Morgunblaðið - 11.02.2016, Blaðsíða 62

62 UMRÆÐAN
MORGUNBLAÐIÐ FIMMTUDAGUR 11. FEBRÚAR 2016
Fourier hafði að-
allega talað um að
vatnsgufan í andrúms-
loftinu hitnaði og end-
urkastaði myrku geisl-
unum. Þegar líða tók á
nítjándu öld fóru marg-
ir vísindamenn að
íhuga áhrif annarra
gróðurhúsaloftteg-
unda, einkum koltvíox-
íðs, sem þá var kallað
kolsýra. Rannsóknir
sænska eðlisfræðingsins Svante
Arrhenius (1859-1927) skiptu sköp-
um í þessu sambandi. Hann birti nið-
urstöður vinnu sinnar í tímamóta
vísindagrein 1896. Arrhenius byggði
rannsóknir sínar á verkum Fourier
og annarra nítjándu aldar fræði-
manna, einkum Johns Tyndall og
Samuels Langley, en sá síðarnefndi
mældi innrauða (myrka) hitageislun
frá koltvíoxíði í andrúmslofti.
Meiri kolsýra í andrúmslofti
veldur hlýnun?
Þannig gat Arrhenius ályktað, að
breytileiki styrks koltvíoxíðs í and-
rúmslofti myndi hafa veruleg áhrif á
hitabúskap jarðar. Með því að nota
beztu fáanlegu gögn yfir mælingar á
koltvíoxíði í lofti og gefa sér ýmsar
forsendur og tilgátur, sýndi hann
með útreikningum sínum áhrif þess,
að magn kolsýru í lofthjúp jarðar
ýmist minnkaði eða ykist. Hann dró
þannig fram, að ef ekkert koltvíoxíð
fyndist í gufuhvolfinu, myndi hita-
stig við yfirborð jarðar falla um 21
gráðu. Í slíku andrúmslofti mynd-
aðist mun minni vatnsgufa. Myndi
hitastig því lækka um aðrar 10 gráð-
ur af þeim sökum og verða um -15
gráður við yfirborð jarðar. Hann
leitað einnig svara við orsökum síð-
ustu ísaldar, en þær eru um margt
óljósar. Samkvæmt útreikningum
hans hefði styrkur koltvíoxíðs í and-
rúmsloft þurft að minnka í 0,65-0,55
af þáverandi styrk (sem var talinn
vera 0,03% af samtímamanni Arrhe-
nius, sænska jarðfræðingnum Arvid
Högbom) til þess að lækka meðal-
hita lofts um 4-5 gráður milli 40. og
50. breiddargráðu, eins og gerðist á
ísöld. Áður hafði John Tyndall ko-
mizt að svipaðri niðurstöðu um tilurð
ísaldar, þótt ekki fengizt skýring á
því, hvers vegna styrkur koltvíoxíðs í
andrúmslofti minnkaði svona mikið.
Þá hafði Högbom birt merka grein
um langtímasveiflur í magni kolsýru
í andrúmslofti og veðurfarsbreyt-
ingar vegna þeirra tveimur árum áð-
ur. Högbom fann það m.a. út, að los-
un koltvíoxíðs frá iðnaði og öðrum
mannlegum athöfnum á ári hverju,
aðallega vegna mikils bruna á kol-
um, væri orðin jöfn þeirri sem yrði af
náttúrulegum orsökum. Árleg viðbót
væri að vísu mjög lítil miðað við upp-
safnað koltvíoxíð í lofthjúpnum, lík-
lega um einn þúsund-
asti hluti. Arrhenius
ályktaði því, að and-
rúmsloft jarðar myndi
óhjákvæmilega fara
hlýnandi af þessum
sökum, þótt það tæki
langan tíma. Útreikn-
ingar hans sýndu m.a.,
að lofthiti á heim-
skautssvæðum myndi
hækka um 8-9 gráður á
Celsius, ef styrkur
koltvíoxíðs í andrúms-
lofti yrði 2,5 til þrisvar
sinnum meira en hann var 1896, og
meðalhitastig hækkaði um 5-6 gráð-
ur, ef hann tvöfaldaðist. Það myndi
hins vegar taka fleiri þúsund ár mið-
að við þáverandi losun koltvíoxíðs
frá iðnaði.
Niðurstöður Arrhenius
vekja athygli
Þessi grein Svantes Arrhenius
vakti mikla athygli fræðimanna um
allan heim og hann varð eftirsóttur
fyrirlesari til að útskýra kenningar
sínar. Hann fékk svo Nóbels-
verðlaunin í efnafræði 1903, en það
var reyndar fyrir annars konar
rannsóknir. Sagði þó ekki skilið við
kolsýruna og gaf út mikla bók um
rannsóknir sínar á áhrifum koltvíox-
íðs í andrúmslofti 1908 sem höfðaði
frekar til almennings. Þá hafði kola-
brennsla aukist verulega frá 1896,
svo að Arrhenius taldi að á nokkur
hundruð árum í stað þúsunda áður
myndi andrúmsloft jarðar hlýna
mikið. Hann áleit þó ásamt öðrum
fræðimönnum þess tíma að mann-
kyni stafaði lítil ógn af hugsanlegri
hlýnun andrúmslofts. Það myndi líða
svo langur tími þar til hún gæti orðið
veruleg og eins voru uppi hugmyndir
um að hafið myndi taka við öllu um-
frammagni af kolsýru í lofti sem
stafaði af manna völdum. Reyndar
hafði Högbom þegar bent á að hafið
gæti auðveldlega ráðið við 5/6 hluta
af allri viðbót kolsýru.
Kenning Arrhenius afsönnuð
Þrátt fyrir að kenningar Arrhe-
nius nytu almennt stuðnings fræði-
manna voru þó sumir þeirra á því að
margt væri við þær að athuga. Bent
var á að Arrhenius hefði einfaldað
loftslagskerfið um of. Það væri miklu
margbrotnara og flóknara en svo að
hægt væri að draga þær ályktanir
sem hann hefði gert. Myndi skýjafar
ekki breytast verulega ef loft hlýn-
aði?
Nú kom rothöggið. Samlandi
Arrhenius, eðlisfræðingurinn Knut
Ångström, ásamt aðstoðarmanni
sínum J. Koch, mældi endurspeglun
ljósgeisla í tveimur glerrörum, sem
voru annars vegar fyllt með venju-
legu lofti og hins vegar blandað með
koltvíoxíði. Fór tilraunin fram á eld-
fjallinu Pico del Teide á Teneríf eyju.
Þeir komust að þeirri niðurstöðu að
magn kolsýru í rörinu skipti litlu
máli fyrir endurkast varmageisl-
anna. Geislaróf vatnsgufu og kol-
sýru, sem þeir töldu vera samfellt,
skaraðist það mikið. Heildaráhrif
koltvíoxíðs í andrúmslofti, þ.e. geta
þess til ísogs og varmageislunar,
yrði aldrei meiri en 16% af því sem
vatnsgufan fengi áorkað, alveg sama
hversu mikið magn af kolsýru fynd-
ist í loftinu. Þar með væru kenningar
Svantes Arrhenius um hlýnun and-
rúmslofts vegna vaxandi styrks kolt-
víoxíðs í því byggðar á sandi. Banda-
ríski vísindamaðurinn Frank W.
Very komst að svipaðri niðurstöðu
með tilraunum sínum sama ár.
Þetta varð til þess að vísindamenn
misstu allan áhuga á koltvíoxíði í
andrúmslofti. Vatnsgufan sæi ein
um að halda áfram að ylja okkur.
Hugmynd Arrhenius um hlýnun
lofts af völdum aukinnar losunar á
koltvíoxíði var talin villukenning og
stuðningsmenn hennar játuðu sig
sigraða. Arrhenius svaraði að vísu
fyrir sig með langri grein þar sem
hann gagnrýndi mælinganiður-
stöður J. Koch, aðstoðarmanns
Ångström, harðlega og reyndi að
skýra betur út endurkastsáhrif
vatnsgufu og kolsýru á mismunandi
tíðnisviðum með flóknum líkingum.
En skaðinn var skeður. Svargrein
Arrhenius vakti litla athygli og þeir
sem lásu hana skildu hana illa. Þann-
ig liðu margir áratugir án þess að
mikið væri fjallað um loftslagsbreyt-
ingar eða hlýnun andrúmslofts.
30 árum síðar: hafði Arrhenius
ef til vill rétt fyrir sér?
Árið 1931 birtist grein eftir banda-
ríska eðlisfræðinginn E.O. Hulburt
um hvernig hitastig lægri hluta and-
rúmslofts (0-20 km) er háð ísogi og
endurspeglunareiginleikum ýmissa
lofttegunda þar sem sólarljós er eini
orkugjafinn. Hann beitti mun ná-
kvæmari reikningsaðferðum en
nítjándu aldar vísindamennirnir og
komst að þeirri niðurstöðu að kenn-
ing Tyndall um að síðasta ísöld hefði
stafað af mikilli minnkun kolsýru í
andrúmslofti, sem olli hitalækkun
um 4-5 gráður, hefði verið rétt. Hann
komst enn fremur að svipaðri nið-
urstöðu og Arrhenius, að tvö- eða
þrefaldist magn koltvíoxíðs í and-
rúmslofti hækkaði meðallofthiti um
fjórar og sjö gráður Kelvín við sjáv-
armál.
Því miður fór grein Hulburt fram
hjá flestum veðurfræðingum og vís-
indamönnum þess tíma, enda grein-
arhöfundur lítt þekktur. Nokkrum
árum síðar, eða 1938, birti brezki
verkfræðingurinn Guy Stewart Cal-
lendar grein þar sem hann dustaði
rykið af tilgátu og kenningum Svan-
tes Arrhenius. Hann taldi sig geta
sýnt fram á að bæði hitastig og kol-
tvíoxíð í andrúmslofti hefði farið vax-
andi síðustu hálfa öld og kolsýran
væri mjög kröftug lofttegund til að
fanga innrauða geisla. Grein Cal-
lendar vakti nokkra athygli en veð-
urfræðingar tóku hana lítt trúan-
lega. Vísindamenn héldu áfram að
þræta fyrir eða horfa framhjá kenn-
ingunni um koltvíoxíðáhrifin. Það
var því enn bið á því að eitthvað nýtt
gerðist í loftslagsmálum. Í úttekt
Félags bandarískra verðurfræðinga
frá 1951 er sagt að sú hugmynd að
koltvíoxíð í lofthjúpnum gæti haft
áhrif á loftslag jarðar hafi aldrei náð
miklu fylgi. Vísindamenn hafi orðið
afhuga henni, þegar það var upplýst,
að öll langbylgjugeislun sem kolt-
víoxíð í lofti gæti fangað, myndi
vatnsgufan ein sjá um. Þá var al-
mennt álitið að jörðin sæi sjálf um að
viðhalda jafnvægi í lofthjúpnum og
vísindamenn bentu einnig á að hafið
gæti innbyrt allt umframmagn af
gastegundum úr andrúmsloftinu,
þar með talið koltvíoxíð. Áfram var
þó minnzt á kenningar Arrhenius í
flestum kennslubókum, þótt ekki
væri til annars en segja frá því að
þær væru rangar.
Kenning Arrhenius
rís upp frá dauðum
Upp úr 1950 var farið að rannsaka
lofthjúp jarðar af miklum móð.
Hvatinn að slíkum rannsóknum var
þó aðallega hernaðarlegur – banda-
ríski herinn vildi vita hvað yrði um
eldflaugar sínar í himinhvolfinu og
litið var á könnun á veðurfari og eig-
inleikum úthafanna sem þjóðarör-
yggismál. Meðal annars hófust viða-
miklar rannsóknir á ísogi og
endurspeglun innrauðra geisla
(myrku hitageislarnir) á nýjan leik,
nú með miklu meiri þekkingu á eðl-
isfræði þeirra en nítjándu aldar
mennirnir höfðu yfir að ráða, svo að
ekki sé talað um tölvuna sem nú var
komin til sögunnar.
Vísindamenn gerðu sér nú fljót-
lega grein fyrir að tilraun Knuts
Ångström, þar sem sólarljósi var
hleypt gegnum glerrör með lofti og
kolsýru, var mjög ábótavant og túlk-
un hans á niðurstöðunum röng. Þá
kom einnig fram að aðstoðarmaður
hans, J. Koch, hafði ef til vill hagrætt
niðurstöðum mælinganna eða oftúlk-
að þær. Nýjar og nákvæmari mæl-
ingar sýndu að ekki er um að ræða
skörun milli vatnsgufu og koltvíoxíðs
á breiðu tíðnisviði við ísog innrauðra
geisla. Róf þessara loftegunda inni-
halda þrönga, staka tíðnistrimla,
þannig að geislarnir sleppa í gegn á
milli þeirra. Koltvíoxíðið getur því
drukkið í sig geisla sem sluppu gegn-
um vatnsgufuna og öfugt.
Bandarísku eðlisfræðingarnir
Lewis D. Kaplan og Gilbert N. Plass
notuðu flókin tölvuforrit til að reikna
feril innrauðra geisla gegnum and-
rúmsloft og endurspeglun þeirra.
Þeir staðfestu kenningar Arrhenius,
um að aukinn styrkur koltvíoxíðs
myndi valda meiri gróðurhúsaáhrif-
um og Plass reiknaði hitaaukningu
upp á 3-4 gráður, ef hann tvöfald-
aðist. Hann taldi enn fremur að lík-
legt væri að hitastig á yfirborði jarð-
ar myndi hækka um 1,1 gráðu á öld,
ef losun koltvíoxíðs af manna völdum
héldi áfram óbreytt. Reiknilíkan
Plass þótti ansi gróft, og gagnrýn-
endur bentu strax á að hann gerði
ekki ráð fyrir að hafið myndi smám
saman innbyrða umframmagnið.
Hann reiknaði nefnilega með að
koltvíoxíðið sem komið væri upp í
loftið héldist þar í þúsundir ára.
Getur hafið innbyrt
allt koltvíoxíð?
Lengi tekur sjórinn við er sagt og
það töldu menn svo sannarlega eiga
við um koltvíoxíðið. Þess vegna
þyrfti ekki að hafa áhyggjur af upp-
söfnun þess í andrúmslofti. Banda-
rísku vísindamennirnir Hans Suess
(efnafræðingur) og Roger Revell
(haffræðingur) fundu hins vegar út,
m.a. með athugun á dreifingu geisla-
virka kolefnisins C14, að sjórinn
myndi eiga í erfiðleikum með að inn-
byrða koltvíoxíðið og það gerðist
mjög hægt. Eins og Revell orðaði
það væri yfirborð sjávar í raun ein
efnakássa sem hefði mjög sérkenni-
legan dúaeiginleika er sæi um að
halda sýrustigi sjávarins stöðugu.
Þessi yfirborðskássa gæti í raun
ekki innbyrt mikið CO2 – varla einn
tíunda af því sem áður var talið.
Sænsku veðurfræðingarnir Bert
Bolin og Erik Erikson skýrðu svo
dúaeiginleika sjávar betur út og
staðfestu niðurstöður Suess og Re-
velle um getu hafsins til að taka við
koltvíoxíði. Þeir ályktuðu að þótt
sjórinn fangaði koltvíoxíð tiltölulega
fljótt mundi mest af því gufa aftur
upp í loftið áður en hafstraumarnir
næðu að sökkva því í hinum miklu
sökkbrunnum, þar sem heitir og
kaldir sjávarstraumar mætast. Einn
slíkur er norðvestur af Íslandi. Að
lokum mun sjórinn taka við öllu kolt-
víoxíðinu, en það getur tekið þús-
undir ára. Á meðan er það til staðar í
andrúmsloftinu og veldur auknum
gróðurhúsaáhrifum.
Vakin athygli á
hættu á hlýnun jarðar
Þessar rannsóknaniðurstöður
urðu til þess að fleiri bandarískir vís-
indamenn vöktu athygli almennings
og fjölmiðla á þeirri hættu sem aukin
gróðurhúsaáhrif gætu haft í för með
sér. Enn var þó langt í land, að vís-
indamenn tækju almennt undir þessi
sjónarmið. Og flestir þeirra fullir
efasemda. Þróun kenningarinnar um
hlýnun andrúmslofts vegna aukins
styrks koltvíoxíðs í lofthjúp jarðar
minnir um margt á landrekskenn-
inguna. Þegar Alfred Wegener setti
hana fyrst fram 1908, fékk hún
dræmar undirtektir jarðfræðinga og
annarra vísindamanna. Flestir
þeirra höfnuðu alfarið þeirri hug-
mynd Wegener að heimsálfurnar
hefðu einu sinni verið fastar saman í
Pangeu, al-landinu og síðan rekið
brott hver frá annarri. Það var ekki
fyrr en rúmlega fimmtíu árum síðar
að kenningin um jarðskorpuflekana,
sem sigla ofan á linhvolfinu, var al-
mennt viðurkennd. Má segja að
smiðshöggið hafi verið rekið í
Kröflueldum 1975-1984 þar sem hún
fékkst endanlega staðfest.
Um gróðurhúsaáhrif kolsýru
Eftir Júlíus Sólnes
»Hugmynd Arrhenius
um hlýnun lofts af
völdum aukinnar los-
unar á koltvíoxíði var
talin villukenning og
stuðningsmenn hennar
játuðu sig sigraða.
Júlíus Sólnes
Höfundur er prófessor emerítus
og fv. umhverfisráðherra.
Mynd/BillionPhotos.com – Fotolia
Mynd/Wikipedia
Fræðimaður Sænski eðlisfræðing-
urinn Svante August Arrhenius
(1859-1927) vakti einna fyrstur
manna athygli á því, að vaxandi
styrkur koltvíoxíðs í andrúmslofti
myndi valda hlýnun þess.
Hafnargata –
Seyðisfirði
Gott hús á frábærum stað við Hafnargötu á Seyðisfirði sem hentað getur
fyrir hverskonar þjónustustarfsemi s.s. veitinga- eða kaffihús og margt
fleira. Húsið er í góðu ástandi og hefur síðustu misseri hýst starfsemi
Landsbankans og Íslandspósts. Rúmgóður bílskúr er við húsið og lóð er
frágengin með bundnu slitlagi. Heildarstærð eignarinnar er 223,0 m².
Nánari upplýsingar hjá INNI fasteignasölu
s.580 7905 eða á www.inni.is.