Morgunblaðið - 05.02.2016, Blaðsíða 25

UMRÆÐAN 25
MORGUNBLAÐIÐ FÖSTUDAGUR 5. FEBRÚAR 2016
Um fátt hefur verið
meira talað síðustu vik-
urnar en loftslags-
breytingar og hlýnun
jarðar, og þá ógn er af
henni stafar. Að hinni
miklu loftslags-
ráðstefnu í París lok-
inni er ef til vill rétt að
fara nokkrum orðum
um hvað felst í hugtak-
inu gróðurhúsaáhrif, og
af hverju langflestir
fræðimenn, 97% þeirra sem fást við
loftslagsvísindi og hafa birt greinar í
ritrýndum vísindatímaritum, telja að
okkur stafi mikil hætta af vænt-
anlegri hlýnun jarðar um tvær gráð-
ur á þessari öld eða meira, ef ekkert
verður gert til að draga úr blæstri
koltvíoxíðs út í andrúmsloftið af
mannavöldum. Það samkomulag sem
náðist á Parísarráðstefnunni, gerir
ráð fyrir, að allar þjóðir heims sam-
einist um að koma í veg fyrir, að hita-
stig andrúmslofts hækki meira en
tvær gráður fyrir lok þessarar aldar,
helzt ekki meira en 1,5 gráður, en
mjög óvíst er að það náist. Margir
vísindamenn á ráðstefnunni bentu á,
að til þess mætti engin losun koltví-
oxíðs af mannavöldum eiga sér stað
eftir 2030-2050 til loka aldarinnar.
Hitastigsbreyting hefði
gífurleg áhrif
Margir munu segja, að ekki væri
nú amalegt, ef meðalhitastig, a.m.k
hér á norðurslóðum, hækkaði um
tvær gráður eða svo. Þá er rétt að
hafa í huga, að rúmlega fjögurra
gráðu lækkun á meðalhitastigi á yfir-
borði jarðar orsakaði síðustu ísöld,
sem lauk fyrir nálega tólf þúsund ár-
um. Hitastigsbreytingin sem olli
henni er ekki meiri en u.þ.b. tvöföld
sú hækkun meðalhitastigs andrúms-
lofts, sem talin er munu verða á þess-
ari öld. Það fer því ekki milli mála, að
þessi tveggja gráðu aukning mun
hafa gríðarleg áhrif og rugla allt
ástand á byggðum bólum. Hafa áhrif
á sjávarhita, fiskigengd, landbúnað,
jarðrækt, búsetu og margt fleira.
Þegar verðum við vör við meiri öfgar
í veðri en við eigum að venjast, jöklar
hopa örar en áður, og meðalhitastig á
yfirborði jarðar virðist hækka stöð-
ugt, þótt með miklum sveiflum sé.
Reyndar eru þeir mjög margir, sem
telja áhyggjur manna af hlýnun jarð-
ar vera tóma vitleysu og sérstaklega
þá staðhæfingu, að hún sé af manna-
völdum. Þær veðurfarsbreytingar
sem við lifum, ef einhverjar, séu hluti
af duttlungum náttúrunnar og þeim
breytileika, sem hún er undirorpin.
Íslendingar skera sig úr
ShapeGallup International kann-
aði skoðun fólks á loftslagsbreyt-
ingum í 128 löndum 2007-2008. Spurt
var hvort a) viðkomandi vissi eitthvað
um loftslagsbreytingar, og b) hann
teldi sér stafa hættu af þeim. 29
OECD-lönd, Ísland meðal þeirra,
voru með í könnuninni. Í öllum þeim
löndum töldu menn sig vita eitthvað/
mikið um loftslagsbreytingar, 95%
Íslendinga í þeim hópi. Í 24 löndum
OECD voru loftslagsbreytingar tald-
ar vera ógn af meirihluta manna. Að-
eins í Tékklandi, Danmörku, Eist-
landi, Finnlandi og Íslandi (33%) áleit
minna en helmingur aðspurðra þær
vera hættulegar. Íslendingar eru því
í hópi þeirra þjóða, sem hafa litla trú
á hlýnun jarðar með tilheyrandi lofts-
lagsbreytingum af völdum mann-
legra athafna. Í Bandaríkjunum, sem
margir telja eitt mesta andstöðuríki
við allar aðgerðir í loftslagsmálum,
höfðu 63% þátttakenda í könnuninni
áhyggjur af hnattrænni hlýnun og
loftslagsbreytingum hennar vegna.
Íslendingar skera sig sem sagt úr
hvað þetta efni áhrærir
og því ekki vanþörf á,
að meira sé fjallað um
þessa ógn á opinberum
vettvangi.
Bandaríski stjarneðl-
isfræðingurinn Spencer
Weart hefur skrifað
merka bók um sögu og
þróun þekkingar
manna á gróðurhúsa-
áhrifunum. Útdrátt úr
henni má finna á vefsíðu
bandarísku eðl-
isfræðistofnunarinnar.
Er meðal annars stuðst við hann í
þessum skrifum.
Gróðurhúsaáhrifin
Lofthjúpur jarðar, gufuhvolfið,
skapar lífvænleg skilyrði á jörðu. Ef
hjúpurinn væri ekki til staðar, væri
meðalhitastig á jarðaryfirborði -18°C,
en vegna hans er yfirborðshitinn að
jafnaði um +16°C, misheitt eftir því
hvar við erum, eins og allir þekkja.
En hvernig verður þessi hiti til? For-
feður vorir brutu heilann um þá gátu
fram eftir öldum án þess að finna
lausn á henni. Í byrjun nítjándu aldar
velti franski stærðfræðingurinn Jo-
seph Fourier þessu fyrir sér. Kveikj-
an að vangaveltum hans var helioter-
mometer Horace Benedicts de
Saussure frá því um 1760. De Sauss-
ure smíðaði trékassa með glugga
(þreföldu gleri), sem sólarljós komst
inn um. Að innan var kassinn ein-
angraður með svörtum korkplötum.
Þannig hitnaði loftið í kassanum og
yljaði fjallgöngumönnum, sem not-
uðu slíka lampa í Ölpunum. Fourier
leit á lofthjúp jarðar sem risastóran
heliotermometer, er væri eins og
samloka milli yfirborðs jarðar og
ímyndaðs þaks, en fyrir ofan það
tæki við fimbulkuldi himingeimsins
(um 3 gráður Kelvin eða -270°C, sjá
mynd 2) . Innan samlokunnar finnast
alls kyns lofttegundir fyrir utan súr-
efni og köfnunarefni svo sem vatns-
gufa og kolsýra. Sólargeislar sem
berast til jarðar með mjög hárri tíðni
fara auðveldlega gegnum lofthjúpinn
án þess að valda teljandi áhrifum.
Fourier kallaði þá björtu geislana.
Þeir hitta yfirborð jarðar, sem gleyp-
ir eitthvað af þeim í sig og hitnar, en
mestur hluti þeirra kastast til baka í
formi lágtíðnigeisla, er Fourier kall-
aði myrka geisla. Vatnsgufan á nú
auðvelt með að fanga myrku geisl-
ana, „sjúga“ í sig hitaorku þeirra og
endurkasta hluta þeirra aftur til jarð-
ar. Við þetta hlýnar andrúmsloftið og
nær meðalhitastiginu +16°C við yf-
irborð jarðar. Fourier taldi að einnig
gætti áhrifa rúmgeisla frá fjarlægari
stjörnum, og eins myndi innri hiti
jarðar valda einhverri hlýnun gufu-
hvolfsins. Hann ályktaði þó, að áhrif
sólargeislanna væru langmest og
sterkust.
ShapeJoseph Fourier (1768-1830)
var með mestu hugsuðum samtíðar
sinnar. Hann var afburða stærðfræð-
ingur, eðlisfræðingur, stjórn-
málamaður og lögreglustjóri um
skeið sem og fyrsti rektor franska
tækniháskólans, l‘École polytechni-
que í París. Þegar hann snéri sér að
loftslagsmálum í byrjun nítjándu ald-
ar, hafði hann þróað stærðfræðikenn-
ingar sínar um tíðnigreiningu á
sveiflukenndum hreyfingum og alls
kyns bylgjukenndum tímamerkjum.
Fourier-greining eða Fourier-
ummyndun er enn þann dag í dag
grundvöllur tíðnigreiningar á öllum
slíkum merkjum. Hann birti að lok-
um niðurstöður sínar um hitabúskap
lofthjúpsins í viðamikilli vísindagrein
1824, þar sem hann kallaði hjúpinn
risastóran heliotermometer, og setti
fram flóknar stærðfræðilíkingar til
að skýra mál sitt. Hann talar ekki
beinlínis um gróðurhúsaáhrif, en líkir
áhrifum andrúmsloftsins við það að
leggja glerplötu yfir skál, sem er ein-
mitt hugsunin á bak við gróðurhúsið.
Kom þessi skýring fram í seinni grein
hans um hitastig andrúmslofts jarðar
1827, en sú hefur náð meiri athygli
fræðimanna. Sænski veðurfræðing-
urinn Nils Gustav Ekholm varð lík-
lega fyrstur manna til að kalla þetta
gróðurhúsaáhrif, eins og kemur fram
í grein hans frá 1901 um fornsögu-
legar loftslagsbreytingar og hvað
hafi valdið þeim. Mynd 3 sýnir hita-
líkan Fourier í grófum dráttum.
Ýmsir fræðimenn á nítjándu öld,
svo sem Frakkinn Claude Pouillet,
Englendingarnir John Tyndall og
Robert Boyle, Bandaríkjamaðurinn
Samuel Pierpoint Langley og Sví-
arnir Svante Arrhenius og Nils Ek-
holm skrifuðu um gróðurhúsaáhrifin
og tóku undir kenningar Fourier um
hitakerfi gufuhvolfsins og útskýrðu
þær betur. Meðal annars varð mönn-
um ljóst, að fyrir utan vatnsgufuna í
andrúmsloftinu, væru ýmsar fleiri
lofttegundir sem hefðu sams konar
áhrif, kolsýra eða koltvíoxíð mik-
ilvægust þeirra. Gróðurhúsaloftteg-
undirnar eru annars þessar helztar:
Vatnsgufa (H2O), virkni 36-70%, kolt-
víoxíð (CO2), 9-26%, metan (CH4),
4-9%, ózón (O3), 3-7%. Virknin er mið-
uð við getu til að fanga lágtíðni-
geislana, en hún fer nokkuð eftir
tíðnisviði þeirra og er mismunandi
eftir lofttegundum. Flestar tveggja
frumefna lofttegundir og þær, sem
hafa a.m.k. þrjár frumeindir eða
fleiri, teljast einnig til gróðurhúsa-
lofttegunda. Þannig valda t.d. metan,
níturoxíð, ýmis halógen- og klórflúor-
kolefnis-sambönd svo og ózon gróð-
urhúsaáhrifum, en aðallofttegundir
andrúmslofts, N2 (nítur), O2 (súrefni)
og Ar (argon) ekki. Þær ná ekki að
fanga myrku geislana.
Hinar ýmsu gróðurhúsaloftteg-
undir valda mjög mismunandi áhrif-
um. Fyrir tilstilli Loftslagsráðs Sam-
einuðu þjóðanna (IPCC) hefur sú
venja skapazt að umbreyta öllum
slíkum lofttegundum nema vatnsgufu
í jafngildi koltvíoxíðs. Aðgerðum ann-
arra gróðurhúsalofttegunda er
breytt í áhrif koltvíoxíðs með því að
nota hugtakið hnattrænt hlýn-
unargildi (e. global warming potenti-
al eða GWPt) tegrað yfir tímann t.
Eitt kíló af metan (CH4) jafngildir
þannig 28-36 kg af kolsýru (CO2) yfir
100 ár.
Gróðurhúsaáhrifin útskýrð
Ari Ólafsson, eðlisfræðingur og
dósent við Háskóla Íslands, hefur
skrifað fræðilega yfirlitsgrein um eðl-
isfræði gróðurhúsaáhrifanna. Þeim
sem vilja öðlast dýpri skilning á þess-
um áhrifum er bent á grein hans frá
2007 í tímaritinu um raunvísindi og
stærðfræði. Með nútíma vitneskju
um tíðniróf sólargeisla ásamt aukinni
þekkingu á varmageislun mismun-
andi efna, er rétt að endurskilgreina
gróðurhúsaáhrifin á eftirfarandi hátt.
Varmageislar frá sólu (björtu
geislarnir) einkennast af yfirborðs-
hita hennar um 6.000 gráður Kelvin.
Tíðni sólargeislanna er að megin-
hluta innan sýnilega litrófsins, og
mestur hluti þeirra fer rakleiðis
gegnum lofthjúpinn og hittir fyrir yf-
irborð jarðar. Um 30% þeirra end-
urspeglast út í himingeiminn, en
jörðin losar sig við 70% þeirra (kóln-
ar) með varmageislun á tíðnisviði
djúpt í innrauða litrófinu, en eigin-
leikar geislanna ráðast af meðalyfir-
borðshita á jörðu, 289°K (15-16 gráð-
ur). Í lofthjúpnum eru sameindir,
gróðurhúsalofttegundirnar, sem eru
ljósvirkar á innrauða bilinu. Þær
drekka dimmu geislana í sig og senda
frá sér varmageislun sem er jafn-
dreifð í allar áttir. Hún stefnir jafnt
niður til jarðar og út í himingeiminn.
Á litrófsbilum með háan ísogsstuðul
verður geislun gróðurhúsaloft-
tegunda jafn kröftug og geislun yfir-
borðs, svo að jörðin kælir sig ekki
gegnum þetta litrófsbil. Það eru
gróðurhúsahrifin.
Um gróðurhúsaáhrif og hlýnun jarðar
Eftir Júlíus Sólnes
» Íslendingar skera
sig sem sagt úr hvað
þetta efni áhrærir og því
ekki vanþörf á, að meira
sé fjallað um þessa ógn
á opinberum vettvangi.
Júlíus Sólnes
Höfundur er prófessor emerítus
og fv. umhverfisráðherra.
Morgunblaðið mun á næstu vikum birta greinaflokk eftir Júlíus Sólnes, prófessor emerítus og fv. umhverfisráðherra, um gróðurhúsaáhrif og hlýnun jarðar.
Í þessum greinaflokki verður fjallað um hvernig gróðurhúsaáhrifin voru uppgötvuð snemma á nítjándu öld, þróunarsaga loftslagsvísinda rakin og sagt frá hvernig
flestir vísindamenn urðu smám saman sammála um óhjákvæmilega hlýnun lofts á jörðu vegna vaxandi losunar koltvíoxíðs. Júlíus sat aðra alheimsráðstefnu Samein-
uðu þjóðanna um loftslagsmál í Genf 1990, þegar fyrsta skýrsla Loftslagsráðs Sameinuðu þjóðanna var kynnt. Hann hefur síðan fylgst vel með þessum málum og
haldið fjölmarga fyrirlestra um gróðurhúsaáhrifin.
Sýnileg sólargeislun Innrauð jarðgeislun
Við yfirborð jarðar, meðalhitastig um -18°C
Við yfirborð jarðar, meðalhitastig um +16°C
A) Ekkert andrúmsloft
B) Andrúmsloft (02 (21%), N2 (78%), Ar (argon, 0,9%), H2O (vatns-
gufa, 0,4%), CO2 (0,04%) svo og ýmsar aðrar gastegundir)
Ofan þaks, hitastig geimsins um -270°C
Lofthjúpur jarðar
Gróðurhúsaloft-
tegundir ná að gleypa
varmageislana,
endurkasta þeim og
andrúmsloftið hitnar.
Hluti hátíðnigeisla endurkastast
og tvístrast frá smáögnum
(„aerosols“) í lofthjúp jarðar.
Hátíðnigeislar
frá sólu (bjartir
geislar), komast
nær hindrunar-
laust gegnum
lofthjúpinn.
Jörðin gleypir eitthvað af
hátíðnigeislunum og hitnar,
og endurkastar að mestu
björtu geislunum sem
lágtíðni varmageislum.
Lágtíðnivarmageislun
frá yfirborði jarðar
(myrkir geislar).
SÓLIN
Lofthjúpur jarðar
Hlýnun Af hverju ættu Íslendingar
að hafa áhyggjur af hlýnun jarðar?
(Af forsíðu blaðsins The Economist,
febrúar 2008.)
Gróðurhúsaáhrif Líkan Josephs Fourier af gróðurhúsaáhrifum af völdum
vatnsgufu í gufuhvolfinu.
Lofthjúpur Fourier Nítur eða köfnunarefni er langstærsti hluti andrúms-
lofts jarðar, eða um 78%. Súrefni er um 21%, og önnur efni, svo sem vatns-
gufa og koltvíoxíð, mun minna.