Existerar växthuseffekten?

MNI_8690 Ölandsbron beskuren

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 och omvandlas till värmestrålning. Atmosfären är genomskinlig för det inkommande ljuset men däremot inte för den värmestrålning som jordytan avger (dvs IR som har en annan våglängd).

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.

Historik

Det här är inget nytt, principen beskrevs redan på 1820-talet av Fourier och 1859 visade Tyndalls labbexperiment att det fanns gaser i atmosfären som hade just dessa egenskaper (främst vatten och koldioxid). Arrhenius var 1896 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 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).

CO2_H2O_absorption

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.

Koch CO2 exp

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. Växter tar i och med fotosyntesen upp kol från atmosfären och står så att säga i jämvikt med den och dess celler får motsvarande halt av 14C som den i atmosfären. I fossila bränslen har dock 14C hunnit försvinna och man kan på så sätt bestämma vilket ursprung kolet har och det är visat att det skett en förändring i denna ”kol-isotop-kvot” i och med den industriella revolutionen.

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).

MNI_8625

 

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).

växthuseffekt första bevisen

Och det här har upprepats åtskilliga gånger där det förutspådda resultatet överlappar extremt väl med experimentella data. 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.

IR utstralning
Direct measurement of the man-made greenhouse effect getting stronger, thanks to carbon dioxide (CO2) and methane (CH4). This is the change in how much energy is escaping Earth at different 'colours' from 1970 to 1996. Absorption by carbon dioxide and methane means that the satellites see less at those colours than they did in the past: this extra heat warms the Earth. Image from 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 (nedre bilden), här från Nordpolen:

IR surface looking up

Coincident measurements of the infrared emission spectrum of the cloudfree atmosphere at (a) 20km looking downward over the Arctic ice sheet and (b) at the surface looking upwards. (Data courtesy of David Tobin, Space Science and Engineering Center, University of Wisconsin-Madison. Diagram courtesy of Grant Petty, from Petty 2006).

 

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:

 

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.

Det är samma fysikaliska mekanismer som ligger bakom hur man använt NMR för att strukturbestämma varenda organisk molekyl sen långt innan jag var född (och det börjar bli alltför länge sen nu…).

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:

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. 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…)]

Skepticism eller bara ren dumhet?

Det är alltså 2018 och en sån här post verkar tydligen ändå fortfarande behövas … (ja,  riksdagsledamöter i två av de nästan största partierna fortsätter att tvivla på om människan påverkar klimatet och argumenterar för det på sociala medier). Det tidigare ”det finns ingen global uppvärmning”  har ersatts av ”det är ingen som ifrågasätter klimatförändringarna [eeeh jo], men ingen vet hur mycket människan orsakar”.

It’s the sun stupid!

Det kanske kommer som en chock men forskarna har tänkt tanken på att solen skulle kunna vara inblandad …

TvsTSI

Bild härifrån.

Trots att ”solinstrålningen” minskar så ökar alltså temperaturen.  Och det är förstås den beryktade ”växthuseffekten” som ska vara orsak till detta, och då framförallt effekten från den koldioxid som avges via förbränning av fossila bränslen.

Är det taget ur luften?

Inte direkt, Arrhenius var först att beräkna denna effekt 1896 även om det debatterades en del (bland annat Knut Ångström (dvs den mer kände Anders Ångströms son) höll inte med). Hur atmosfärens temperatur påverkades var länge i mångt och mycket ett teoretiskt resonemang byggt på labbförsök etc, första empiriska resultaten fick man från satellitmätningar 1970:

växthuseffekt första bevisen

De teoretiska modellerna var ganska hyfsade får man säga.

Till exempel bloggen Klimatsans har gett ut ett ”faktablad” (nej, jag tänker inte länka) där de helt dissar denna teori för att på efterföljande sida i samma blad förklara varför atmosfärens vattenånga ”släcker ut” koldioxidens ”växthuseffekt” genom att använda just växthuseffekten som förklaringsmodell (du kan läsa mer om denna feluppfattning här). Det blir lätt löjeväckande att säga emot sig själv så fundamentalt, man kan inte välja att använda teorin lite när den passar för att sen helt dissa den när det inte gör det. Men det är inget ovanligt i bloggosfären.

Och växthuseffekten är inget som ens ”klimathotskeptiska” forskare bråkar om, här förklarar till exempel Roy Spencer saken.

So, until someone comes along with another quantitative model that uses different physics to get as good a simulation of the vertical temperature profile of the atmosphere, I consider objections to the existence of the ‘greenhouse effect’ to be little more than hand waving.

Mer här. Eller kanske lyssna på svenska Lennart Bengtssson här.

Växthuseffekten beror enkelt uttryckt på att det solljus som reflekteras mot jordytan absorberas av CO2, vatten och andra växthusgaser i atmosfären och sen strålar ut det igen åt alla håll.

Det blev väldigt slarvigt uttryckt och jag skjuter in en rättelse från Martin Hedberg, tackar: Solljuset som kommer till jorden reflekteras till viss del (ca 30%) i moln, mark hav mm. Denna del värmer inget utan reflekteras ut i rymden. (Albedot). Återstående del, 70%, absorberas och omvandlas till värmestrålning. I samband med detta får energin svårt att stråla ut i rymden eftersom den absorberas av växthusgaserna.

Över tid kommer en viss sammansättning av gaser i atmosfären hamna i jämvikt med den energi som strålas ut i rymden (om inte skulle atmosfärens temperatur fortsätta att öka alternativt minska). Ändras sammansättningen ska då också utstrålningen ändras och det finns empiriska bevis för att så är fallet. Här en jämförelse mellan utstrålningen från jordens atmosfär 1970 respektive 1996:

IR utstralning

Utstrålningen har alltså minskat vid de våglängder som motsvarar CO2 och metan. Likaså borde återstrålningen av IR tillbaka mot jorden öka och det är också empiriskt uppmätt:

IR aterstralning

(Fick som respons på detta inlägg att det här med back radiation bara är nonsens (ja, om du letar i bloggarna så är precis allt bara en myt inom klimatforskningen). Här bemöter prof em Pehr Björnbom den saken på självaste Klimatupplysningen (den mest besökta ”tvivel-bloggen” i ämnet i Sverige) och han är alltså ingen s k klimatalarmist utan ”på den andra sidan”:

”Vi finner alltså att antagandet om att back radiation inte är verklig leder till mycket osannolika konsekvenser i fråga om vetenskap och teknik.”

Okej, kanske vi kan lämna växthuseffekten där? Och att CO2 är en växthusgas. Men, men, men… hur kan vi veta att det är fossila bränslen om är orsaken, det finns ju naturliga orsaker?

Kol kan förekomma i olika så kallade isotoper, alla känner väl till C14-metoden för att bestämma ålder på arkeologiska fynd. Det är bara C-12 som är helt stabil och C-13 och C-14 sönderfaller över tid och halten av dessa i fossila bränslen är därmed relativt låg.

Växter tar som bekant upp CO2 från atmosfären och står så att säga i jämvikt med atmosfären, en viss kvot av C-13/C-12 isotoper kommer också återspeglas i de kolatomer som lagras i växten. Genom att bland annat mäta detta i trädens årsringar kan man se hur denna sammansättning ändrats över tid och det finns en tydlig korrelation mellan utsläppen från fossila bränslen och isotopsammansättningen med start från 1850-talet (typ).

Det finns ett flertal studier som gett sig på att kvantifiera hur stor del av uppvärmningen kan knytas till mänsklig aktivitet (anledningen till att det kan bli mer än 100% (y-axeln) är att en del faktorer skulle gett nedkylning om det inte vore för utsläppen):

GW_Attribution_med

Vi vet också hur mycket vi släpper ut och hur mycket respektive ”post” står för (uppgifter från Global Carbon Project):

s52_Waterfall_sources_and_sinks

Klimatrelaterade inlägg på sociala medier brukar belamras med grafer och särskilt populärt är de som visar att ”klimatet har alltid varierat”. No, shit! Som om någon skulle protestera mot det. Enda anledningen till att de kan posta sina grafer är att forskare de inte längre tror på tagit fram dessa data. Oftast slutar de långt innan nutid eller så är vitala delar bortplockade. Ta gärna en titt på denna video där i princip alla dessa grafer förklaras.

Det finns alltså empiriskt bevisade teorier som stöder de klimatförändringar som i princip ingen längre betvivlar. Det är upp till var och en att istället tro på en hittills helt okänd kraft som orsakar detta (nej, det finns ingen annan hypotes som kan förklara det vi ser) och kalla alla andra för idioter.

Och vad gör vi då åt saken?

Ja, inte ett skit ärligt talat. Även om det installeras solceller osv minskar inte användningen av de fossila bränslena, snarare tvärtom.

s41_Total_Emissions_by_source

 

Vad man ska göra är förstås uppenbart, sluta använda fossila bränslen, de fysikaliska lagarna skiter fullständigt i om aktieägarna är nöjda eller inte. Men att åstadkomma det är förstås mer problematiskt.

Moderaterna pratar om kostnadseffektiva åtgärder, fluff-språk för att inte göra ett skit innan någon annan gör det. USA har detta incitament inskrivet i lagarna när det gäller att reglera kemikalier och man har sen myndigheterna misslyckades reglera asbest -91 nästan gett upp (tror det är fem kemikalier som reglerats sen dess).

Samma visa gäller antibiotikaanvändning till djur, det är kostnadseffektivt på kort sikt och i USA (m fl länder) gödslas det med antibiotika till djur trots att problemen och kostnaderna med resistens är kända sen läääänge. Amerikanska myndigheter har försökt komma till rätta med saken på frivillig väg många gånger men misslyckats fatalt. Ändå tycker ekonomer som Carl B Hamilton att ännu billigare kött ska premieras över ”svenska hysterin” i denna frågan.

Klimathotet brukar refereras till alarmism, men de som har tagit patent på den saken är ”de ekonomiskt logiska neoliberalerna” och deras lobbyorganisationer som lägger absurda summor på att påverka. Samhället skulle gå under vid SO2-reglering, freon-reglering, införande av REACH-lagstiftningen osv osv. Men det hände inte. M ”rasade” t ex över regleringen av svavelhalten för fartyg i bl a Östersjön 2015. Från utvärdering:

” Två år senare visar Trafikanalys utvärdering att de avsedda positiva effekterna på luftkvalitet har infriats. Samtidigt har befarade negativa konsekvenser för transportmönster och näringsliv på det stora hela uteblivit.”

Ja, det finns en uppsjö av pajasinlägg från ”miljö-nördar” och forskare som överdriver hoten osv precis som det finns i alla frågor och det är hur enkelt som helst att uppvigla sociala medie-folket runt dylika saker för att helt dölja den stora frågan. Det är helt upp till dig att förlöjliga hela klimatfrågan för att någon MP-människa vill ha skatt på parkering utanför storköpen (eller vad det nu var). Men du har inte mycket fakta att stödja dig emot.

Nej, det finns ingen magic bullet, men ett är säkert, de allt rikare befolkningarna i Indien och Kina kommer inte acceptera sina skitiga miljöer, vi kan spela bort Sveriges varumärke som miljöföregångare men jag är helt övertygad om att det är skit även ur ett rent ekonomiskt perspektiv. Personer som inte tycker Sverige behöver ”gå före” i klimatfrågan utan påverka andra att göra något är samma som hånar MP:s språkrör för att inte leva som de lär.

Ja, vi kan tacka marknadsekonomin för mycket men den är också orsak till varför vi håller på att utrota arter i en hissnande fart, att Big Pharma-företagen lämnar atntibiotikaforskningen osv osv . Vi fortsätter att matas med att tekniken ska lösa det på något magiskt sätt, precis som att ”den nya tidens ekonomi” inte ska förbruka ändliga resurser på ett ohållbart sätt. Tjena! Vi har inte kommit i närheten av det:

GDP tillväxt o resursförbrukning

INGET parti nuddar ens vid denna problematik. Men följderna av exponentiellt uttag är helt oundvikliga.

300px-Surexploitation_morue_surpêcheEn

Bild från Wiki.

Mer om hur man kan körsbärsplocka sina källor kan du läsa här.

Här en resumé över hur de kritiserade klimatmodellernas prestation