Finns det egentligen några bevis för att det existerar en växthuseffekt? På sociala medier kan man lätt få intrycket av att så inte är fallet. Fick till exempel denna kommentaren här på bloggen:

”Arrhenius avfärdades av sin samtid och alla som försökt komma med experimentella bevis sen dess har misslyckats.”

(Och om den nu skulle finnas så är den mättad och en ökad halt CO2 gör ingen skillnad).

Ska vi kolla efter? Hur ser historien ut?

Växthuseffekten

Jag misstänker att alla vet vad växthuseffekten innebär men beskriver den kort ändå:

Solljuset som kommer till jorden reflekteras till viss del (ca 30%) i moln, mark hav mm direkt tillbaka ut i rymden utan att värma något. En mindre del absorberas av partiklar och liknande i atmosfären medan återstående del, ca 70%, absorberas av jordytan som då värms upp. Jordytan avger sedan i sin tur värme, det vill säga infraröd strålning. Atmosfären är genomskinlig för det inkommande ljuset men däremot inte för den värmestrålning som jordytan ”återstrålar”.

De s k växthusgaserna, främst vatten och koldioxid, kan absorbera delar av denna strålning (dvs vid specifika våglängder) men kommer sen även avge energi i alla riktningar varav en del även neråt och ser på så vis till att värmestrålningen inte försvinner rakt ut i rymden utan bidrar till en uppvärmning som gör att planeten är beboelig.

Det här ett jämviktsläge. Om man lite förenklat säger att koncentrationen av växthusgaser i atmosfären hålls konstant, kommer den energi jorden strålar ut från atmosfären vara lika stor som den som kommer in från solen. Vi får en jämviktstemperatur i atmosfären. Ökar man halten växthusgaser rubbar man också jämvikten och mindre energi strålas ut än tidigare, vilket leder till en förändring av jämviktstemperaturen (den ökar eftersom mer energi absorberas). Denna förändring fortgår tills växthusgaserna återigen hålls på en konstant nivå. Då inträder ett nytt jämviktsläge men med en ny medeltemperatur så att säga.

Koldioxiden vi släpper ut kan finnas kvar i atmosfären mycket länge. Därför kommer temperaturen förbli på samma nivå i typ mer än 1000 år från det att utsläppen minskat så att halten i atmosfären inte längre ökar (Atmos. Chem. Phys., 13, 2793–2825, 2013. Joos, et al.)

Det här är i verkligheten betydligt mer invecklat än beskrivet ovan, läs mer t ex här. Här hittar du en artikel där Nobelpristagaren Manabe redogör för sin syn på växthuseffekten (från 2019)

Historik

Det här är inget nytt, principen beskrevs redan på 1820-talet av Fourier (för att få lite perspektiv kan sägas att det var mer än ett decennium innan Agassiz försökte övertyga sina skeptiska vetenskapliga kollegor om att det funnits istider) och 1859 visade Tyndalls labbexperiment att det fanns gaser i atmosfären som hade just dessa egenskaper (främst vatten och koldioxid). Det är i alla fall han som brukar få cred för att ha varit först att experimentellt visa det men egentligen var det Eunice Foote, inte enda exemplet när kvinnor fått stå tillbaka ur rampljuset (även om Tyndall också förtjänar all uppmärksamhet).

Arrhenius var 1896 sen först med att räkna ut hur mycket den globala temperaturen skulle öka på grund av en framtida ökning av CO2.

Men det är mycket riktigt att han ”överbevisades” i detta. En annan svensk, Knut Ångström (son till den mer kände Anders Ångström) lät sin assistent Herr Koch utföra ett experiment för att kontrollera om Arrhenius teorier verkligen kunde stämma.

Han fyllde ett 30 cm långt glasrör med koldioxid, kokade lite vatten och såg hur mycket av värmen (=IR-strålning) som tog sig igenom röret. Han upprepade sen experimentet men nu med en tredjedel så mycket CO2. Den lilla skillnad som uppmättes (0.4%) ansågs vara irrelevant och förmodligen mätfel. CO2 konstaterades ha en logaritmisk absorption* av IR och en ökning skulle varken göra till eller från vad det gällde atmosfärens temperatur.

(*Logaritmisk absorption: tänk dig att du har en glasskiva som du bestryker med färg där varje drag tillför exakt lika mycket färg. Det känns ganska logiskt att första lagret då kommer få större betydelse för genomskinligheten än de efterföljande, snart kommer ett ytterligare lager inte göra någon praktisk skillnad eftersom rutan är redan täckt med färg (dvs CO2 i det här fallet). För att göra analogin mer riktig kan sägas att olika molekyler kan bara färga specifika delar av fönstret (olika våglängder)).

Likaså visste man ju att det fanns oerhört mycket mer vattenånga i luften som också absorberade IR och det vid våglängder som skulle ”överskugga” dem från CO2. Rutan var så att säga redan förmålad med ett tjockt lager ”vattenfärg” och att dutta på lite CO2-färg spelar ingen roll i sammanhanget. Resultaten tog i princip död på hela den här forskningen.

Men fanns det en hake? Dags att kalla in militären …

På 40-talet började det amerikanska flygvapnet intressera sig för de här frågorna (värmesökande robotar osv) och upptäckte dels att det fanns extremt lite vattenånga högt upp i atmosfären (medan CO2 är jämnt fördelat) men också att själva IR-absorberingen vid lågt tryck inte såg likadan ut som vid jordytan.

Om en molekyl absorberar IR eller inte beror på hur den är uppbyggd, det avgör också vilka våglängder av strålningen den absorberar (dvs hur stor del av rutan man målar i fönsteranalogin).

Bild från Wikipedia: Atmospheric gases only absorb some wavelengths of energy but are transparent to others. The absorption patterns of water vapor (blue peaks) and carbon dioxide (pink peaks) overlap in some wavelengths. Carbon dioxide is not as strong a greenhouse gas as water vapor, but it absorbs energy in longer wavelengths (12–15 micrometers) that water vapor does not, partially closing the "window" through which heat radiated by the surface would normally escape to space. (Illustration NASA, Robert Rohde)

Vid högre tryck krockar molekylerna ständigt med varandra vilket ger vad som kallas bandbreddning. Det är inte alls är lika framträdande vid lägre tryck (högt upp) och där sker absorptionen vid mer distinkta våglängder. Topparnas sluttningar i bilden ovan blir alltså betydligt brantare och vattnets IR-absorption visade sig inte alls överskugga CO2 i samma omfattning som man tidigare trott.

Likaså insåg man att det inte gick att behandla atmosfären som en homogen massa, beräkningar och mätningar visade att det inte spelade någon roll om absorptionen var mättad på lägre höjder, ”återstrålningen” (back radiation) från högre lager i atmosfären kommer ändå bidra till uppvärmning i de nedre.

Moderna mätningar visar också att Ångström/Kochs experiment hade sina felaktigheter, för att representera atmosfären hade de behövt ha ett glasrör på 250 cm istället för 30 cm och även då skulle de bara kunnat se en skillnad på 1 % i sina två experiment (men det skulle ändå utgöra ett signifikativt resultat). Man vet numera att absorptionen inte är mättad ens på lägre höjder i atmosfären.

Bild från Real Climate

Även om man tidigt kände till fysiken bakom växthuseffekten var det ändå få som oroade sig för en framtida temperaturökning (Arrhenius själv ansåg att det nog ändå bara skulle vara positivt), de flesta var övertygade om att den extra CO2 vi släppte ut skulle tas upp av haven och inte ge någon ackumulering i atmosfären. Även här fick forskningspengar från militären saken att klarna.

I och med atombombsprojekten utvecklades metoder att mäta låga nivåer av olika radioaktiva isotoper. Till exempel bildas kol-isotopen ¹⁴C (”kol-14”) i atmosfären när kväve träffas av kosmisk strålning. Isotoper av ett ämne har samma antal protoner i atomkärnan men olika antal neutroner och väger därför olika mycket.

Man upptäckte också att upptaget av CO2 i haven inte var så ”enkel” man först trott, fysiken bakom ”upptaget” var visserligen känd men det tog ett tag innan man kunde visa att upptaget av CO2:n snart motverkades genom att det åter gick upp i atmosfären igen.  Svenske Bert Bolin var en av pionjärerna på detta område (Bolin, Bert (1960). ”On the Exchange of Carbon Dioxide between the Atmosphere and the Sea.” Tellus 12: 274-81).

Jaha, men bevisen på växthuseffekten då?

Det är mycket väl undersökt hur olika molekyler absorberar IR, men det tog sin tid innan man empiriskt kunde bevisa hur det kunde appliceras fullt ut på vår atmosfär. Ett första bevis på hur bra koll man hade på fysiken fick man 1970 då en satellit kunde mäta den utgående strålningen från jorden (den prickade linjen är vad man hade beräknat och den heldragna det uppmätta).

Och det här har upprepats åtskilliga gånger där det förutspådda resultatet överlappar extremt väl med experimentella data. Nedan visas hur modellerna förutspår IR-utstrålningen i rött och uppmätta data i svart, bild härifrån. Det här är med andra ord fysik som är något av det mest välstuderade och välförstådda inom hela klimatologin.

Man har även mätt hur den utgående strålningen från jorden har ändrats med tiden på just de våglängdsområden som förväntats utifrån växthuseffekten av koldioxid och metan (Harries et al 2001).

Enligt teorin (Kirschoffs lag) ska värmestrålning som tas upp av växthusgaserna också strålas ut igen varav en del går tillbaka mot jorden igen (back radiation). Det har man också kunnat mäta sedan ett halvt sekel (se bild i länk här).

Enligt teorin ska övre delen av atmosfären bli kallare om vi får en ökad växthuseffekt, vilket också har observerats.

Computer model estimates of the ‘human influence’ fingerprint are broadly similar to the observed pattern. In sharp contrast, model simulations of internal and total natural variability cannot produce the same sustained, large-scale warming of the troposphere and cooling of the stratosphere.

Vidare har man numera empiriskt visat hur den ökade mängden koldioxid också gett en ökad växthuseffekt (vetenskapliga publikationen: https://www.nature.com/articles/nature14240):

Det var dock från lokala punkter, nu har man även lyckats mäta att energibalansen på global nivå ökat med 0,5 W/m2 mellan 2003 och 2018. NASA har även lyckats separera ”källorna” till detta. Observational evidence of increasing global radiative forcing – Kramer – – Geophysical Research Letters – Wiley Online Library

Ovanstående är naturligtvis bara en bråkdel av den fysik som ligger bakom, både teoretiskt och experimentellt, och det involverar en hel radda av historiens forskarkändisar och Nobelpristagare. Det är inte bara IPCC du hånar om du inte vill köpa resultaten…

Men ett fåtal anser dock att det inte finns några som helst bevis. Man påpekar att återstrålningen (back radiation) strider mot termodynamikens andra lag (ungefär: värmestrålningen kan inte gå från en kallare till varmare punkt). Det gör den inte heller, nettoflödet av värme går från jordytan ut i rymden. Ni behöver inte lyssna på mig eller någon ”IPCC-forskare”, Roy Spencer är mycket kritisk till IPCC men har inte mycket till övers till de som dissar växthuseffekten, se här, här och här.

Inte för att det verkar ha någon effekt och frustrationen blir smått tragikomisk i det här inlägget där han blir tvungen att porta en av de mer aktivistiska växthuseffektsdissarna …

På sociala medier kan man ibland få intrycket av att det bara är ”politiskt tillsatta IPCC-forskare” som står bakom det här och att det inte alls råder någon konsensus i frågan. Inte sällan kommer Claes Johnsson, professor emeritus i matematik, namn upp då han är en mycket stark kritiker till växthuseffekten. Istället är det gravitationen och atmosfärens täthet som avgör vilken temperatur det blir (om jag fattat hans hypotes, jag knappt ägnat en tanke, rätt).

Kan en professor verkligen ha fel? Man ska ha klart för sig att han inte köper modern kvantfysik och han ifrågasätter Einsteins relativitetsteorier. Jag medger utan omsvep att det går långt utanför min kompetens att bemöta det men jag är tillräckligt insatt för att säga att det är en extremt udda inställning oavsett om det handlar om klimatdebatten eller inte. Inte ens professorer som hör till det ”klimathotskeptiska” lägret ger mycket för hans hypoteser:

Här kan du läsa på självaste Klimatupplysningen vad Peter Stilbs (professor em, fysikalisk kemi) anser (en av de mer aktiva pseudoskeptikerna i den här debatten).

Eller varför inte det här av Pehr Björnbom (professor em i kemiteknik). Han konstaterar också att många moderna applikationer, såsom magnetkameror, inte skulle fungera om back radiation-principen inte existerade.

Idén om att det är gravitationen som styr atmosfärstemperaturen fick ny luft ganska nyligen då det publicerades en artikel av Nikolov, Zeller som visade på ett samband mellan temperaturen och atmosfärens täthet och gravitation. Den imponerade väl inte direkt på kollegorna:

https://twitter.com/airscottdenning/status/892433902383407104

Och så här säger Watts som driver den största förvillarbloggen i världen WUWT:

I normally don’t publish anything related to the ideas of Nikolov and Zeller, for three reasons: 1) It’s just wrong, 2) It invariably descends into a shouting match. 3) These two guys published a paper under fake names to fool the peer-review process, which is a professional no-no. 

Man får naturligtvis tro på vem man vill, men om du lever i tron att det bara är en hög med IPCC-forskare som anser att växthuseffekten är verklig så är du fruktansvärt fel ute (osäkerheterna ligger i vad följdeffekterna blir av denna uppvärmning med tanke på molnbildning och liknande (s k återkopplingar)). Och likaså, tänk på att om du nu dissar växthuseffekten kan du heller inte tycka att man borde lyssna på Lennart Bengtsson. Lindzens ”Iris-effekt” blir inte heller särskilt relevant. Man kan naturligtvis inte göra som Klimatsans och förneka att växthuseffekten finns för att sen använda just den fysiken för att förklara varför vattnets absorption släcker ut koldioxidens (som ju dessutom är felaktig i sig som visats ovan).

Nej, tacka vet jag robusta korrelationer som den här som alla verkar ha missat:

Vad hette Ångströms labbassistent som gjorde att forskningen om växthuseffekten stoppades. Herr Koch!

Och vad heter ett par av de största finansiärerna av klimatförvillar-organisationerna? Just det, The Koch Brothers.

Mycket klarare än så blir det inte … 😉

Den vetenskapliga historiken bakom växthuseffekten kan du läsa här. Fascinerande faktiskt.

[PS Jag är naturligtvis fullt medveten om att detta inte kommer omvända någon. Ja, jag använde ”omvända” medvetet, klimatdebatten har mer och mer blivit en religion, en rubbad fotbollsmatch där man ska hålla på sitt lag vad fan som än händer. Min ambition var mest att få ut informationen, för det måste väl ändå finnas någon som är intresserad på riktigt? (ja’ ä’ int’ bitter…)]