Under tittelen ”CO2-årsak eller konsekvens?” kunne vi 9. desember lese et intervju med biologiprofessor Dag Hessen og seniorrådgiver ved Norsk Romsenter Pål Brekke på Forskning.no med klimaendringer som tema. Se:

http://www.forskning.no/artikler/2009/november/236027

Til tross for tittelen kunne jeg ikke lese at noen av intervjuobjektene tror at økningen av CO2 i den industrielle æraen er en konsekvens av global temperaturøkning som har naturlige årsaker. Hessen legger størst vekt på CO2 som primær klimadriver, mens Brekke mener sot og arealforandringer kan være like viktige, i tillegg til ”de naturlige komponentene som endringer i solen, vulkaner og ikke minst de interne påvirkningene vi har gjennom fenomener som El Niño, havstrømmer, vanndamp og skyer.” Brekke poengterer riktignok at det på geologisk tidsskala er data som kan tyde på at CO2-økning kan opptre før temperaturstigning, og at dette indikerer at CO2 kan frigjøres fra havene og øke konsentrasjonen i atmosfæren. Dette er det imidlertid svært få som er uenig i, det er vel kjent at havenes evne til å holde på CO2 avtar med økende temperatur.

Disse forskerne representerer nok ikke hvert sitt ytterpunkt på skalaen i klimadebatten, men hvis de representerer standardavviket på hver sin side, så er det tegn en viss tilnærming mellom frontene. Jeg føler meg likevel litt usikker på hva Brekkes synspunkter egentlig innebærer. Er det bare en gradsforskjell mellom å oppfatte økte CO2-konsentrasjoner som en konsekvens av klimaendringer og det å oppfatte CO2 som et antropogent driv av slike endringer? Er det slik at den positive tilbakekoblingen man har mellom global temperatur og CO2-konsentrasjon medfører at det blir mindre vesentlig å avklare dette spørsmålet?

Mye av uklarheten omkring denne problemstillingen tror jeg skyldes sammenblandingen av klimaendreringer i tidligere geologiske epoker og de vi opplever i vår tid. På de geologiske tidsskalaene er det lettere å tenke seg at temperaturøkninger initiert av astronomiske forhold medfører frigjøring av CO2, som igjen forsterker temperaturstigningen på grunn av økt drivhuseffekt, enn at det skulle finnes en primær kilde til økning av CO2, som medfører temperaturstigning og ytterligere frigjøring av CO2. Uansett, er det i begge tilfelle snakk om en positiv tilbakekobling, eller en instabilitet, som fysikere gjerne vil kalle det. Men en slik instabilitet vil ikke vokse i det uendelige. Når systemet har beveget seg tilstrekkelig langt vekk fra den opprinnelige likevekten vil det opptre ikke-lineære effekter som virker som en negativ tilbakekopling og bremser veksten.

Jeg vil her diskutere en negativ tilbakekoblingsmekanisme, som jeg mener kan spille en rolle både på geologiske og antropogene tidsskalaer, og som er en nøkkel til å påvise om antropogene CO2-utslipp er den underliggende drivmekanismen i global oppvarming, eller om CO2-konsentrasjonen først og fremst er en konsekvens av denne.

Kjerneprosessen er utvekslingen av CO2 mellom atmosfære og hav. Som nevnt vil økende havtemperatur føre til frigjøring av CO2 til atmosfæren, men et forhold som ofte blir oversett er at økning av CO2-konsentrasjonen i atmosfæren, og redusert konsentrasjon nær havets overflate, fører til økt transport av CO2 tilbake til havet. Dette er en negativ tilbakekobling som kanskje kan stoppe en vekst av CO2-konsentrasjon og overflatetemperatur som er trigget av en temperaturøkning som opprinnelig har astronomiske årsaker, eller av en CO2-økning som er trigget av utslipp til atmosfæren fra andre kilder enn havet. Om denne negative tilbakekoblingen til slutt ”vinner over” den positive kan ikke avgjøres uten kvantitativ modellering, og likningene må helt sikkert løses numerisk, fordi slike ikke-lineære likningssystemer ikke kan løses analytisk. Hvis denne negative tilbakekoblingen ikke er i stand til å forhindre at veksten fortsetter over andre grenser, er man nødt til å ta hensyn til andre fysiske prosesser som får betydning når avvikene fra den opprinnelige likevekten blir store.

Hvorfor er dette interessant? Jo, fordi vi kan bruke målinger av endring av CO2-konsentrasjon i havoverflaten til å avgjøre om høna eller egget kom først; eller om CO2 er årsak til, eller konsekvens av, oppvarming av havoverflaten.

Hvis dagens økning av atmosfærisk CO2-konsentrasjon skyldes frigjøring fra havet på grunn av temperaturstigning, så må konsentrasjonen i havoverflaten synke. Målinger viser imidlertid entydig det motsatte. Til og med ekstremskeptikeren Per Engene innrømmer i en kommentar at havet absorberer mer CO2 i polare områder enn det frigir på sørligere bredder. Det foreligger også entydige beregninger av at CO2-innholdet i biosfæren øker på grunn av økt biomasse forårsaket av temperaturstigning og CO2-gjødsling. Hav og biosfære tar derfor CO2 ut av atmosfæren. Når CO2-konsentrasjonen i atmosfæren likevel har økt jevnt og eksponentielt siden 1750 (jeg vet Engene vil bestride dette) så blir det veldig søkt å forsøke å forklare dette med annet enn antropogene utslipp. Vulkanisme er en veldig intermitterende kilde og kan ikke forklare en slik jevn, monoton vekst.

Økningen av CO2-mengden i atmosfæren er om lag halvparten av utslippene, og dette stemmer godt med estimatene av hva som absorberes av hav og biosfære. Nye målinger kan tyde på at havets evne til å absorbere CO2 nærmer seg en slags metning, og det er opplagt grenser for hvor mye biosfærens masse kan øke. Dette indikerer en enda raskere vekstrate av CO2/temperatur-spiralen enn vi ser i dag. Siden havet i dag bare absorberer om lag 1/3 av utslippene, og muligens vil håndtere enda mindre i framtida, er det meget villedende å framstille havet som en tilnærmet uendelig buffer for CO2.

Det er en vanlig misforståelse (Per Engene går til stadighet i den fella) å blande sammen CO2-omsetningen i syklusen mellom atmosfære og biosfære/hav med mengden av CO2-utslipp og mengden som akkumuleres i atmosfæren. Det som er interessant er hvor mye CO2-mengden i atmosfæren øker per år. Omsetningen er kanskje 50 ganger større enn dette. Jo større omsetningen er, jo større sjanse er det for at et gitt CO2- molekyl som vi slipper ut vil tas ut av atmosfæren. Men sjansen er tilsvarende stor for at dette molekylet erstattes med et annet molekyl som frigjøres fra hav/biosfære. Størrelsen på omsetningen er derfor irrelevant, det interessante er differansen mellom transporten inn og ut av de forskjellige ”sfærene” i systemet.

Mange aktører i klimadebatten har bare forakt til overs for matematiske klimamodeller og simuleringer. I mitt etter hvert lange liv som fysiker har jeg imidlertid erfart at man i kvantitativ vitenskap fort kommer til kort uten å modellere og simulere. Vår hjerne er ikke konstruert for å håndtere de store mengder av informasjon som skal til for å predikere utviklingen av kompliserte fysiske systemer. Faktisk har den store problemer med å håndtere selv enkle systemer, hvis disse er ikke-lineære (og det er de aller fleste virkelige systemer). I dag finnes det veldig effektive programmeringsverktøy som gjør at man kan modellere og simulere ”on the go” – mere eller mindre interaktivt. Man bruker datamaskinen som en utvidelse av sin egen hjerne, som et redskap og hjelpemiddel i den kreative tankeprosessen. Å simulere hjelper deg til å filtrere ut gale ideer, og gir deg mange nye.

Mange av debattantene som skriver kommentarer til blogger og artikler på forskning.no har veldig god innsikt i mange aspekter ved temaet, men jeg savner ofte en kvantitativ implementering av argumentene. Modellering og simulering er et effektivt redskap til å bryte i stykker tilstivnet tankegods. Datamaskinen er en nådeløs dommer i så henseende, og ofte mer kritisk enn enhver motdebattant.

Var denne bloggen gulleget? Eller var det høna? Tja, si det?