Jorden sett fra verdensrommet

drivhuseffekten

Drivhuseffekten

Drivhusgassene slipper gjennom den kortbølgete strålingen fra Solen, men fanger opp den langbølgete varmestrålingen fra Jorden.

Drivhuseffekten

Drivhuseffekten gir levelige temperaturforhold på Jorden.

Når vi bruker kull, olje og gass, slipper vi ut drivhusgasser som forsterker drivhuseffekten. Dette fører til en global oppvarming og gjør at klimaet endrer seg.

Drivhuseffekten forekommer naturlig på Jorden og andre planeter som har atmosfære. Den oppstår når drivhusgassene fanger opp varmestråling. Noe av denne varmestrålingen sendes nedover og gjør at temperaturen i lufta og ved bakken blir høyere enn den ellers ville ha vært.

Uten drivhusgassene i atmosfæren ville middeltemperaturen på Jorden ha vært så lav som minus 18 grader celsius (–18 °C). I dag er Jordens middeltemperatur omkring 15 °C.

Planeten Venus har en langt sterkere drivhuseffekt enn Jorden. Her består atmosfæren av cirka 96 prosent karbondioksid (CO₂). Drivhuseffekten fører til at overflatetemperaturen på Venus ligger så høyt som omkring 450 °C.

Prinsippene for drivhuseffekten ble første gang beskrevet av den franske fysikeren og matematikeren Joseph Fourier i 1824, da han reflekterte rundt oppdagelsen av at Jordens overflate er varmere enn det Jordens avstand fra Solen burde tilsi. Selve begrepet «drivhuseffekt» ble første gang brukt i 1907 av den engelske fysikeren John Henry Poynting.

Hvordan virker drivhuseffekten?

Naturlovene sier at alle legemer sender ut varmestråling. Denne strålingen er egentlig lys og er en ren form for energi.

Det er en sammenheng mellom temperaturen til legemet og varmestrålingen som sendes ut. Temperaturen styrer både varmestrålingens intensitet (varmetapet) og dens bølgelengde (fargen på lyset). Et eksempel er Solen som har høy temperatur og sender ut kortbølget stråling (sollyset som vi kan se med egne øyne).

Jorden har mye lavere temperatur enn solen, og sender ut varmestråling (også omtalt som infrarødt lys) som har en lengre bølgelengde enn strålingen fra Solen (og som vi ikke kan se med våre øyne).

Drivhusgassene slipper sollyset igjennom (varmestråling med kortere bølgelengde), men stopper (absorberer) den langbølgete varmestrålingen fra Jorden.

Av sollyset som Jorden mottar blir rundt 30 prosent reflektert tilbake av luft, skyer og Jordens overflate. Rundt 70 prosent av sollyset blir fanget opp (absorbert) og er med på å varme opp Jorden. Omkring 25 prosent blir absorbert i atmosfæren og 45 prosent ved bakken.

Når sollyset fanges opp av bakken, blir det omgjort til varme. Bakken gir fra seg denne varmeenergien som varmestråling til luften høyere opp, og noe av denne varmestrålingen absorberes av drivhusgassene og av skyer.

Halvparten av den absorberte strålingsenergien blir sendt tilbake mot jorden og bidrar til den økte temperaturen nær overflaten.

Ikke all varmeenergien fra bakken blir avgitt gjennom stråling. Noe av energien fører i stedet til fordampning av vann og til oppstigning av varm luft (konveksjon).

Varmetapet skjer høyere opp i atmosfæren

Varmestråling

Varmestråling ved jordens overflate (til venstre) og målt varmetap til verdensrommet fra satelitter (til høyre). Klimagasser og skyer er årsaken til mindre varmestråling ut fra atmosfæren enn fra bakken.

En annen måte å forklare drivhuseffekten på, er at atmosfærens egenskaper gjør at en planet mottar varmeenergi fra Solen i en annen høyde enn der planetens varmetap til verdensrommet skjer.

For Jorden er det slik at den mottar mest av varmeenergien fra Solen ved bakken, men avgir varme til verdensrommet i en høyde på 6,5 kilometer over bakken (et slags gjennomsnittlig høyde). Her er temperaturen i gjennomsnitt –18 °C. Det er denne temperaturen Jorden egentlig ville hatt hvis det ikke fantes drivhusgasser. Uten drivhusgassene ville varmetapet skjedd nede ved Jordens overflate.

Hvis vi observerer Jordens varmetap (infrarødt lys) fra verdensrommet, vil vi ikke se varmestrålingen ved bakken. Vi ville da sett varmestrålingen som sendes ut fra høyere luftlag. Figuren viser dette gjennom en sammenligning mellom varmestråling fra bakken (venstre; beregnet ut fra temperaturen ved to meters høyde) og varmestrålingen som satellittene måler.

Den varmestrålingen som satellittene måler, er den som Jorden slipper ut til verdensrommet (høyre). Forskjellen mellom varmestrålingen som satellittene måler, og den som bakken avgir, viser hvordan atmosfæren fanger opp varmestrålingen: varmestrålingen fra bakken (venstre) er med 250–500 watt per kvadratmeter mer intens enn jordens varmetap på 120–300 watt per kvadratmeter. Områder med høye skytopper avgir mindre varme fordi det er kaldere høyere oppe. Tørre og skyfrie ørkenområder avgir mer varme (mindre varmestråling fanges opp).

Endringer i mengden drivhusgasser

På en global skala har Jordens temperatur en nær sammenheng med mengden av drivhusgasser i atmosfæren. Dette er vist blant annet ved målinger i iskjerner som er opptil 400 000 år gamle.

I de siste tusen år før den industrielle revolusjon var det ikke så store endringer i mengden av drivhusgasser. Men i de siste to århundrene har det vært en sterk økning. Fra begynnelsen av 1700-tallet og fram til i dag, har konsentrasjonen av CO₂ i atmosfæren økt med snaut 50 prosent som følge av forbrenning av fossilt brensel og avskoging (280 ppm før den industrielle revolusjon til 418 ppm i 2022).

Det har også vært en sterk økning i konsentrasjonen av andre drivhusgasser. Konsentrasjonen av metan (CH₄) er i dag om lag 2,5 ganger høyere enn i tiden før den industrielle revolusjon. Atmosfæren er også tilført drivhusgasser som ikke forekommer naturlig, som for eksempel KFK-gasser.

Drivhusgasser

De viktigste drivhusgassene i atmosfæren er vanndamp (H₂O), karbondioksid (CO₂), metan (CH₄), lystgass (dinitrogenoksid, N₂O) og ozon (O₃).

Vanndamp står for cirka 50 prosent av drivhuseffekten på Jorden, skyer for cirka 25 prosent og CO₂ for cirka 20 prosent, ifølge publiserte resultater fra NASA. De øvrige drivhusgassene bidrar i mindre grad.

Vanndamp har størst drivhuseffekt, men den har kort levetid i atmosfæren fordi den omdannes til skyer og regner ut, noe som gjør at mengden varierer betydelig fra sted til sted.

Konsentrasjonen av vanndamp i Jordens atmosfære påvirkes ikke direkte av menneskene. Men, økt temperatur gir økt fordampning og mer vanndamp i atmosfæren, som igjen gir økt temperatur. En slik sammenheng kalles en tilbakekopling.

Drivhuseffekten er nært knyttet til vannets kretsløp gjennom måten fuktig luft stiger på (konveksjon), skydannelse, og nedbørsmønstre. Konveksjon spiller en rolle for varmestrømmen fra planetens overflate til høyere nivåer hvor den kan forsvinne ut til verdensrommet.

Andre drivhusgasser som karbondioksid, metan, lystgass og ozon har både naturlige og menneskeskapte kilder, mens drivhusgasser som klorfluorkarboner (KFK) utelukkende er menneskeskapte forbindelser.

Hvor mye hver enkelt drivhusgass bidrar til temperaturøkningen er avhengig av hvor effektivt gassen absorberer langbølget stråling fra Jorden, og hvordan dens absorberingsevne sammenfaller med andre gasser. Dessuten kommer det an på hvor mye av gassen som er til stede og hvor lenge gassene er tilstede i atmosfæren (deres såkalte levetid).

Det er stor variasjon i levetiden til drivhusgassene: fra noen måneder til 50 000 år. CO₂ har en levetid på opptil 200 år, mens metan har omkring tolv år. Metan har størst virkning på klimaet de første 20 årene etter at den er sluppet ut og før den forvandles til for eksempel CO2, mens lystgass virker mye lenger i atmosfæren.

Sammenligning av drivhusgasser

Utslipp av drivhusgasser regnes ofte om til «CO₂-ekvivalenter» ved hjelp av gassenes GWP-verdier, det vil si deres globale oppvarmingspotensial, på engelsk «Global Warming Potential». Dette angir de tilsvarende utslipp av CO₂ som gir samme oppvarmingseffekt over en valgt tidshorisont, som gjerne settes til 100 år.

CO₂ er minst effektiv som drivhusgass per kilo, men likevel er gassens bidrag til den globale oppvarmingen størst fordi mengden som slippes ut er mange ganger større enn mengden av de andre drivhusgassene.

CO₂ står for cirka 60 prosent av den menneskeskapte forsterkningen av drivhuseffekten frem til i dag.

Konsekvenser av en forsterket drivhuseffekt

Verdens klimaforskere er bekymret for at aktiviteter menneskene står bak, fører til en forsterket drivhuseffekt og en global oppvarming.

Klimafølsomheten

Klimafølsomheten, definert som økningen i temperatur hvis CO₂-konsentrasjonen dobles, har hatt et ganske robust estimat på cirka 2,0–3,0 °C siden Charney-rapporten fra 1979 (se ekstern lenke – Carbon Dioxide and Climate).

Konsekvenser av en økt drivhuseffekt

Den forsterkede drivhuseffekten, med tilhørende temperaturstigning, representerer en langsiktig og alvorlig utfordring som det er svært vanskelig å bedømme de fulle konsekvensene av.

Drivhuseffekten og vannets kretsløp er knyttet sammen gjennom fordamping, konveksjon, skyer og nedbør, noe som betyr at en økt drivhuseffekt også vil skape endringer i nedbørsmønstrene. Det finnes en rekke forsterkende og dempende tilbakekoblingsmekanismer i klimasystemet, og hvordan disse vil reagere på en forsterket drivhuseffekt og oppvarming, i tillegg til hvordan de fanges opp av klimamodellene, utgjør et vesentlig usikkerhetsmoment i vurderingen av klimaet på Jorden i framtida.

Les mer i Store norske leksikon

Eksterne lenker

Kommentarer (11)

skrev Malin Pedersen

Hvordan påvirker forbrenning av fossilebrensler drivhuseffekten? (er det mulig med en enkel forklaring? :) hilsen jente, 15 år)

svarte Matthias Sund Askerud

når man brenner fossile stoffer slippes det ut CO2 som reflekter sollyset tilbake til jorden flere ganger. tenk på det som i et drivhus. først slippes sollyset inn og varmer opp planter før det reflekteres tilbake. glasset reflekterer varmen ned på plantene igjen. denne prosessen kjer frem til sollyset kommer seg ut. Med mer glass reflekteres mer sollys inn igjen og drivhuset blir varmere enn normalt.

skrev Matthias Sund Askerud

når startet drivhuseffekten? jeg lurer også på hvor lenge drivhusgassene har vært her. trenger for og få 6 på prøve. lurer også på en bedre beskrivelse enn wikipedia om hvordan jordbanen, hellingen på jorda i forhold til sola forandrer klima i verden.

svarte Meteorologisk institutt

Hei Matthias. Drivhuseffekten har vært på jorden veldig lenge, helt siden jorden fikk en atmosfære. Vi finner drivhuseffekten også på mange andre planeter. Den oppstår naturlig på grunn av flere ulike drivhusgasser som CO2 og vanndamp. Disse gassene fanger stopper noe av den varmen som planetenes overflate sender fra seg. Det gjør at atmofæren blir varmere enn hvis det ikke hadde vært en drivhuseffekt. Men også atmosfæren gir fra seg varme. Denne varmen forsvinner ut i verdensrommet. Klimaendringer og en global oppvarming skjer når drivhuseffekten blir sterkere fordi det blir mer drivhusgasser i atmosfæren (CO2). Den globale oppvarmingen startet rundt den industrielle revolusjonen på 18oo-tallet fordi man da begynte å brenne mye kull. Jordens klima påvirkes av flere ting, og vi ser at både drivhusgasser og hvor mye sollys som treffer jorden har en betydning. Jordbanen og hellningen påvirker hvordan sollyset gir energi til jorden.

skrev Sofie Græe

Hvorfor bidrar avskogning til utslipp av CO2? Jeg har en stor naturfags prøve om noen uker og trenger litt hjelp!

svarte Mari Paus

Hei! Beklager at spørsmålet ditt har blitt liggende ubesvart. Du kan finne svar på dette i artikkelen om avskoging: https://snl.no/avskoging. Håper det gikk bra på prøven. Med vennlig hilsen Mari i redaksjonen.

skrev Bjarne Lier

Bakgrunn: CO2 er en drivhusgass fordi den slipper gjennom energien i sollyset til planeten vår, mens den absorberer energien i langbølget varmestråling fra jorden, og sender denne strålingen tilbake til jorden. Slik jeg forstår det, absorberer CO2 energien i 2 smale bånd. 4,3 mikrometer og 15 mikrometer bølgelengde. Spørsmål: 1. Hvor stor andel av energien til den infrarøde jordstrålingen for disse 2 bølgelengdene absorberer atmosfærens CO2 i dag? 2. Dersom CO2 fanger 100% av strålingen i disse 2 områdene, så skulle det ikke ha noen betydning om CO2 i atmosfæren øker. Selv om CO2 øker med 100% så vil ikke CO2 kunne fange mer energi enn jorden stråler ut for disse 2 båndene. Er dette resonnementet korrekt? 3. Er det andre konsekvenser ved økt CO2 som får betydning drivhuseffekten? F.eks mengden av vanndamp i atmosfæren? Bjarne Lier, Oslo

skrev Rasmus Benestad

1. Sammenhengen er komplisert, men hvis man fjernet all CO2, antyder beregninger at atmosfærens evne til å fange opp varmestrålingen ville reduseres med ca 10% (se http://www.realclimate.org/index.php/archives/2005/04/water-vapour-feedback-or-forcing/ for mer detaljert beskrivelse). 2. Nei, det er ikke så enkelt. Luften også avgir varmestråling, som igjen fanges opp av luften ovenfor. Nøkkelspørsmålet er hvor høyt over bakken man må før varmestrålingen slipper ut uten å bli fanget opp igjen av luften ovenfor. (se https://snl.no/drivhuseffekten og https://link.springer.com/article/10.1007/s00704-016-1732-y). 3. Ja, en klimaendring forbundet med økt CO2 vil starte en dominoeffekt av tilbakevirkende effekter, som f.eks. økt vanndamp og reduseret is/sne-dekke.

skrev Steinar Jakobsen

I og med at karbondioksid fanger fotoner over et smalere område enn vanndamp, og dette befinner seg i 15,0 µm-området, noe som tilsvarer varmefangst ved omkring minus 80 ° C, har jeg problemer med å forstå alle påstandene om CO2s bidrag til global oppvarming. Ved denne temperaturen er karbondioksid egentlig et fast stoff - tørris. Det finnes riktignok to andre frekvensområder der CO2 absorberer stråling, men disse to områdene er enda kaldere. Med andre ord kan ikke slik varmefangst forekomme her i atmosfæren vår. Bare i den bitre kalde øvre troposfæren (der jetfly flyr) der mye lavere trykk gjør at CO2 kan forbli en gass ved disse ekstreme temperaturene. Den øvre troposfæren blandes ikke med atmosfæren vår.

Lenke til bilde av strålingsspektra:

https://1.bp.blogspot.com/-Kpqt-1pxpNQ/X7u0Mf8V07I/AAAAAAAAXvU/XxojE8vjp98E0RBInGNlnK7kSb2MtlbkwCLcBGAsYHQ/w634-h640/Atmospheric_Transmission.png

En tidlig avvisning av drivhushypotesen i atmosfæren kom fra den skotske fysikeren James Clerk Maxwell (1831-1879) som viste at den atmosfæriske temperaturgradienten skyldes trykk, som skyldes jordens gravitasjonsfelt og ikke fra såkalt "radiative forcing".

https://www3.nd.edu/~powers/ame.20231/maxwell1872.pdf

I tillegg til Maxwells konklusjon forklarte den franske fysikeren Nicolas Carnot (1796-1832), den tyske fysikeren Rudolf Clausius (1822-1888) og den amerikanske fysikeren Richard Feynman (1918-1988) atmosfæretemperaturen ikke skyldes "fanget varme" på grunn av karbondioksid, men skyldes tyngdekraft, atmosfærisk masse, trykk, tetthet og varmekapasitet.

Er dette motbevist på noen måte?

svarte Rasmus Benestad

Hei. Jeg tror at du forveksler den såkalte lapse-raten med drivhuseffekten, som er to ulike forhold men likevel henger sammen.
Den lapse-raten (se https://snl.no/vertikal_temperaturgradient) forklarer hvordan temperaturen synker med høyden pga tyngdekraften og atmosfærens masse, mens drivhuseffekten beskriver hvordan varmetapet fra overflaten skjer.
Både det spektrale absorbsjonsbåndet (https://snl.no/spektralb%C3%A5nd) og den vertikale konsentrasjonen av drivhusgassene har en betydning for drivhuseffekten, og man kan bare få et nøyaktig estimat ved hjelp av detaljerte beregninger basert på strålingsmodellen MODTRAN (http://climatemodels.uchicago.edu/modtran/).

Det finnes også uavhengige indikatorer på drivhuseffekten. Et eksempel er trendanalyser av forskjellen mellom målinger varmestråling fra verdensrommet ved hjelp av satellitter og bakken. Et annet er måling av nedover-rettet varmestråling ved bakken og hvordan denne strålingen øker over tid.

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg