klimadebatten – faglige spørsmål

Jean Baptiste Joseph Fourier regnes for å være den første som innså at jordens atmosfære ga en høyere overflatetemperatur enn hva som bare kunne tilskrives planetens avstand til solen. Han var den første som, på 1820-tallet, brukte betegnelsen "drivhuseffekten".

Forutsetningen for at atmosfæren skal gi opphav til en drivhuseffekt bygger blant annet på John Dalton sin teori fra 1805 om at universet består av atomer, og Gustav Robert Kirchhoff sine studier på 1860-tallet om sammenhengen mellom temperatur og varmetap i form av varmestråling ("svart stråling").

En viktig brikke i teorien bak drivhuseffekten og jordas energibalanse, bygger på Stefan-Boltzmanns lov, som igjen baserer seg på resultatene av laboratoriestudier utført av John Tyndall på 1850-tallet. John Tyndall målte i hvilken grad gasser som vanndamp og CO₂ fanger opp varmestråling.

Svante August Arrhenius er den første som regnet på hvilken betydning endring i CO₂ har for jordens klima, og han publiserte sine funn i 1896.

En av målsetningene hans var å forklare hvordan de små endringene i jordens bane kunne skape istidene – endring i energimengden som jorda mottok ble ansett for å være for liten til å forklare så store forandringer i klimaet.

Arrhenius' beregninger baserte seg i stor grad på måleresultater, og den teoretiske forståelsen ble ikke komplett før noen tiår etter hans funn.

Max Planck regnes for å være en av pionerene bak kvantefysikken, og det er hans ligning – Plancks lov – som i detalj beskriver hvordan legemer med en gitt temperatur stråler ut varme i ulike bølgelengder.

Denne ligningen forklarer hvorfor et stykke jern først blir rødglødende når det varmes opp, og får en hvit farge ved ekstremt høy temperatur.

Ludwig Boltzmann bidro med ytterligere innsikt om forholdet mellom atomer og temperatur, og regnes for å være en pioner innen termodynamikken.

Albert Einsteins oppdagelse av fotoelektrisk effekt i 1905 regnes også som en viktig milepæl for den kvantefysiske teorien som underbygger vår forståelse av drivhuseffekten.

Det var først i 1938 at Guy S. Callendar kunne gjøre grundigere beregninger av betydningen økte CO₂-konsentrasjoner har for jordens middeltemperatur, med hjelp av økt innsikt rundt fysikken bak drivhuseffekten.

Gilbert Plass arbeidet videre med beregningene for hvordan økte konsentrasjoner av CO₂ påvirker klimaet (1956), hvor han inkluderte detaljene i CO₂ sitt absorbsjonsspektrum.

Parallelt med fremskrittene i forståelsen av fysiske lover og drivhuseffekten, har forholdet mellom solflekker og klima lenge vært et forskningstema. En rekke statistiske studier på 1800-tallet er beskrevet av Bjørn Helland-Hansen og Fridtjof Nansen (1920), og det var en vanlig oppfatning at klimaet er påvirket av solaktiviteten.

Men mange av disse studiene ga ofte resultat som senere sviktet da man fikk lengre måleserier, og over tid mistet ideen om at solflekkene i vesentlig grad skulle påvirke klimaet sin troverdighet i klimatologimiljøet. I solforskningsmiljøet, derimot, ser denne oppfatningen ut til å ha vært utbredt siden 1950-tallet.

På 1990-tallet kom spørsmålet om forbindelse mellom solaktivitet og klima mer i fokus i forskningskretsene, blant annet etter en artikkel i tidsskriftet Science av Eigil Friis-Christensen og Knud Lassen, som ble ansett som svært kontroversiell i klimatologimiljøet.

Siden publiserte den danske fysikeren Henrik Svensmark en artikkel i 1998, som antydet at kosmisk stråling kunne forårsake global oppvarming. Dette spørsmålet hadde allerede blitt diskutert i 1975 av Robert E. Dickinson, men Svensmark klarte å skape betydelig medieoppmerksomhet. Svensmark sin hypotese har senere møtt sterk motstand, blant annet fra forskere som T. Sloan og A. W. Wolfendale.

Et av problemene med hypotesen bak sammenhengen mellom kosmisk stråling og klima, er skyenes komplekse natur, mangel på fysisk forståelse, og mangelen på klare sammenhenger i måleseriene.

I 2011 ble det utført et eksperiment ved CERN, hvor man fant at ionisering forbundet med kosmisk stråling kan ha en betydning for hvordan sulfatmolekyler klumper seg sammen – det første stadiet i utviklingen av noen skydråpekjerner.

Solaktivitet kan også påvirke klima gjennom andre mekanismer, fordi solas utstråling varierer noe med solflekkene. Målingene viser også at endringene i solas utstråling øker mest i UV-delen av solas spektrum, noe som påvirker stratosfæren i større grad.

Forholdet mellom solaktivitet og klima har i det siste fått større troverdighet i klimatologiske kretser, ikke minst på grunn av banebrytende arbeid av meteorologen Karin Labitzke.

Debatten om solaktivitetens rolle for klima har delt seg i to retninger, hvor den ene dreier seg om hvorvidt solaktiviteten virkelig har en betydning for klimavariasjoner, mens den andre handler om hvorvidt den globale oppvarmingen vi nå ser er en konsekvens av endringer i solen.

Mike Lockwood og Claus Fröhlich er eksempler på forskere som mener at den globale oppvarmingen vi nå ser ikke kan forklares ut i fra endringer i sola.

Den såkalte hockeykølle-grafen ble utarbeidet av Michael Mann, Raymond S. Bradley og Malcolm K. Hughes i 1998 og i 1999, og publisert i tidsskriftet Nature.

Hockeykølle-grafen skal vise at det har skjedd en radikal, global temperaturøkning siden midten av 1900-tallet. Det har vært to ulike granskninger av dette arbeidet, én gjennomført av National Academies of Sciences (USA), og én ledet av statistikeren Edward Wegman. Wegmans gransking har i ettertid blitt beskyldt for å være et plagiat.

Hockeykølle-grafen har blitt beskyldt for å ha påvirket prosessen rundt Kyoto-protokollen, til tross for at Kyoto-protokollen ble fremforhandlet i 1997 – ett år før hockeykølle-grafen forelå. Andre påstander har gått ut på at metoden og dataene ikke har vært åpne, til tross for at de har ligget tilgjengelig på Internett.

De mest ivrige kritikerne av hockeykølle-grafen har vært Steven McIntyre og Ross McKitric, som i 2005 publiserte en artikkel i Geophysical Research Letters og et i det mindre anerkjent tidsskriftet Energy and Environment. De var opptatt av både formen til såkalte prinsipalkomponenter, betydningen av en viss tresort (Bristlecone) og metode for å måle treffsikkerhet på.

Flere av deres påstander har blitt tilbakevist i publiserte artikler: blant annet Huybers (2005), von Storch & Zorita (2005), og Wahl & Amman (2007).

Debatten dreier seg kun om den delen av kurven som er konstruert med indirekte målinger som treringer, det vil si den svarte delen av kurven i figuren. Disse skal vise hvordan temperaturen har variert de siste 1000 årene. Oppvarmingen de siste 100 årene berøres ikke av dette spørsmålet.

En kritikk av hockeykølle-grafen motstrider ikke vår kunnskap om drivhuseffekten, men berører spørsmålet om den oppvarmingen vi nå ser er eksepsjonell, eller om den ligner på tidligere variasjoner som har oppstått av naturlige årsaker.

Den opprinnelige hockeykøllen ble etterfulgt av flere tilsvarende analyser, presentert i klimapanel-rapporten fra 2007. Disse viser i grove trekk det samme, men spriker når det gjelder detaljer.

At vanndamp står for 98 prosent av varmeøkningen er en påstand det ikke finnes noen vitenskapelige publikasjoner som dokumenterer. Nye beregninger fra NASA, publisert i Science av Gavin Schmidt og hans kollegaer, tilsier at vanndamp står for ca 50 prosent, skyer ca 25 prosent og CO₂ for ca 20 prosent av drivhuseffekten.

Et annet viktig moment omhandler tidsskala. Vanndamp er del av vannets kretsløp, hvor det faller ut som regn etter kort tid (noen dager). Det er store variasjoner i atmosfærens fuktighet, både over tid og rom. Vi ser ingen klare bevis på markant økning i atmosfærens vanninnhold, på samme måte som vi ser med CO₂ (demonstrert av den såkalte Keeling-kurven).

Tidshorisonten for lagring av CO₂ i atmosfæren strekker seg opp mot 1000 år fordi det stammer fra kull, olje og gass som har vært bortgjemt i millioner av år.

Den britiske meteorologen Luke Howard oppdaget på 1800-tallet at temperaturen inne i byene hadde en tendens for å være høyere enn de omkringliggende landlige områdene. Den lokale temperaturen påvirkes av spillvarme og av endring i landskapet, det vil si hvor mye sollys landskapet absorberer, fordampning, vind-, og skyggeforhold.

Et forbehold mot analysen som viser en oppadgående tendens i den globale temperaturen er at temperaturene kan være påvirket av lokale forhold som urbane varmeøyer hvis termometrene i hovedsak er plassert i bebygde strøk, og dermed ikke gjenspeiler det globale klimaet. Ved hjelp av satellittbilder som viser hvor mye lysforurensning det er om natten har man også et bilde som viser en utstrakt grad av menneskelig aktivitet og energibruk.

Men analysene som viser en økning av global middeltemperatur tar høyde for den urbane varmeøyen, og disse sammenligner også urbane og landlige målinger for å anslå virkningen, som anses for å være liten.

Observasjonene tyder dessuten på stor oppvarming i områder langt fra sivilisasjonen (Arktis og Sibir), og havene blir varmere. Isbreer og innlandsiser smelter, og havisen trekker seg tilbake.

The National Climatic Data Center i Storbritannia har samlet og gir en oversikt over en rekke uavhengige indikatorer som tyder på at det globale klimaet er i endring på sin hjemmeside.

Meteorologen og fysikeren Richard Lindzen og enkelte av hans kollegaer mener at klimaets følsomhet overfor klimagassene er liten. Et av argumentene hans sentrerer seg rundt den såkalte "iriseffekten", som involverer vanndamp og skyer i høyere luftlag. Lindzen mener at iriseffekten virker som en slags termostat, og at en oppvarming gir færre skyer i høyere luftlag, som igjen motvirker økt drivhuseffekt.

Iriseffekten får imidlertid liten støtte i fagmiljøet.

Alle i klimadebatten er enige om at klimaet alltid har vært i endring. Fysikkens lover tilsier at det alltid er en årsak bak disse endringene, enten det er endringer i solaktiviteten, vulkaner, jordas bane rundt sola (istid), eller interne omstillinger i atmosfæren og havene.

Klimasystemet er også komplisert, og flere forhold i atmosfæren og havene er med på å forsterke eller svekke effekten av de ytre pådriv gjennom tilbakekoblingsmekanismer. Tilbakekobling vil si at en klimaendring har konsekvenser som igjen påvirker klimaet.

Det er også vanlig at kompliserte systemer med forsterkende mekanismer har en tendens til å skape svinginger (typisk for elektroniske kretsløp), mens systemer som domineres av bremsende tilbakekoblingsmekanismer har en rolig og stabil tilstand. Det er karakteristisk for jordas klima at det er systemer som svinger (et eksempel er ekstreme værfenomen som El Niño).

Et annet faktum er at jorda allerede har en naturlig drivhuseffekt som gjør at jordas overflate er omtrent 30 °C varmere enn det avstanden til sola skulle tilsi. Månen derimot har ingen atmosfære, og her varierer temperaturen fra -170 til 100 °C. Venus har en overflate som er varmere enn Merkur, til tross for at den er omtrent dobbelt så langt borte fra sola og mer lyssterk.

Dersom jorda hadde startet uten noen atmosfære, og den hadde utviklet seg til dagens tilstand over tid, vil det si at endringen i klimagassene (hovedsaklig vanndamp, CO₂, og metan), samt endringer i jordens overflate (vegetasjon), har skapt en temperaturøkning på rundt 30 °C.

Påstanden om at atmosfæren er mettet er beslektet med argumentet om lav klimafølsomhet diskutert ovenfor og kan beskrives som direkte feilaktig.

Årsaken til feilslutningen er at varmestråling kan absorberes flere ganger før den slipper ut i verdensrommet, en prosess forklart på blant annet bloggen RealClimate.

På 1970-tallet brukte man enkle modeller (såkalte radiative-convective models) for å beskrive dette. Nå er klimamodellene langt mer avanserte og kompliserte, slik at sammenhengene som påstanden om en mettet atmosfære baserer seg på ikke framstår som like entydige.

Antagelsen om at den oppvarmingen vi nå ser er skapt av naturlige årsaker, slår ihjel argumentet om at klimafølsomheten er lav.

Naturlige årsaker som påvirker klimaet er ingen motsetning overfor menneskeskapte klimagasser. Vi vet at konsentrasjonene av klimagasser har økt fra rundt 280 ppm under pre-industriell tid til ca 390 ppm i 2011 – basert på en rekke ulike målinger.

Vi vet også at CO₂ er en drivhusgass. Dette kan utledes direkte av utregninger av CO₂-konsentrasjoner i atmosfæren, hvor man bruker infrarøde gassanalysatorer for å måle hvor mye infrarødt lys som absorberes av luftprøver.

Argumentet om at andre planeter skal spille en rolle for klimaet har liten tilslutning, og det finnes ingen troverdig forklaringsmodell på hvordan planetene skal kunne påvirke klimaet, eller overbevisende analyser av måledata.

Et unntak kan være månen, som skaper tidevann, som igjen påvirker blandingsprosesser i havene – ved kyststrøk og ved havbunnen. Men antakelsene om at månen eller planetene er en betydelig andel av årsaken til global oppvarming har ikke blitt testet på uavhengige data.

Påstander om at havstrømmer, slik som Pacific Decadal Oscillation (PDO), er årsaken til den globale oppvarmingen har mange likheter med at temperaturen er høyere under en El Niño. Både El Niño og PDO er en del av selve klimasystemet hvor havstrømmer omfordeler jordens varmeenergi. Når det skjer vil man se at varmen har flyttet på seg. Men det er ingen tegn på at det er blitt kaldere under havoverflaten.

Et tilsvarende problem finnes med argumentet om at solaktiviteten skal være årsaken til oppvarmingen. Det har ikke vært noen langsiktig endring i solaktivitetsnivået siden 1950-tallet, og det er heller ingen trend i kosmisk stråling, vist blant annet i en gjennomgang av Benestad i 2005. Når det gjelder skyene, er ikke måledataene gode nok til å gi noe klart svar.

Påstanden om at den globale oppvarmingen har stoppet baserer seg på temperaturanalysen fra Hadleysenteret og Climate Research Unit fra Storbritannia (HadCRUT). Men andre målinger, fra blant annet NASA (GISTEMP) og NOAA i USA (NCDC) tyder på fortsatt oppvarming.

Problemet med HadCRUT er ikke at analysen er feil, men at den ikke dekker hele jordkloden. Den kutter for eksempel bort Arktis, hvor oppvarmingen har vært raskest i de siste årene. GISTEMP, derimot, tillegger temperaturene i Arktis med de nærmeste i områdene rundt (interpolering).

En ny analyse av Foster og Rahmstorf viser også at El Niño, vulkaner og solaktivitet maskerer den langsiktige oppvarmingen.

At økningen i CO₂ skyldes avgassing fra havene utledes fra Henrys lov, som tilsier en balanse mellom konsentrasjonene av CO₂ i luft og vann ved en gitt temperatur.

Det hevdes derfor at når havene varmes opp vil det avgi mer CO₂ til atmosfæren. Argumentet støttes av iskjernedata som viser at tidligere endringer i temperatur har skjedd 800-1000 år før tilsvarende endringer i klimagasser.

Men dette argumentet motstrider ikke at CO₂ er en drivhusgass eller at økte CO₂-mengder vil påvirke klimaet. Vi vet at vi forbrenner fossile energikilder, og at karbon ikke bare kan oppstå av seg selv eller bare forsvinne. Karbonbudsjettet tilsier at vi tilfører nye mengder med karbon til hav, luft, og jordoverflaten.

Vi kan måle CO₂-konsentrasjonene med satellitt, som viser høyest konsentrasjoner rundt utslippskildene. Disse stemmer overens med bakkemålingene.

Karbonet har et fingeravtrykk i forholdet ulike isotoper, og mens karbon-14 er ustabil (brukes derfor i karbon-14-datering) med en halveringstid på omtrent 5730 år, er karbon-13 en stabil isotop som tas opp i litt større grad i biologisk materiale enn karbon-12. Isotopforholdet i CO₂-målingene peker mot fossile kilder.

Ved forbrenning av karbon, vil hvert karbonatom binde seg sammen med to oksygenatomer. Målingene viser også at forholdet mellom oksygen og nitrogen (som er den gassen som opptar den største andelen av atmosfæren vår) synker som forventet ved forbenning av tilført karbon.

Utvekslingen mellom hav og atmosfære er begrenset til havets overflatelag. I dette laget har pH-verdien gått ned, noe som tilsier økt opptak av CO₂ i havene.

Studier av hvordan kunstige stoffer transporteres i havene (CFC og produkter fra atmosfæretesting av kjernevåpen) har blitt brukt for å kartlegge havstrømmene, og estimere havets opptak av CO₂.

Satellittene måler ikke temperaturen på samme måte som termometre, siden de går i bane rundt jorda, ca 800 km over jordens overflate (i såkalt polar bane). Derimot bruker man et instrument som kalles Microwave Sounding Unit (MSU) ombord på det amerikanske National Atmospheric and Oceanic Administrations (NOAA) sine TIROS-N satellitter.

MSU-instrumentet måler styrken på lys med flere ulike frekvenser i mikrobølgeområdet av lysets spektrum. Ut i fra disse målingene beregnes temperaturen.

Satellittene har relativt kort levetid, og instrumentene kan få feil som endrer seg gradvis. Dessuten påvirkes målingene av bakkeforhold, stratosfæren, og forutsetter en rekke antagelser om atmosfærens tilstand.

Analysen av trender i satellittmålingene er blitt justert en rekke ganger, og Foster og Rahmstorfs analyse antyder at trendene man ser i satellittmålingene stemmer overens med trendene i bakkemålingene.

Det er også verdt å merke seg at temperaturberegningene fra satellitter antar de samme fysiske prinsippene som tilsier at økte CO₂-konsentrasjoner medfører en global oppvarming. Det finnes derfor en iboende selvmotsetning i argumentasjonen som forsøker å bruke satellittmålingene for å svekke betydningen av klimagassene.