Hlýnun jarðar af mannavöldum hefur strokað út þá kólnun sem orðið hefur undanfarin nokkur þúsund ár, sem orðið hafa vegna ásveltu, þ.e. rek Jarðar innan sporbaugsins (Mynd: National Science Foundation)
Þessi breyting á ásveltu 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).
*Ásveltan (precession) veldur því að jörðina rekur til innan sporbaugsins. Um tíma er jörð í sólnánd þegar sumar er á norðurhveli, en 10 þús árum síðar er hún í sólfirð þegar sumar er á norðurhveli. Þetta þýðir að hámarks-inngeislun sólar er meiri að sumarlagi í fyrra tilvikinu og mesti sumarhiti einnig meiri.
Í stuttu máli má því segja að Jörðin hafi verið að kólna smám saman síðustu árþúsundin, sérstaklega á norðurslóðum og Litla Ísöldin er að öllum líkindum hluti af þeirri kólnun. Því er það ekki svo að Jörðin hafi verið að jafna sig eftir Litlu Ísöldina, heldur er hlýnunin til komin af völdum aukinnar losunnar CO2 af mannavöldum.
Okjökull lét undan vegna þessarar hlýnunar og því eðlilegt að tengja hvarf Okjökuls við hnattræna hlýnun af mannavöldum. Án þeirrar hlýnunar hefði Okjökull að öllum líkindum haldið áfram að vera til og jafnvel stækkað, miðað við hina langdrægu kólnun sem var að eiga sér stað (sérstaklega á norðurslóðum).
Það að jökullinn hefði verið fyrir löngu horfinn, er hægt að deila um. Það er þó ljóst að vísindamenn töldu jökulinn ekki lengur til jökla árið 2014 (sjá „Jökullinn“ Ok er ekki lengur jökull), en þá segir Oddur Sigurðsson um Okjökul og skilyrði til að teljast vera jökull:
„Það er í fyrsta lagi að vera nógu þykkir til að hníga undan eigin fargi og til þess þurfa þeir að vera 40 til 50 metra þykkir og því nær þessi jökull alls ekki“.
Íslenskir jöklar og loftslagsbreytingar
Íslenskir jöklar breytast í takt við loftslagsbreytingar og þó að hægt sé í sumum tilfellum að telja upp jökla sem voru minni t.d. á Landnámsöld (mögulegt er að Ok hafi ekki einu sinni verið til þá) eða stærri í byrjun síðustu aldar (líkt og flestir jöklar á Íslandi), þá er staðreyndin sú að þær breytingar urðu vegna náttúrulegra orsaka og voru breytingar í Sólinni og sporbraut jarðar mikilvirkastar (auk eldvirkni) síðustu árþúsundin.
Það felur samt ekki þá staðreynd að hin hnattræna hlýnun sem nú er, er vegna aukinnar losunnar CO2 út í andrúmsloftið af mannavöldum og við því verður að bregðast með öllum ráðum.
Nú keppast ýmsir við að benda á fréttir sem birtast á pressan.is og mbl.is um yfirvofandi litla ísöld – vegna minni sólvirkni og vegna möguleikans á því að sú sólvirkni eigi eftir að minnka enn frekar, jafnvel svo að lægðin fari niður í sama far og á sautjándu öld. Þær fréttir eru hafðar eftir BBC sem þykir almennt séð frekar áreiðanlegur miðill og því eðlilegt að sumir gapi, enda vita flestir að hnattræn hlýnun er á fullu gasi og ekkert sem bendir til þess að hún sé á undanhaldi – síður en svo.
Það er einmitt svo að þegar betur er að gáð, þá er frétt BBC alls ekki á sama veg og hjá pressan.is eða mbl.is. Vissulega er fréttin um minni sólvirkni, en það fylgir sögunni hjá BBC að þó sólvirknin haldi áfram að minnka, þá hafi það lítil sem engin áhrif á hina hnattrænu hlýnun – gefum Prófessor Mike Lockwood orðið:
“If we take all the science that we know relating to how the Sun emits heat and light and how that heat and light powers our climate system, and we look at the climate system globally, the difference that it makes even going back into Maunder Minimum conditions is very small.
“I’ve done a number of studies that show at the very most it might buy you about five years before you reach a certain global average temperature level. But that’s not to say, on a more regional basis there aren’t changes to the patterns of our weather that we’ll have to get used to.”
Vísindamenn telja því að þetta geti tafið hina hnattrænu hlýnun kannski um fimm ár, þ.e. ef ástand sólar fer niður í sama far og á sautjándu öld. Staðbundið geti þessar breytingar þó valdið því að það verði nokkuð kaldara yfir vetrartímann á ákveðnum svæðum, t.d. í norður Evrópu.
Einhverra hluta vegna sleppa pressan.is og mbl.is að útskýra hvað þetta þýðir fyrir okkur í dag – að þessi afdrifaríka breyting í sólinni núna myndi rétt duga til að setja hlýnunina í pásu og þessar fréttastofur gefa sér að möguleg minnkandi sólvirkni hafi sömu áhrif nú og á sautjándu öld.
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 hitastig 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).
Hlýnun jarðar af mannavöldum hefur strokað út þá kólnun sem orðið hefur undanfarin nokkur þúsund ár, sem orðið hafa vegna breytinga í sporbaug jarðar (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 þróun 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.
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 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). Rauð ör á efri myndinni sýnir PETM atburðinn fyrir 55 milljónum ára, þegar mikill útdauði sjávarlífvera varð (smella á myndina til að stækka).
[Ath: Þessi mynd sýnir meira hvernig hitastig var á pólunum, þaðan sem djúpsjórinn er upprunninn, heldur en hnattrænt hitastig]
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, 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).
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.
Parmesan & Yohe 2003 (32) , NOAA (34).
Þeir sem enn eru í einhverjum vafa um að kuldaskeið sé í vændum, ættu að skoða hvort einhver sönnunargögn bendi til þess að það sé að kólna. Jöklar um allan heim eru að hopa hratt, lífverur flytja sig á hærri breiddargráður, 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.
Ef skoðaðar eru nokkrar rannsóknir þar sem notaðar eru ýmsar mismunandi aðferðir til að meta hversu stór hlutur hinnar hnattrænu hlýnunnar er af völdum náttúrulegra áhrifaþátta og hversu stór hluti er af mannavöldum, þá kemur ýmislegt áhugavert í ljós. Hér verður farið yfir niðurstöður þessarra rannsókna til að sjá hvað vísindamenn og gögn þeirra hafa að segja okkur um hvað það er sem er að valda hinni hnattrænu hlýnun.
Allar þessar rannsóknir, sem beita mismunandi aðferðum og nálgunum, gefa góðar vísbendingar um að það séu menn sem eru að valda hinni hnattrænu hlýnun á síðustu öld og þá sérstaklega á síðustu 50 til 65 árum (mynd 1).
Mynd 1: Heildar hlutur manna og náttúrunnar í hinni hnattrænu hlýnun sem orðið hefur síðastliðin 50-65 ár, samkævmt Tett o.fl. 2000 (T00, dökkblátt), Meehl o.fl. 2004 (M04, rauður), Stone o.fl. 2007 (S07, grænn), Lean og Rind 2008 (LR08, fjólublár), Huber og Knutti 2011 (HK11, ljósblár), og Gillett o.fl. 2012 (G12, appelsínugulur).
Athugið að tölur í þessu yfirliti er besta mat úr hverri grein. Til einföldunar er skekkjumörkum sleppt, en tenglar eru í hverja grein fyrir þá sem vilja kynna sér málið nánar, neðst á síðunni.
Hverjir eru helstu áhrifaþættir á hitastig jarðar?
Flestar þær greinar sem fjalla um áhrifaþætti á hitastig jarðar, fjalla um gróðurhúsalofttegundir, sólvirkni, eldvirkni, örðulosun af mannavöldum og El Nino sveifluna enda eru þetta þeir þættir sem ráða hve mestu um hitastig á hverjum tíma.
Eins og þekkt er, þá veldur losun manna á gróðurhúsalofttegundum (GHG) því að hiti jarðar eykst samfara auknum styrk gróðurhúsalofttegunda í andrúmsloftinu – hin auknu gróðurhúsaáhrif.
Sólvirkni hitar eða kælir jörðina eftir því hvort inngeislun frá sólinni inn í lofthjúp jarðar eykst eða minnkar.
Eldvirkni getur valdið skammtímakólnun á jörðinni með því að þeyta súlfat örðum (e. sulfate aerosols) út í andrúmsloftið, en mikið magn þeirra í efri lögum lofthjúpsins dregur úr inngeislun sólarljóss og minnkar magn þess sem nær yfirborði jarðar. Þannig örður eru ekki langlífar og skolast úr andrúmsloftinu á 1-2 árum. Því hefur eldvirkni yfirleitt bara skammtímaáhrif á hitastig, nema það komi tímabil þar sem eldvirkni er annað hvort óvenjuulega mikil eða lítil.
Örðulosun af mannavöldum -mest brennisteins díoxíð (SO2) – hefur einnig tilhneigingu til að kæla jörðina. Aðal munurinn á henni og eldvirkni er það menn eru stöðugt að losa mikið magn arða út í andrúmsloftið með því að brenna jarðefnaeldsneyti. Því er í raun um langtímaáhrif að ræða á hitastig – svo lengi sem menn halda áfram losuninni. Örður frá mönnum eru þó mismunandi og valda mismunandi áhrifum (draga úr sólarljósi, hjálpa til við skýjamyndun og valda gróðurhúsaáhrifum). Áhrif arða á loftslag er einn stærsti óvissuþátturinn í loftslagsfræðum.
El Nino sveiflan (ENSO) er náttúruleg sveifla í yfirborðshita sjávar í Kyrrahafinu, sem sveiflast á milli El Nino og La Nina fasa. El Nino fasinn færir hita frá sjónum og upp í andrúmsloftið. La Nina virkar síðan á hinn vegin. Nokkrar rannsóknir hafa verið gerðar á hvort ENSO hefur langtímaáhrif á hnattrænan hita. Þar sem um er að ræða sveiflu, þá er talið að langtímaáhrif séu lítil og að La Nina fasinn verki á móti El Nino.
Það eru aðrir áhrifaþættir, en gróðurhúsalofttegundir og SO2 eru stærstu mannlegu þættirnir. Sólvirkni, eldvirkni og ENSO eru stærstu náttúrulegu þættirnir sem virka á hnattrænan hita. Við skulum skoða hvað fræðimenn segja um hlutfallsleg áhrif hvers þáttar fyrir sig.
Tett o.fl. (2000)
Tett o.fl. (2000) notuðu aðferð þar sem mismunandi gögnum er hlaðin inn í loftslagslíkön og greint hvernig þau passa best við hin eiginlegu gögn (aðferðin heitir á ensku optimal detection methodology). Inn í líkanið fóru mælingar á gróðurhúsalofttegundum, örður vegna eldvirkni, sólvirkni, örður af mannavöldum og breytingar í ósóni (óson er einnig gróðurhúsalofttegund).
Líkan þetta var borið saman við hnattrænan yfirborðshita frá 1897-1997. Í heildina þá náði líkanið að líkja nokkuð vel eftir hinni hnattrænnu hlýnun yfir allt tímabilið; hins vegar vanmat líkanið hlýnunina frá 1897-1947 og ofmat hlýnunina frá 1947-1997. Fyrir vikið þá er heildarsumma hlýnunar af manna- og náttúrunnar völdum meira en 100 %, fyrir síðustu 50 ár rannsóknarinnar (sjá dökkblátt á mynd 1), þar sem hlýnunin var í raun minni en líkanið sagði til um. Fyrir bæði 50 og 100 ára tímabilin, þá mátu Tett og félagar það þannig að náttúrulegir þættir hefðu haft smávægileg kælandi áhrif og þar með að mannlegir þættir hlýnunarinnar hefðu haft meira en 100 % áhrif á hlýnunina fyrir þau tímabil.
Meehl o.fl. (2004)
Meehl o.fl. 2004 notuðu svipaða nálgun og Tett o.fl. Þeir keyrðu loftslagslíkön með mismunandi gildum á þeim þáttum sem hafa hvað mest áhrif á hnattrænana hita (gróðurhúsalofttegundir, sólvirkni, örður vegna eldvirkni, örður frá mönnum og ósón), sem var svo borið saman við hitagögn frá 1890-2000. Þeirra niðurstaða var að náttúrulegir þættir stjórnuðu að mestu hlýnuninni milli 1910-1940, en gætu ekki útskýrt þá hlýnun sem varð eftir miðja síðustu öld.
Samkvæmt mati Meehl o.fl. þá var um 80 % af hinni hnattrænu hlýnun milli 1890 og 2000 af völdum manna. Síðustu 50 ár ransóknarinnar (1950-2000) þá hefðu náttúrulegir þættir einir og sér valdið heildar kólnun og því er niðurstaðan svipuð og hjá Tett o.fl. að meira en 100 % hlýnunarinnar var af mannavöldum. Síðastliðin 25 ár var hlýnununin nær eingöngu af mannavöldum samkvæmt þeirra mati.
Stone o.fl. (2007)
Stone o.fl.sendu frá sér tvær greinar árið 2007. Fyrri greinin greindi frá niðurstöðu 62 keyrsla á loftslagslíkönum fyrir tímabilið 1940-2080. Þessar hermanir byggðu á mælingum gróðurhúsalofttegunda, örðum eldgosa, örðum frá mönnum og sólvirkni frá 1940-2005. Að auki notuðu þeir spár um framtíðarlosun til að skoða mögulega framtíðar hlýnun jarðar. Með líkanakeyrslu á orkujafnvægi fékkst mat á viðbrögðum loftslagsins við breytingu hvers þáttar. Á þessu rúmlega 60 ára tímabili, þá mátu Stone o.fl. að nálægt 100 % af hlýnuninni væri af mannavöldum og að náttúrulegir þættir hefðu í heildina kælandi áhrif.
Seinni rannsókn Stone o.fl. 2007 uppfærði niðurstöður sem komu úr fyrri rannsókninni með því að nota fleiri loftlsagslíkön og uppförð gögn – auk þess að skoða tímabilið 1901-2005. Fyrir allt það tímabil mátu Stone o.fl. að helmingur hlýnunarinnar væri náttúruleg og helmingur af mannavöldum. Gróðurhúsalofttegundir jukust nægilega mikið til að auka hitann um 100 % – en á móti kom að kælandi áhrif arða af mannavöldum minnkaði hlut manna um helming. Sólvirkni olli 37 % og eldvirkni 13 % af hlýnuninni fyrir þetta tímabil samkvæmt Stone o.fl.
Lean og Rind (2008)
Lean og Rind 2008 fetuðu aðrar slóðir, en þeir notuðu útfærslu á línulegri aðhvarfsgreiningu (e. multiple linear regression analysis) í sinni rannsókn. Lean og Rind notuðu mælingar á sólvirkni, eldvirkni og mannlegum þáttum, auk ENSO og notuðu tölfræðilega aðferð við að tengja það við hnattrænar hitamælingar. Með því að greina hvað er afgangs eftir að búið er að taka út mismunandi þætti, þá sést hvaða þættir eru áhrifamestir.
Sú greining var gerð yfir mismunandi tímabil og yfir tímabilið 1889-2006 þá mátu höfundar að menn hefðu valdið um 80 % af mældri hlýnun þess tímabils, á meðan náttúrulegir þættir ullu um 12 %. Eins og áður þá er samtalan ekki nákvæmlega 100 % meðal annars vegna þess að ekki eru skoðaðir allir mögulegir og ómögulegir þættir sem geta haft áhrif á hnattrænan hita. Frá 1955-2005 og 1979-2005, þá mátu höfundar sem svo að menn hefðu valdið nálægt 100 % af mælanlegri hlýnun.
Stott o.fl. (2010)
Stott o.fl. notuðu aðra nálgun en Lean og Rind. Þeir notuðu línulega aðhvarfsgreiningu til að staðfesta niðurstöður úr fimm mismunandi loftslaglíkönum. Reiknaðir voru hallastuðlar (e. regression coefficients) fyrir gróðurhúsalofttegundir, aðra mannlega þætti (örður t.d.) og náttúrulega þætti (sólvirkni og eldvirkni) og mátu þeir hversu mikla hlýnun hver þáttur hefði valdið á síðustu öld. Meðaltal þessarra fimm líkana sýndu að mannlegir þættir ollu samtals um 86 % af mælanlegri hlýnun og þar af gróðurhúsalofttegundir um 138 %. Lítil hlýnun fannst vegna náttúrulegra þátta.
Stott o.fl. staðfestu einnig niðurstöðuna með því að skoða hvað ýmsar rannsóknir hafa að segja um svæðisbundið loftslag. Þar kom í ljós að vart hefur verið við loftslagsbreytingar af mannavöldum í hitabreytingum staðbundið, úrkomubreytingum, rakastigi andrúmsloftsins, þurrkum, minnkandi hafís, hitabylgjum, sjávarhita og seltubreytingum, auk annarra svæðisbundna breytinga.
Huber og Knutti (2011)
Huber og Knutti 2011 notuðu áhugaverða nálgun í sinni rannókn, en þar notuðu þeir regluna um varðveislu orku fyrir heildar orkubúskap jarðar til að áætla hversu stóran þátt mismunandi þættir höfðu áhrif á hlýnunina milli árana 1850 og 1950 fram til ársins 2000. Huber og Knutti notuðu áætlaða aukningu í heildarhita jarðar frá árinu 1850 og reiknuðu út hversu mikið sú aukning var vegna áætlaðra breytinga í geislunarálagi. Þeirri aukningu skiptu þeir síðan milli þeirrar aukingar sem orðið hefur á hitainnihaldi sjávar og útgeislunar frá jörðu. Meira en 85% af hnattrænum hita hefur farið í að hita úthöfin þannig að með því að taka þau gögn með þá varð rannsókn þeirra sérstaklega sterk.
Huber og Knutti mátu það þannig að frá 1850 hafi 75 % hitaaukningarinnar verið af mannavöldum og að frá 1950 hafi hlýnunin af mannavöldum verið um 100 %.
Foster og Rahmstorf (2011)
Foster Rahmstorf (2011) notuðu svipaða tölfræðilega nálgun og Lean og Rind (2008). Aðalmunurinn er að Foster og Rahmstorf skoðuðu fimm mismunandi hitagaögn, þar á meðal gervihnattagögn og greindu gögn frá árunum 1979-2010 (eða eins langt aftur og gervihnattagögn ná). Þeir skoðuðu þá þrjá helstu náttúrulega þætti sem hafa hvað mest áhrif á hnattrænt hitastig – sólvirkni, eldvirkni og ENSO. Þeir þættir sem hafa hvað mest áhrif á hnattrænt hitastig eftir að þessir þættir hafa verið síjaðir í burtu – eru af mannavöldum.
Með því að skoða hitastig frá Hadlay miðstöðinni (British Hadley Centre) og er mikið notað í svona rannsóknum, þá fundu Foster og Rahmstorf það út að hinir þrír náttúrulegu þættir sem notaðir eru í rannsókninni valda heildar kólnunaráhrif á tímabilinu 1979-2010. Afgangurinn er að mestu leiti hlýnun af mannavöldum og því rúmlega 100 % af hlýnuninni fyrir þetta tímabil.
Einn lykilþátturinn í því að gera svona rannsókn sterka er að hér er ekki gerður greinarmunur á hinum mismunandi áhrifaþáttum frá sólu. Öll áhrif frá sólu (bein og óbein) sem sýna fylgni við virkni sólar (sólvirkni, geimgeislar, útfjólublátt ljós o.sv.frv.) koma fram í línulegri aðhvarfsgreiningunni. Bæði Lean og Rind annars vegar og Foster og Rahmstorf hins vegar drógu þá ályktun að virkni sólar hefði spilað litlla rullu í hinni hnattrænu hlýnun undanfarna áratugi.
Gillett o.fl. (2012)
Líkt og Stott o.fl. 2010, þá notuðu Gillett o.fl. línulega aðhvarfsgreiningu með loftslagslíkani – nánar tiltekið var notað líkan af annarri kynslóð frá Kanada (CanESM2). Notuð voru gögn fyrir losun gróðurhúsalofttegunda og losun arða. Einnig voru skoðaðar breytingar á landnotkun, sólvirkni, ósoni og örðumyndun vegna eldvirkni. Mismunandi þættir voru settir saman undir flokkana ‘náttúrulegir’, ‘gróðurhúsalofttegundir’ og ‘annað’. Skoðaðir voru þessir þættir á þremur mismunandi tímabilum: 1851-2010, 1951-2000 og 1961-2010. Ef skoðuð eru meðaltöl seinni tímabilanna og reiknað með að þátturinn ‘annað’ sé örður af mannavöldum, þá kemur í ljós að hlýnun af mannavöldum er meiri en 100 % fyrir þau tímabil.
Hlýnun af mannavöldum
Fyrrnefndar rannsóknir eru ólíkar innbyrðis og nota mismunandi aðferðir og nálganir – samt eru þær mjög samhljóða. Niðurstaða allra rannsóknanna var sú að þegar skoðuð eru síðastliðin 100-150 ár, þá er hlýnunin af völdum manna að minnta kosti 50 % og flestar rannsóknirnar benda til þess að hlýnunin af mannavöldum fyrir þetta tímabil sé milli 75 og 90 % (mynd 2). Síðastliðin 25-65 ár, þá sýna fyrrnefndar rannsóknir enn fremur að hlýnunin af mannavöldum er að lágmarki 98 % og flestar benda til þess að menn hafi valdið töluvert yfir 100 % af þeirri hlýnun sem mælingar sýna – þar sem náttúrulegir þættir hafa haft kælandi áhrif á móti, undanfarna áratugi (myndir 3 og 4).
Að auki, þá kom í ljós í öllum rannsóknunum og öllum tímabilum að stærstu áhrifaþættir hnattræns hita eru þeir sem eru af mannavöldum: (1) Gróðurhúsalofttegundir, og (2) örðulosun af mannavöldum. Það lítur í raun ekki vel út, því ef við hreinsum útblástur og minnkum örðulosun, þá munu kælandi áhrif þess minnka og afhjúpa hina undirliggjandi hlýnun sem er vegna losunar gróðurhúsalofttegunda af mannavöldum. Athugið að rannsóknirnar skoðuðu ekki allar sömu áhrifaþættina – sem veldur því að það virðist vanta sumar súlur í súluritunum á myndum 2-4.
Mynd 2: Prósentuhluti áhrifaþátta á hnattræna hlýnun síðastliðin 100-150 ár, samkvæmt Tett o.fl. 2000 (T00, dökk blár), Meehl o.fl. 2004 (M04, rauður), Stone o.fl. 2007 (S07, grænn), Lean og Rind 2008 (LR08, fjólublár), Stott o.fl. 2010 (S10, grár), Huber og Knutti 2011 (HK11, ljósblár) og svo Gillett o.fl. 2012 (G12, appelsínugulur).
Mynd 3: Prósentuhluti áhrifaþátta á hnattræna hlýnun síðastliðin 50-65 ár samkæmt Tett o.fl. 2000 (T00, dökk blár), Meehl o.fl. 2004 (M04, rauður), Stone o.fl. 2007 (S07, grænn), Lean og Rind 2008 (LR08, fjólublár), Huber og Knutti 2011 (HK11, ljósblár) og svo Gillett o.fl. 2012 (G12, appelsínugulur). Smelltu á mynd til að stækka.
Mynd 4: Prósentuhluti áhrifaþátta á hnattræna hlýnun síðastliðin 25-30 ár samkæmt Meehl o.fl. 2004 (M04, rauður), Lean og Rind 2008 (LR08, fjólublár) og Foster og Rahmstorf 2011 (FR11, grænn). Smelltu á mynd til að stækka.
Á milli áranna 1910 og 1940 var tímabil hlýnunnar, sem talið er að hafi að mestu verið vegna aukinnar sólvirkni og lítillar eldvirkni – auk lítilsháttar áhrifa frá mönnum. Frá miðri síðustu öld hefur sólvirknin hins vegar verið flöt og eldvirkni í meðaltali. ENSO hefur síðan engin heildaráhrif á hnattrænan hita til lengri tíma litið. Styrkur gróðurhúsalofttegunda vegna losunar manna á þeim út í andrúmsloftið hefur aukist með auknum þunga og er orðinn helsti áhrifaþátturinn í breytingum á hnattrænum hita, líkt og myndir 3 og 4 sýna.
Mismunandi aðferðir og nálganir sýna svipaða niðurstöðu: Menn eru helsti áhrifaþátturinn í breytingum á hnattrænum hita síðastliðna öld og sérstaklega síðastliðin 50 ár.
Þessi færsla er hluti af endurbirtingum hér á loftslag.is. Mikilvægt efni af síðunni og annað fróðlegt sérvalið efni mun rata inn undir endurbirtingarnar. Upphaflegu færsluna má finna hér en allar endurbirtingarnar má finna undir flipanum Endurbirtingar 2013.
Í vísindum er aðeins eitt sem er betra en bein mæling, gerð í hinum raunverulega heimi, en það eru margar sjálfstæðar beinar mælingar sem allar vísa á sömu niðurstöðu. Það eru til mörg bein sönnunargögn sem öll benda til að fingraför mannkyns hafi áhrif á hnattræna hlýnun:
Fingrafar mannkynsins á koldíoxíð í andrúmsloftinu
Sú staðreynd að styrkur koldíoxíðs stígur vegna áhrifa manna, verða augljós þegar styrkur CO2 er borin saman við losun CO2:
Staðfesting þess að stígandi styrkur koldíoxíðs sé vegna athafna mannsins kemur frá rannsóknum á því hverskonar kolefni finnst í andrúmsloftinu. Kolefnisatómið hefur nokkrar tegundir samsæta (þ.e. – með mismunandi mörgum nifteindum). Kolefni 12 hefur 6 nifteindir, kolefni 13 hefur 7 nifteindir. Plöntur hafa lægra C13/C12 hlutfall en er í andrúmsloftinu. Ef aukinn styrku CO2 kemur frá jarðefna eldsneyti, þá ætti C13/C12 hlutfallið að fara lækkandi. Það er einmitt það sem er að gerast (Ghosh 2003) og sú leitni er í samræmi við leitni hnattrænar losunar koldíoxíðs.
Mynd 2: Árleg hnattræn losun CO2 frá bruna jarðefna eldsneytis og vegna sement framleiðslu í GTC á ári (svart), árleg meðaltal 13C/12C hlutfalls, mælt í andrúmsloftinu við Mauna Loa frá 1981 til 2002 (rauð) (IPCC AR4).
Frekari staðfesting kemur með því að mæla súrefnis styrk í andrúmsloftinu. Þegar jarðefnaeldsneyti er brennt þá bindist kolefnið í jarðefnaeldsneytinu við súrefni, og myndar koldíoxíð. Þegar styrkur CO2 í andrúmsloftinu eykst, þá minnkar styrkur súrefnis. Athuganir sýna að styrkur súrefnis fellur í samræmi við bruna jarðefna eldsneytis.
Mynd 3: Styrkur CO2 á Mauna Loa, Havaí (svart) og Baring Head, Nýja Sjálandi (blátt). Niðri til hægri má sjá mælingar á súrefni (O2) frá Alert, Kanada (bleikt) og Cape Grim, Ástralíu (ljós blátt) (IPCC AR4 2.3.1 unnið úr Manning 2006).
Fingrafar mannkynsins vegna aukningar gróðurhúsaáhrifanna
Gervihnettir eru notaðir til að mæla innrauða geislun sem sleppur út í geim. Samanburður gervihnattagagna frá 1970 til 1996 sýnir fram á, að minni orka sleppur út í geim á þeim bylgjulengdum sem gróðurhúsalofttegundir gleypa (Harries 2001). Í grein Harries kemur fram “beinar tilraunir sýna sönnunargögn um marktæka aukningu á gróðurhúsaáhrifum á Jörðinni (e. direct experimental evidence for a significant increase in the Earth’s greenhouse effect)” . Þessi niðurstaða hefur verið staðfest af nýrri gögnum frá fleiri gervihnöttum (Griggs 2004, Chen 2007).
Mynd 4: Breyting bylgjulengda frá 1970 til 1996 vegna snefil lofttegunda. “Birtu hitastig” (e. brightness temperature) gefur til kynna svartefni hitastig (Harries 2001).
Það er staðfest með mælingum á jörðu niðri, að minni hiti sleppur út úr lofthjúpnum, þar sem meiri innrauð geislun kemur aftur til jarðar. All nokkrar rannsóknir hafa komist að því að þetta sé vegne aukina gróðurhúsaáhrifa (Philipona 2004, Wang 2009). Greining gagna í háupplausnar orkurófsgreiningum gefa vísindamönnum tækifæri til að magngreina þátt aukningarinnar fyrir hverja gróðurhúsalofttegund (Evans 2006). Niðurstaðan leiðir höfunda greinarinnar til að álykta “þessi tilraunagögn ættu á skilvirkan hátt að enda röksemdafærslur efasemdarmanna um að það séu engin bein sönnunargögn fengin með tilraunum sem sýna fram á tenginguna á milli aukningu gróðurhúsalofttegunda í andrúmsloftinu og hnattrænni hlýnun.”
Mynd 5: Orkuróf geislunar gróðurhúsalofttegunda mæld við yfirborð jarðar. Gróðurhúsaáhrif frá vatnsgufu eru síuð frá, til að sýna framlag hinna gróðurhúsalofttegundanna (Evans 2006).
Fingrafar mannkynsins á hitaleitnina
Enn eitt fingrafar mannkynsins má finna með því að líta á hitaleitni í mismunandi lögum lofthjúpsins. Loftslagslíkön spá því að aukning koldíoxíðs ætti að valda hækkun hitastigs í veðrahvolfinu (e. troposphere) en kólnun í heiðhvolfinu (e. stratosphere). Þetta er vegna þess að aukin “ábreiðu” áhrif í veðrahvolfinu halda meiri hita þar, sem leiðir til þess að minni hiti berst til heiðhvolfsins. Þetta er í mótsetningu við þeim áhrifum sem hægt væri að eiga von á ef sólin ylli hnattrænni hlýnun, þá ættu bæði veðrahvolfið og heiðhvolfið að hlýna. Það sem við sjáum með því að skoða bæði gögn frá gervihnöttum og veðurloftbelgjum, er að heiðhvolfið er að kólna en veðrahvolfið að hlýna, sem er í samræmi við hlýnun af völdum koldíoxíðs (og gróðurhúsalofttegunda almennt):
Mynd 6: (A) Breyting hitastigs í neðra heiðhvolfinu, mælt með gervihnöttum (UAH, RSS) og veðurloftbelgjum (HadAT2 og RATPAC), miðað við tímabilið 1979 til 1997, sjö mánaða meðaltal. Stærri eldgos eru gefin til kynna með bláu brotalínunum (Karl 2006). (B) Breyting hitastigs í efri hluta veðrahvolfsins.
Ef aukning gróðurhúsaáhrifanna veldur hlýnuninni, ættum við að sjá meiri hlýnun á næturnar en á daginn. Þetta er vegna þess að gróðurhúsaáhrifin virka bæði dag og nótt. Gagnstætt er, ef hlýnunin væri af völdum sólarinnar, þá ætti leitni hitastigs til hlýnunar að vera meiri í dagtímunum. Það sem mælingar sýna er samdráttur kaldra nátta er meiri en samdráttur kaldra daga og aukning hlýrra nátta er meiri en aukning heitra daga (Alexander 2006). Þetta er í samræmi við hlýnun af völdum gróðurhúsaáhrifa.
Mynd 7: Mæld leitni (dagar á áratug) fyrir 1951 til 2004 í köldum dögum og nóttum. Kuldi er skilgreindur sem köldustu 10%. Hiti er skilgreindur sem heitustu 10%. Appelsínugulu línurnar sína áratuga leitni (IPCC AR4 FAQ 3.3 aðlagað frá Alexander 2006).
Þessi færsla er hluti af endurbirtingum hér á loftslag.is. Mikilvægt efni af síðunni og annað fróðlegt sérvalið efni mun rata inn undir endurbirtingarnar. Upphaflegu færsluna má finna hér en allar endurbirtingarnar má finna undir flipanum Endurbirtingar 2013.
Það er staðreynd að komið hafa hlýrri og kaldari skeið í sögu jarðar en nú er. En hvað hefur orsakað þessar breytingar í loftslagi áður fyrr? Um leið opnast fyrir spurninguna: Er þetta hlýskeið sem við upplifum núna náttúrulegt?
Undirliggjandi langtímabreytingar í hita jarðar
Miklar breytingar á hita hafa orðið í fyrndinni, svo miklar að við mennirnir eigum erfitt með að ímynda okkur það. Í jarðfræðilegum skilningi þá eru langtímabreytingar, þær breytingar sem tekið hafa milljónir, jafnvel milljarða ára (jörðin sjálf er talin vera 4,5 milljarða ára). Sem dæmi þá var orka sólarinnar í upphafi jarðsögunnar einungis um 70% af orkunni sem er nú í dag, en orka hennar hefur aukist smám saman síðan þá og í mjög fjarlægri framtíð munu breytingar sólarinnar einar og sér nægja til að eyða öllu lífi á jörðinni. Í upphafi jarðarinnar var andrúmsloft jarðar einnig allt öðruvísi en það er í dag. Líf tók að þróast og breytti andrúmsloftinu smám saman og í samvinnu við sólina hefur það skapað þær aðstæður sem við lifum við í dag.
Óreglulegar sveiflur í hita jarðar
Þrátt fyrir misgóð gögn um hitastig síðustu hundruði milljóna ára, þá er heildarmyndin nokkuð ljós:
Hér er áætlað hitastig jarðar aftur til byrjun Kambríum fyrir um 540 milljónum ára. Eins og sjá má vinstra megin á myndinni þá er hitastig núna frekar lágt. Mynd af wikipedia.
Þessar gríðarlegu hitasveiflur eiga sér margar ástæður og er ein af þeim magn CO2 í andrúmsloftinu. Það er þó langt í frá eina ástæða hitabreytinga fyrri jarðsögutímabila, eins og sést ef skoðað er áætlað magn CO2 í andrúmsloftinu fyrir sama tímabil:
Hér má sjá nokkrar mismunandi rannsóknir á magni CO2, aftur til loka Kambríum. Eins og sést eykst óvissan mikið eftir aldri. Mynd af wikipedia.
Það sem talið er að hafi hvað mest áhrif á sveiflur í hitastigi fyrri jarðsögutímabila er lega landanna, sem hreyfast af völdum flekahreyfinga (e. plate tectonics). Þegar stórir landmassar eru á pólunum er kaldara á jörðinni, heitara þegar pólarnir eru landlausir. Við flekahreyfingar kítast einnig saman flekar sem oft á tíðum mynduðu stóra fellingagarða (sambærilega við Himalayjafjöllin og Andesfjöllin sem dæmi). Þær breytingar breyttu vindakerfi heims og höfðu þar með mikil áhrif á loftslag jarðar. Lega landanna hefur einnig haft gríðarleg áhrif á sjávarstrauma og þar með hvernig hiti dreifðist um jörðina. “Nýlegt” dæmi er þegar Ameríkuflekarnir tengdust fyrir um 5 milljónum ára og Panamasundið lokaðist. Við það breyttust hafstraumar og talið er líklegt að það sé ein af ástæðunum fyrir því að ísöldin byrjaði smám saman fyrir um 2,6 milljónum ára.
Reglulegar breytingar í hita
Hitastigsferillinn sem við sáum hér fyrir ofan virðist mjúkur að sjá þegar hann er skoðaður – enda um langt tímabil að ræða, en undir niðri eru reglulegar hitastigsbreytingar sem verða á skemmri tíma. Þær breytingar sjást ekki í þeim gögnum sem til eru fyrir þessi fyrri jarðsögutímabil, en ískjarnar úr jöklum Grænlands og Suðurskautsins sýna okkur sveiflur sem eru töluverðar yfir þúsundir ára:
En hver er ástæða þessara reglulegu breytinga?
Sporbaugur 0, alveg hringlaga
Til að byrja að svara þessari spurningu verður m.a. að skoða sveiflur Milankovitch. Milutin Milankovitch var rússneskur vísindamaður sem rannsakaði og kortlagði loftslagsbreytingar fyrri tíma út frá gögnum um sporbaug braut jarðar, halla hennar um möndul sinn og snúning jarðar um möndul sinn. Þessi atriði hafa áhrif á loftslag jarðar og eftir að hann kom fram með þessa kenningu þá kom í ljós að þessi atriði féllu saman við hlý- og kuldaskeið ísaldar. Allir þessir þættir gerast með ákveðnu millibili og geta ýmist haft jákvæða svörun, þ.e. allir þættir ýti í sömu átt (til annað hvort hlýnunar eða kólnunar) eða “unnið” hver á móti öðrum og þar með dregið úr áhrifunum.
Sporbaugur 0,5 ekki hringlaga og miðjuskekkja
Sporbaugur jarðar breytist í tíma. Það má segja að það sé miðskekkja í sporbaugnum (sem ekki er hringlaga) og sú skekkja er ekki alltaf eins heldur breytist með tíma. Sporbaugurinn fer frá því að vera næstum hringlaga til þess að vera meira sporöskjulaga og tekur þessi sveifla u.þ.b. 413.000 ár. Einnig eru aðrir þættir í ferli sporbaugsins sem hafa áhrif og eru það sveiflur sem taka u.þ.b. 96.000 – 136.000 ár. Þessi breyting hefur áhrif á hversu langar árstíðirnar eru og hversu mikil inngeislun sólarinnar er. Þetta hefur misjöfn áhrif eftir á hvoru jarðhvelinu áhrifin eru í hvert skiptið. Þetta er þó eitt af þeim atriðum sem hefur áhrif til lengri tíma. Á myndunum hér til hliðar má sjá breytingar í sporbaug jarðar.
.
Möndulhalli jarðar sveiflast frá 22,1°-24,5°
Möndulsnúningssveifla jarðar
Möndulhallinn er einn af þeim þáttum sem hafa áhrif á þessar reglubundnu breytingar. Í dag er hallinn um 23,44° (sem er u.þ.b. við miðju þess sem hallinn getur orðið. Möndulhallinn fer frá því að vera 22,1°-24,5°. Þessi sveifla tekur um 41.000 ár. Þegar möndulhallinn er meiri, þá hitnar á báðum jarðhvelum að jafnaði, en sumrin verða heitari en veturnir kaldari. Það má því kannski segja í þessari sveiflu séum við í meðalstöðu.
Næsti þáttur sem er hluti af sveiflum Milankovitch, er svokallaður möndulsnúningur. Möndulsnúningurinn er einhverskonar snúðshreyfing. Þannig að það er misjafnt að hvaða fastastjörnum pólarnir vísa. Þessi sveifla tekur um 26.000 ár. Þetta hefur þau áhrif að það hvel sem er í áttina að sólu, við sólnánd, er með meiri mun á milli sumars og veturs, en hitt jarðhvelið hefur mildari sumur og mildari vetur. Staðan í dag er þannig að suðurhvelið upplifir meiri mun á milli árstíða, þ.e. að suðurpóllinn er í átt að sólu við sólnánd.
Eins og áður sagði, þá hafa Milankovitch sveiflur allar samanlögð áhrif, þar sem þær magna eða draga úr sveiflunum eftir hvernig þær hitta saman. Heildaráhrif þessara sveiflna, er einn af þeim þáttum sem hafa ráðið miklu um það hvort jörðin hefur upplifað hlý eða köld skeið í jarðsögunni:
Sveiflur Milankovitch. Myndin sýnir allar sveiflurna á einni mynd. Rauði ferillinn og svarti ferillinn sýna heildaráhrifin á tvo vegu. Svarti ferlillinn sýnir sólarinngeislun á sólstöðum á 65. breiddargráðu norðurs. Þegar inngeislunin er há, þá er hlýskeið og öfugt. Þetta fellur nokkuð vel að fyrri hlý og kuldaskeiðum ísaldar, til lengri tíma litið. Fyrir neðan eru svo tvö hitastigsproxý (götunga í sjávarsetlögum og ískjarna úr Vostock ískjarnanum) sem styðja þessa kenningu Milankovitch.
Milankovitch sveiflurnar eru því taldar frumorsök sveifla í hitastigsbreytingum ísaldar, í átt til kulda- og hlýskeiða.
Aðrir þættir hafa síðan magnað upp þessar breytingar, svokölluð magnandi svörun. Þættir sem taldir eru hafa magnað upp þessar breytingar eru t.d. aukning í CO2, en vitað er að við hlýnun sjávar þá minnkar geta þess til að halda CO2. Eins og sjá má á mynd hér ofar sem sýnir hitastig síðustu 650 þúsund ára og tengsl við meðal annars CO2, þá eykst CO2 í kjölfarið á hlýnun jarðar (sú aukning gerist almennt um 800 árum eftir að það byrjar að hlýna). Það má því segja að við það að hlýna af völdum Milankovitch sveifla, þá losnar meira CO2 sem veldur meiri hlýnun. Svipuð ferli eiga sér stað í átt til kólnunar, nema með öfugum formerkjum. Annar stór þáttur í magnaðri svörun til hlýnunar og kólnunar ísalda er t.d. hafís- og jöklamyndanir, en þeir þættir minnka og auka endurkast frá sólinni út úr lofthjúpnum.
Skammtímasveiflur í loftslagi/veðri
Áður er en farið yfir skammtímasveiflur í loftslagi, þá er rétt að geta að það er munur á loftslagi og veðri:
Loftslag er í raun tölfræðilegar upplýsingar á bak við hitastig, raka, loftþrýsting, vindstyrk, regn, efnasamsetningu lofthjúpsins og ýmsir aðrir veðurfræðilegir þættir á ákveðnu svæði yfir langt tímabil. Loftslag er því ekki veður, sem er gildi fyrrnefndra veðurfræðilegra þátta á ákveðnum stað og tíma.
Hitastig síðustu 1800 ár fyrir norðurhvel jarðar. Rauða línan sínar beinar mælingar en ýmsar óbeinar mælingar í ýmsum litum.
Hér fyrir ofan var minnst á langtímabreytingar af völdum sólarinnar, en einnig eru skammtímasveiflur í sólinni sem hafa áhrif á loftslag til skamms tíma, t.d. sólblettasveiflur og útgeislun sólar (sjá Sólin). Þessar sveiflur eru ekki miklar alla jafna, en þó er talið að lágmark í sólblettasveiflunni Maunder lágmarkið (e. Maunder Minimum – niðursveifla í sólblettum sem stóð frá árinu 1645-1715) hafi átt töluverðan þátt í að viðhalda litlu ísöldinni (e. Little Ice Age – kuldatímabil sem varð frá sirka 14. öld, sumir segja 17. öld og fram til sirka 1850) .
Maunder lágmarkið frá 1645-1715. Sólblettasveiflur síðustu 400 ára.
Eins og sést á myndinni, þá er niðursveifla í sólblettum í gangi núna. Því þykir ljóst að sú hækkun sem orðið hefur á hitastigi jarðar eftir 1950 er ekki af völdum sólblettasveifla.
Breytileiki í hafinu, þ.e. sjávarstraumar sem knúnir eru af mismunandi sjávarhita og hafa áhrif á loftslag eru nokkur t.d. El Niño–Southern Oscillation (ENSO) og Pacific Decadal Oscillation (PDO), einnig Norðuratlantshafsstraumurinn og fleiri. Þau áhrif er þó varla hægt að kalla loftslagsbreytingar, heldur frekar flökt eða breytileiki í loftslagi, þar sem þau hafa áhrif í stuttan tíma (nokkur ár til áratuga breytileiki), en þau dreifa hita um jarðkúluna og eru því mikilvæg yfir langan tíma (til kólnunar og hlýnunar), þar sem þau hafa áhrif á ferli sem geta valdið magnandi svörun TENGILL.
Hitastig jarðar mælt með gervihnöttum frá 1975 til ársins í ár. Takið eftir uppsveiflunni árið 1998 af völdum El Nino og niðursveiflunni eftir 1991 af völdum eldgossins í Mount Pinatubo.
Stór eldgosgeta valdið snöggum breytingum í stuttan tíma og þá til kólnunar (ár eða nokkur ár), t.d. eldgosið í Mount Pinatubo árið 1991 sem lækkaði hitastig jarðar tímabundið um sirka 0,4°C . Þau tímabil í jarðsögunni þar sem eldvirkni hefur verið mun meiri en nú, hafa þó getað valdið töluverðri kólnun þann tíma. Þess lags eldvirkni verður þó einungis nokkrum sinnum á hverjum hundrað milljón árum og veldur gríðarlegum loftslagsbreytingum í milljónir ára með tilheyrandi útdauða lífvera. Eldfjöll gefa frá sér CO2 í nokkuð miklu magni en það er þó einungis 1/130 af því sem menn losa á ári eins og staðan er í dag.
Það sama má segja um stóra loftsteina og halastjörnur sem lenda á jörðinni. Slíkir árekstrar valda miklum breytingum yfir stuttan tíma jarðsögulega séð og geta því valdið útdauða dýra í miklu magni, t.d. er talið að loftsteinn sem lenti á Mexíkó fyrir um 65 milljónum ára hafi átt töluverðan þátt í því að risaeðlurnar dóu út (aðrar kenningar eru til um þann útdauða en við ætlum ekki út í þá sálma hér).
Kenningin um loftslagsbreytingar af mannavöldum
Eins og sést af ofangreindri upptalningu á áhrifavöldum loftslagsbreytinga þá er margt sem hefur áhrif á loftslag. Undanfarna áratugi hefur breytingin þó verið óvenju hröð og lítið tengd þeim náttúrulegu ferlum sem þekktir eru, þó vissulega séu tímabundnar sveiflur, tengdar virkni sólar, El Nino og eldvirkni svo dæmi séu tekin.
Hitastig jarðar frá því mælingar hófust.
Það er nú talið nokkuð víst að núverandi breytingar í loftslagi jarðar sé af mannavöldum (sjá kaflann um Grunnatriði kenningunnar).
Það skal á það bent að auki, að þrátt fyrir að hitastig fyrr í jarðsögunni hafi oft verið hærra en það er nú, þá eru bara um 200 þúsund ár síðan maðurinn (homo sapiens) gekk fyrst um lendur Austur-Afríku og það eru einungis nokkur þúsund ár síðan siðmenningin varð til. Því hefur samfélag manna aldrei upplifað aðrar eins breytingar og nú eru byrjaðar, né þær sem mögulega eru í vændum.
Mynd 1: Mælt hnattrænt hitafrávik (svart, frá Hadley Centre, GISS og NCDC) ásamt spá um hitafrávik samanborið við tímabilið 1971-2000. Fyrri spár frá 1960, 1965, …, 2005 eru sýndar sem hvítar línur með rauðum skugga sem sýnir hvar 90% líkur er á að mæld gildi falli. Nýjasta spáin (blátt) byrjar í nóvember 2012.
Í þessari spá er gert ráð fyrir minni ákafa í hlýnunni á næstu árum en spáð hefur verið undanfarið. Sem dæmi þá var spáin ögn hærri sem gefin var út í desember 2011. Breska Veðurstofan bendir á að samkvæmt báðum spám megi búast við hitastig sem verði nálægt því að slá met á næstu árum, hins vegar er munurinn á milli þessara spáa aukin þekking á staðbundnum sveiflum í yfirborðshita sjávar, á nokkrum stöðum m.a. í Kyrrahafinu, þótt aðrir þættir spili inn í.
Í kjölfarið birtust yfirlýsingar og umfjallanir í bresku pressunni, um að Breska veðurstofan væri búin að “viðurkenna” að hin hnattræna hlýnun af mannavöldum væri hætt. Þær umfjallanir höfðu að engu eitt aðalatriðið í spánni, en þar stóð (lauslega þýtt):
“Spá þessi er um áframhaldandi hnattræna hlýnun, sem er að mestu leiti knúin áfram af styrkaukningu á gróðurhúsalofttegundum”
Breska veðurstofan gerir því ráð fyrir því að þeir náttúrulegu þættir sem dempað hafa yfirborðshlýnun jarðar síðastliðin áratug (La Nina fasi ENSO og minni virkni sólar sem dæmi), geti haldið áfram að dempa hnattræna hlýnun næstu fimm árin. Þrátt fyrir dempun á hinni hnattrænu hlýnun vegna náttúrulegs breytileika, þá leikur enginn vafi á því að áframhaldandi hlýnun af mannavöldum á sér stað.
Nú nýlega bjuggu snillingarnir í Skeptical Science til gott myndband þar sem útskýrt er glögglega hvaða áhrif eldvirkni (og sólvirkni) og sveiflur í La Nina/El Nino (ENSO) hefur á hnattrænt hitastig jarðar og hvað gerist ef þessi áhrif eru fjarlægð:
Eins og sést á þessu myndbandi, þá bendir ekkert til þess að hnattræn hlýnun af mannavöldum hafi hægt á sér, þó náttúrulegir þættir hafi undanfarin ár náð að dempa hlýnunina. Þegar sú dempun gengur til baka er næsta víst að við taka óvenjuheit ár.
Miðaldahlýnunin hefur oft á tíðum (sérstaklega á bloggsíðum “efasemdamanna”) verið sögð hlýrri en þau hlýindi sem við upplifum í dag og reynt er að spinna út frá því einhvern spuna um hvað það þýðir varðandi núverandi hlýnun (til að mynda spurningar um hvort eitthvað sérstakt sé í gangi?). Stundum hafa flökkusögur um hina meintu mjög svo hlýju miðaldahlýnun farið af stað í bloggheimum (meðal annars hér á landi) og stundum átt uppruna sinn í tilbúning sem finnst víða um veraldarnetið og er erfitt fyrir almenna lesendur að flokka frá staðreyndum. Stundum er skrifað um þessi mál með huga afneitunar á loftslagsvísindum og þá virðist auðvelt fyrir “efasemdamenn” að finna tilbúning sem passar við málatilbúnað þeirra (til að mynda heimildir sem notaðar eru hér) – enda er nóg til af innihalds rýru efni á netinu (prófið bara að gúgla “global warming hoax”). Í eftirfarandi myndbandi er farið yfir staðreyndir og tilbúning varðandi miðaldahlýnunina, enn ein fróðleg greining frá Potholer54 um loftslagsmál út frá vísindalegri nálgun.
Eftirfarandi lýsing á myndbandinu er gerð af Potholer sjálfum (lausleg þýðing – sjá má textann á ensku með því að skoða myndbandið á youtube.com):
Í eftirfarandi myndbandi eru skoðaðar vísindalegar rannsóknir til að finna svarið við þremur grundvallar spurningum: 1) Var miðaldarhlýnunin hnattræn? 2) Voru miðaldarhlýindin hlýrri en í dag? 3) Og hvað þýðir það hvort sem er? Ég kanna ýmsar upphrópanir af veraldarvefnum varðandi hokkíkylfuna ásamt ýmsum mýtum og mistúlkunum varðandi miðaldahlýnunina sem þrífast á veraldarvefnum. Heimildir mínar fyrir mýtunum og tilbúninginum eru blogg og myndbönd af veraldarvefnum; heimildir mínar fyrir staðreyndunum eru vísindalegar.
Sjón er sögu ríkari, verði ykkur að góðu.
Tengt efni á loftslag.is:
Miðaldaverkefnið – umfjöllun af loftslag.is um eina heimild efasemdamanna varðandi miðaldahlýnunina
Ef skoðaðar eru nokkrar nýlegar rannsóknir þar sem notaðar eru ýmsar mismunandi aðferðir til að meta hversu stór hlutur hinnar hnattrænu hlýnunnar er af völdum náttúrulegra áhrifaþátta og hversu stór hluti er af mannavöldum, þá kemur ýmislegt áhugavert í ljós. Hér verður farið yfir niðurstöður þessarra rannsókna til að sjá hvað vísindamenn og gögn þeirra hafa að segja okkur um hvað það er sem er að valda hinni hnattrænu hlýnun.
Allar þessar rannsóknir, sem beita mismunandi aðferðum og nálgunum, gefa góðar vísbendingar um að það séu menn sem eru að valda hinni hnattrænu hlýnun á síðustu öld og þá sérstaklega á síðustu 50 til 65 árum (mynd 1).
Mynd 1: Heildar hlutur manna og náttúrunnar í hinni hnattrænu hlýnun sem orðið hefur síðastliðin 50-65 ár, samkævmt Tett o.fl. 2000 (T00, dökkblátt), Meehl o.fl. 2004 (M04, rauður), Stone o.fl. 2007 (S07, grænn), Lean og Rind 2008 (LR08, fjólublár), Huber og Knutti 2011 (HK11, ljósblár), og Gillett o.fl. 2012 (G12, appelsínugulur). Smelltu á mynd til að stækka.
Athugið að tölur í þessu yfirliti er besta mat úr hverri grein. Til einföldunar er skekkjumörkum sleppt, en tenglar eru í hverja grein fyrir þá sem vilja kynna sér málið nánar, neðst á síðunni.
Hverjir eru helstu áhrifaþættir á hitastig jarðar?
Flestar þær greinar sem fjalla um áhrifaþætti á hitastig jarðar, fjalla um gróðurhúsalofttegundir, sólvirkni, eldvirkni, örðulosun af mannavöldum og El Nino sveifluna enda eru þetta þeir þættir sem ráða hve mestu um hitastig á hverjum tíma.
Eins og þekkt er, þá veldur losun manna á gróðurhúsalofttegundum (GHG) því að hiti jarðar eykst samfara auknum styrk gróðurhúsalofttegunda í andrúmsloftinu – hin auknu gróðurhúsaáhrif.
Sólvirkni hitar eða kælir jörðina eftir því hvort inngeislun frá sólinni inn í lofthjúp jarðar eykst eða minnkar.
Eldvirkni getur valdið skammtímakólnun á jörðinni með því að þeyta súlfat örðum (e. sulfate aerosols) út í andrúmsloftið, en mikið magn þeirra í efri lögum lofthjúpsins dregur úr inngeislun sólarljóss og minnkar magn þess sem nær yfirborði jarðar. Þannig örður eru ekki langlífar og skolast úr andrúmsloftinu á 1-2 árum. Því hefur eldvirkni yfirleitt bara skammtímaáhrif á hitastig, nema það komi tímabil þar sem eldvirkni er annað hvort óvenjuulega mikil eða lítil.
Örðulosun af mannavöldum -mest brennisteins díoxíð (SO2) – hefur einnig tilhneigingu til að kæla jörðina. Aðal munurinn á henni og eldvirkni er það menn eru stöðugt að losa mikið magn arða út í andrúmsloftið með því að brenna jarðefnaeldsneyti. Því er í raun um langtímaáhrif að ræða á hitastig – svo lengi sem menn halda áfram losuninni. Örður frá mönnum eru þó mismunandi og valda mismunandi áhrifum (draga úr sólarljósi, hjálpa til við skýjamyndun og valda gróðurhúsaáhrifum). Áhrif arða á loftslag er einn stærsti óvissuþátturinn í loftslagsfræðum.
El Nino sveiflan (ENSO) er náttúruleg sveifla í yfirborðshita sjávar í Kyrrahafinu, sem sveiflast á milli El Nino og La Nina fasa. El Nino fasinn færir hita frá sjónum og upp í andrúmsloftið. La Nina virkar síðan á hinn vegin. Nokkrar rannsóknir hafa verið gerðar á hvort ENSO hefur langtímaáhrif á hnattrænan hita. Þar sem um er að ræða sveiflu, þá er talið að langtímaáhrif séu lítil og að La Nina fasinn verki á móti El Nino.
Það eru aðrir áhrifaþættir, en gróðurhúsalofttegundir og SO2 eru stærstu mannlegu þættirnir. Sólvirkni, eldvirkni og ENSO eru stærstu náttúrulegu þættirnir sem virka á hnattrænan hita. Við skulum skoða hvað fræðimenn segja um hlutfallsleg áhrif hvers þáttar fyrir sig.
Tett o.fl. (2000)
Tett o.fl. (2000)notuðu aðferð þar sem mismunandi gögnum er hlaðin inn í loftslagslíkön og greint hvernig þau passa best við hin eiginlegu gögn (aðferðin heitir á ensku optimal detection methodology). Inn í líkanið fóru mælingar á gróðurhúsalofttegundum, örður vegna eldvirkni, sólvirkni, örður af mannavöldum og breytingar í ósóni (óson er einnig gróðurhúsalofttegund).
Líkan þetta var borið saman við hnattrænan yfirborðshita frá 1897-1997. Í heildina þá náði líkanið að líkja nokkuð vel eftir hinni hnattrænnu hlýnun yfir allt tímabilið; hins vegar vanmat líkanið hlýnunina frá 1897-1947 og ofmat hlýnunina frá 1947-1997. Fyrir vikið þá er heildarsumma hlýnunar af manna- og náttúrunnar völdum meira en 100 %, fyrir síðustu 50 ár rannsóknarinnar (sjá dökkblátt á mynd 1), þar sem hlýnunin var í raun minni en líkanið sagði til um. Fyrir bæði 50 og 100 ára tímabilin, þá mátu Tett og félagar það þannig að náttúrulegir þættir hefðu haft smávægileg kælandi áhrif og þar með að mannlegir þættir hlýnunarinnar hefðu haft meira en 100 % áhrif á hlýnunina fyrir þau tímabil.
Meehl o.fl. (2004)
Meehl o.fl. 2004 notuðu svipaða nálgun og Tett o.fl. Þeir keyrðu loftslagslíkön með mismunandi gildum á þeim þáttum sem hafa hvað mest áhrif á hnattrænana hita (gróðurhúsalofttegundir, sólvirkni, örður vegna eldvirkni, örður frá mönnum og ósón), sem var svo borið saman við hitagögn frá 1890-2000. Þeirra niðurstaða var að náttúrulegir þættir stjórnuðu að mestu hlýnuninni milli 1910-1940, en gætu ekki útskýrt þá hlýnun sem varð eftir miðja síðustu öld.
Samkvæmt mati Meehl o.fl. þá var um 80 % af hinni hnattrænu hlýnun milli 1890 og 2000 af völdum manna. Síðustu 50 ár ransóknarinnar (1950-2000) þá hefðu náttúrulegir þættir einir og sér valdið heildar kólnun og því er niðurstaðan svipuð og hjá Tett o.fl. að meira en 100 % hlýnunarinnar var af mannavöldum. Síðastliðin 25 ár var hlýnununin nær eingöngu af mannavöldum samkvæmt þeirra mati.
Stone o.fl. (2007)
Stone o.fl.sendu frá sér tvær greinar árið 2007. Fyrri greinin greindi frá niðurstöðu 62 keyrsla á loftslagslíkönum fyrir tímabilið 1940-2080. Þessar hermanir byggðu á mælingum gróðurhúsalofttegunda, örðum eldgosa, örðum frá mönnum og sólvirkni frá 1940-2005. Að auki notuðu þeir spár um framtíðarlosun til að skoða mögulega framtíðar hlýnun jarðar. Með líkanakeyrslu á orkujafnvægi fékkst mat á viðbrögðum loftslagsins við breytingu hvers þáttar. Á þessu rúmlega 60 ára tímabili, þá mátu Stone o.fl. að nálægt 100 % af hlýnuninni væri af mannavöldum og að náttúrulegir þættir hefðu í heildina kælandi áhrif.
Seinni rannsókn Stone o.fl. 2007 uppfærði niðurstöður sem komu úr fyrri rannsókninni með því að nota fleiri loftlsagslíkön og uppförð gögn – auk þess að skoða tímabilið 1901-2005. Fyrir allt það tímabil mátu Stone o.fl. að helmingur hlýnunarinnar væri náttúruleg og helmingur af mannavöldum. Gróðurhúsalofttegundir jukust nægilega mikið til að auka hitann um 100 % – en á móti kom að kælandi áhrif arða af mannavöldum minnkaði hlut manna um helming. Sólvirkni olli 37 % og eldvirkni 13 % af hlýnuninni fyrir þetta tímabil samkvæmt Stone o.fl.
Lean og Rind (2008)
Lean og Rind 2008fetuðu aðrar slóðir, en þeir notuðu útfærslu á línulegri aðhvarfsgreiningu (e. multiple linear regression analysis) í sinni rannsókn. Lean og Rind notuðu mælingar á sólvirkni, eldvirkni og mannlegum þáttum, auk ENSO og notuðu tölfræðilega aðferð við að tengja það við hnattrænar hitamælingar. Með því að greina hvað er afgangs eftir að búið er að taka út mismunandi þætti, þá sést hvaða þættir eru áhrifamestir.
Sú greining var gerð yfir mismunandi tímabil og yfir tímabilið 1889-2006 þá mátu höfundar að menn hefðu valdið um 80 % af mældri hlýnun þess tímabils, á meðan náttúrulegir þættir ullu um 12 %. Eins og áður þá er samtalan ekki nákvæmlega 100 % meðal annars vegna þess að ekki eru skoðaðir allir mögulegir og ómögulegir þættir sem geta haft áhrif á hnattrænan hita. Frá 1955-2005 og 1979-2005, þá mátu höfundar sem svo að menn hefðu valdið nálægt 100 % af mælanlegri hlýnun.
Stott o.fl. (2010)
Stott o.fl. notuðu aðra nálgun en Lean og Rind. Þeir notuðu línulega aðhvarfsgreiningu til að staðfesta niðurstöður úr fimm mismunandi loftslaglíkönum. Reiknaðir voru hallastuðlar (e. regression coefficients) fyrir gróðurhúsalofttegundir, aðra mannlega þætti (örður t.d.) og náttúrulega þætti (sólvirkni og eldvirkni) og mátu þeir hversu mikla hlýnun hver þáttur hefði valdið á síðustu öld. Meðaltal þessarra fimm líkana sýndu að mannlegir þættir ollu samtals um 86 % af mælanlegri hlýnun og þar af gróðurhúsalofttegundir um 138 %. Lítil hlýnun fannst vegna náttúrulegra þátta.
Stott o.fl. staðfestu einnig niðurstöðuna með því að skoða hvað ýmsar rannsóknir hafa að segja um svæðisbundið loftslag. Þar kom í ljós að vart hefur verið við loftslagsbreytingar af mannavöldum í hitabreytingum staðbundið, úrkomubreytingum, rakastigi andrúmsloftsins, þurrkum, minnkandi hafís, hitabylgjum, sjávarhita og seltubreytingum, auk annarra svæðisbundna breytinga.
Huber og Knutti (2011)
Huber og Knutti 2011notuðu áhugaverða nálgun í sinni rannókn, en þar notuðu þeir regluna um varðveislu orku fyrir heildar orkubúskap jarðar til að áætla hversu stóran þátt mismunandi þættir höfðu áhrif á hlýnunina milli árana 1850 og 1950 fram til ársins 2000. Huber og Knutti notuðu áætlaða aukningu í heildarhita jarðar frá árinu 1850 og reiknuðu út hversu mikið sú aukning var vegna áætlaðra breytinga í geislunarálagi. Þeirri aukningu skiptu þeir síðan milli þeirrar aukingar sem orðið hefur á hitainnihaldi sjávar og útgeislunar frá jörðu. Meira en 85% af hnattrænum hita hefur farið í að hita úthöfin þannig að með því að taka þau gögn með þá varð rannsókn þeirra sérstaklega sterk.
Huber og Knutti mátu það þannig að frá 1850 hafi 75 % hitaaukningarinnar verið af mannavöldum og að frá 1950 hafi hlýnunin af mannavöldum verið um 100 %.
Foster og Rahmstorf (2011)
Foster Rahmstorf (2011) notuðu svipaða tölfræðilega nálgun og Lean og Rind (2008). Aðalmunurinn er að Foster og Rahmstorf skoðuðu fimm mismunandi hitagaögn, þar á meðal gervihnattagögn og greindu gögn frá árunum 1979-2010 (eða eins langt aftur og gervihnattagögn ná). Þeir skoðuðu þá þrjá helstu náttúrulega þætti sem hafa hvað mest áhrif á hnattrænt hitastig – sólvirkni, eldvirkni og ENSO. Þeir þættir sem hafa hvað mest áhrif á hnattrænt hitastig eftir að þessir þættir hafa verið síjaðir í burtu – eru af mannavöldum.
Með því að skoða hitastig frá Hadlay miðstöðinni (British Hadley Centre) og er mikið notað í svona rannsóknum, þá fundu Foster og Rahmstorf það út að hinir þrír náttúrulegu þættir sem notaðir eru í rannsókninni valda heildar kólnunaráhrif á tímabilinu 1979-2010. Afgangurinn er að mestu leiti hlýnun af mannavöldum og því rúmlega 100 % af hlýnuninni fyrir þetta tímabil.
Einn lykilþátturinn í því að gera svona rannsókn sterka er að hér er ekki gerður greinarmunur á hinum mismunandi áhrifaþáttum frá sólu. Öll áhrif frá sólu (bein og óbein) sem sýna fylgni við virkni sólar (sólvirkni, geimgeislar, útfjólublátt ljós o.sv.frv.) koma fram í línulegri aðhvarfsgreiningunni. Bæði Lean og Rind annars vegar og Foster og Rahmstorf hins vegar drógu þá ályktun að virkni sólar hefði spilað litlla rullu í hinni hnattrænu hlýnun undanfarna áratugi.
Gillett o.fl. (2012)
Líkt og Stott o.fl. 2010, þá notuðu Gillett o.fl. línulega aðhvarfsgreiningu með loftslagslíkani – nánar tiltekið var notað líkan af annarri kynslóð frá Kanada (CanESM2). Notuð voru gögn fyrir losun gróðurhúsalofttegunda og losun arða. Einnig voru skoðaðar breytingar á landnotkun, sólvirkni, ósoni og örðumyndun vegna eldvirkni. Mismunandi þættir voru settir saman undir flokkana ‘náttúrulegir’, ‘gróðurhúsalofttegundir’ og ‘annað’. Skoðaðir voru þessir þættir á þremur mismunandi tímabilum: 1851-2010, 1951-2000 og 1961-2010. Ef skoðuð eru meðaltöl seinni tímabilanna og reiknað með að þátturinn ‘annað’ sé örður af mannavöldum, þá kemur í ljós að hlýnun af mannavöldum er meiri en 100 % fyrir þau tímabil.
Hlýnun af mannavöldum
Fyrrnefndar rannsóknir eru ólíkar innbyrðis og nota mismunandi aðferðir og nálganir – samt eru þær mjög samhljóða. Niðurstaða allra rannsóknanna var sú að þegar skoðuð eru síðastliðin 100-150 ár, þá er hlýnunin af völdum manna að minnta kosti 50 % og flestar rannsóknirnar benda til þess að hlýnunin af mannavöldum fyrir þetta tímabil sé milli 75 og 90 % (mynd 2). Síðastliðin 25-65 ár, þá sýna fyrrnefndar rannsóknir enn fremur að hlýnunin af mannavöldum er að lágmarki 98 % og flestar benda til þess að menn hafi valdið töluvert yfir 100 % af þeirri hlýnun sem mælingar sýna – þar sem náttúrulegir þættir hafa haft kælandi áhrif á móti, undanfarna áratugi (myndir 3 og 4).
Að auki, þá kom í ljós í öllum rannsóknunum og öllum tímabilum að stærstu áhrifaþættir hnattræns hita eru þeir sem eru af mannavöldum: (1) Gróðurhúsalofttegundir, og (2) örðulosun af mannavöldum. Það lítur í raun ekki vel út, því ef við hreinsum útblástur og minnkum örðulosun, þá munu kælandi áhrif þess minnka og afhjúpa hina undirliggjandi hlýnun sem er vegna losunar gróðurhúsalofttegunda af mannavöldum. Athugið að rannsóknirnar skoðuðu ekki allar sömu áhrifaþættina – sem veldur því að það virðist vanta sumar súlur í súluritunum á myndum 2-4.
Mynd 2: Prósentuhluti áhrifaþátta á hnattræna hlýnun síðastliðin 100-150 ár, samkvæmt Tett o.fl. 2000 (T00, dökk blár), Meehl o.fl. 2004 (M04, rauður), Stone o.fl. 2007 (S07, grænn), Lean og Rind 2008 (LR08, fjólublár), Stott o.fl. 2010 (S10, grár), Huber og Knutti 2011 (HK11, ljósblár) og svo Gillett o.fl. 2012 (G12, appelsínugulur). Smelltu á mynd til að stækka.
Mynd 3: Prósentuhluti áhrifaþátta á hnattræna hlýnun síðastliðin 50-65 ár samkæmt Tett o.fl. 2000 (T00, dökk blár), Meehl o.fl. 2004 (M04, rauður), Stone o.fl. 2007 (S07, grænn), Lean og Rind 2008 (LR08, fjólublár), Huber og Knutti 2011 (HK11, ljósblár) og svo Gillett o.fl. 2012 (G12, appelsínugulur). Smelltu á mynd til að stækka.
Mynd 4: Prósentuhluti áhrifaþátta á hnattræna hlýnun síðastliðin 25-30 ár samkæmt Meehl o.fl. 2004 (M04, rauður), Lean og Rind 2008 (LR08, fjólublár) og Foster og Rahmstorf 2011 (FR11, grænn). Smelltu á mynd til að stækka.
Á milli áranna 1910 og 1940 var tímabil hlýnunnar, sem talið er að hafi að mestu verið vegna aukinnar sólvirkni og lítillar eldvirkni – auk lítilsháttar áhrifa frá mönnum. Frá miðri síðustu öld hefur sólvirknin hins vegar verið flöt og eldvirkni í meðaltali. ENSO hefur síðan engin heildaráhrif á hnattrænan hita til lengri tíma litið. Styrkur gróðurhúsalofttegunda vegna losunar manna á þeim út í andrúmsloftið hefur aukist með auknum þunga og er orðinn helsti áhrifaþátturinn í breytingum á hnattrænum hita, líkt og myndir 3 og 4 sýna.
Mismunandi aðferðir og nálganir sýna svipaða niðurstöðu: Menn eru helsti áhrifaþátturinn í breytingum á hnattrænum hita síðastliðna öld og sérstaklega síðastliðin 50 ár.
Um svipað leiti í fyrra gerðumst við nokkrir svo kræfir að spá fyrir um hvert hitastig ársins 2011 yrði samkvæmt tölum frá NASA GISS. Færslan hét Náttúrulegur breytileiki og horfur fyrir árið 2011, sjá einnig athugasemdir.
Undirritaður var í forsvari og þær pælingar voru svona:
Þegar skoðaðar eru horfur hvað varðar hitastig ársins 2011, þá kemur fljótt í ljós að ákveðið náttúrulegt bakslag er líklegt. Hitafrávikið árið 2010 var um 0,63°C samkvæmt GISS og munaði miklu um að El Nino hitti vel á árið (samanber hina 3-5 mánuða tregðu í að áhrif hitastigs komi fram hnattrænt). Að sama skapi mun La Nina hitta vel á þetta ár og er þar um að ræða sterka niðursveiflu í hitastigi, en nú er eitt sterkasta La Nina í nokkra áratugi í gangi og mun það halda áfram allavega fram á vor. Náttúruleg niðursveifla upp á hátt í -0,15°C (jafnvel meira) er því allt eins líkleg í ár af völdum La Nina.
Sólvirkni er ólíkleg til að hafa mikil áhrif á hitastig, en núverandi niðursveifla sólar heldur áfram. Ef einhver áhrif verða, þá verða þau í átt til lítils háttar hlýnunar (mögulega +0,01°C).
Óvíst er um eldvirkni, en líklega er best að reikna með því að áhrif eldgosa verði hverfandi á árinu, þá sérstaklega á hitaröð NASA GISS – en til þess að hafa teljandi áhrif, þá þyrfti á næstu vikum (eða mánuðum) að verða stórt sprengigos nálægt miðbaug Jarðar. Það verður að teljast ólíklegt en getur þó alveg gerst.
Áframhaldandi hlýnun af völdum gróðurhúsalofttegunda er talin verða +0,02°C.
Ef lagt er saman hitastig ársins 2010 (0,63°C), hlýnun jarðar vegna gróðurhúsalofttegunda (um það bil +0,02°C), sólvirkni (mögulega +0,01°C) og La Nina (allt að -0,15°C) – þá fæst um 0,51°C, en það yrði þá níunda heitasta árið samkvæmt hitaröð NASA GISS.
Hér fyrir neðan má sjá spádóma þeirra sem höfðu kjark til að setja tölur niður á blað og sammældust menn um að sigurvegarinn myndi hljóta titilinn Hnatthitaspámeistarinn árið 2011 – ekki lítill titill það.
Spádómarnir voru svona og miðað við hitafrávik samkvæmt NASA GISS:
Höskuldur Búi: 0,51°C +/- 0,02
Jón Erlingur: 0,46°C +/- 0,02
Sveinn Atli: 0,41°C +/- 0,02
Emil Hannes: 0,38°C +/- 0,02
Hitastig síðasta árs og hnatthitaspámeistarinn
Hið hnattræna hitastig varð á síðasta ári níunda heitasta frá árinu 1880, samkvæmt tölum frá NASA. Þessi öld heldur því áfram í hæstu hæðum, þar sem níu af tíu heitustu árunum hafa orðið á þessari öld. Síðasta ár, var eins og búist var við nokkuð litað af sterkri La Nina sveiflu – en hitafrávikið endaði í 0,51°C.
Hitastig frá árinu 1950, flokkað niður eftir því hvernig ENSO sveiflan var það árið. Árið í fyrra var heitasta La Nina árið á þessu tímabili.
Talnaglöggir sjá að Hnatthitaspámeistari síðasta árs er enginn annar en undirritaður (Höskuldur Búi) með nákvæmlega sömu tölu og lokaniðurstaðan varð. Óvenjulega heitt La Nina ár hefur að öllum líkindum haft nokkur áhrif á það hver varð sigurvegari, en menn spyrja sig nú hvort hin undirliggjandi hlýnun sé að aukast.
Horfur með hitastig ársins 2012
Eins og áður munum við miða við GISS hitaröðina – en athugið að þetta eru bara pælingar til skemmtunar og umræðu.
Líklegt er að hitastig 2012 verði hærra en ársins 2011. Hitafrávikið árið 2011 var um 0,51°C en kæliáhrif La Nina komu vel í ljós. Alltaf er nokkur óvissa um hvernig ENSO sveiflan hagar sér (kælandi La Nina eða hitandi El Nino). Nú er La Nina í gangi og ef reiknað er með að það gangi að einhverju leiti til baka og árið verði að mestu leiti hlutlaust í lok árs, þá má búast við að ENSO sveiflan auki hitastigið nokkuð – ég ætla hér að reikna með að það nemi um +0,05°C miðað við síðasta ár.
Sólvirkni er eitthvað á uppleið eftir mikla niðursveiflu, þó ekki í mikilli uppsveiflu. Áhrif sólvirkni er því mögulega lítil en þó einhver – kannski um +0,02°C.
Eins er með eldvirkni eins og í fyrra:
Óvíst er um eldvirkni, en líklega er best að reikna með því að áhrif eldgosa verði hverfandi á árinu, þá sérstaklega á hitaröð NASA GISS – en til þess að hafa teljandi áhrif, þá þyrfti á næstu vikum (eða mánuðum) að verða stórt sprengigos nálægt miðbaug Jarðar. Það verður að teljast ólíklegt en getur þó alveg gerst.
Ég ætla að gerast svo kræfur að bæta í hlýnunina af völdum gróðurhúsalofttegunda og veðja á að hún verði um +0,03°C.
Ef lagt er saman hitafrávik ársins 2011 (0,51°C), hlýnun jarðar vegna gróðurhúsalofttegunda (um það bil +0,03°C), sólvirkni (mögulega +0,02°C) og ENSO (kannski +0,05°C að þessu sinni), þá fæst um 0,61°C, en það yrði þá þriðja heitasta árið samkvæmt hitaröð NASA GISS. Það skal tekið fram að ef ENSO sveiflan fer á árinu upp í sterkan El Nino fasa, þá má búast heitasta árinu frá upphafi mælinga – en hér er því samt ekki spáð.
Við hvetjum hér með lesendur loftslag.is að spreyta sig í þessari skemmtilegu keppni – hver verður Hnatthitaspámeistari árið 2012
Nú um daga er vinsælt að skella sér í 3D bíó. En 3D (alla vega hugtakið 3D) er einnig komið á kort vísindamanna varðandi sólarorku. Vísindamenn við MIT (Massachusetts Institute of Technology) telja að með því að skipta út flötum sólarpanilum fyrir þrívíða uppbyggingu panilanna, þá sé hægt að ná allt að 20 sinnum meiri skilvirkni í sólarsellunum. Í tilraunum rannsakenda kom í ljós að einskonar þrívíð uppbygging á sólarsellum varð til þess að jafnvel sólarljós sem barst við minni vinkil nýttist betur og að endurspeglun í kerfinu hjálpaði til við að fanga sólarljósið. Uppbyggingin getur einnig tvöfaldað þann tíma sem hámarks afköst nást. Vísindamennirnir segja að smávægilega endurbætt kerfi með kassalaga sellum sem standa upp úr panilunum (ekki alveg 3D) geti aukið afkastagetuna um allt að 3,8 sinnum, miðað við flata panila. Þrátt fyrir að flóknari bygging leiði til dýrari panila, þá segir Marco Bernardi, einn rannsakenda, að aukin afkastageta vinni upp á móti þeim kostnaði.
