CO2 (KULDIOXID)

CO2 (KULDIOXID)

I dag er niveauet af kuldioxid i atmosfæren højere end på noget tidspunkt i menneskets historie. Den 1. januar 2020 vil niveauet ligge omkring 412 ppm (parts per million) – det vil sige 412 dele pr. million luftmolekyler.


Koncentrationen af kuldioxid er så lille, at den blot udgør 0,041 procent af Jordens atmosfære, og af den mængde er menneskelige aktiviteter kun ansvarlig for 32 procent.


Umiddelbart kan man undre sig over, at så lidt har så stor betydning, som forskerne påstår, men nøglen til kuldioxids kraftige indflydelse på klimaet er dets evne til at absorbere den varme, som udstråles fra Jordens overflade, og dermed forhindre varmen i at slippe ud i rummet.


De forskere, som i 1850’erne første gang identificerede kuldioxids vigtighed for klimaet, var da også forbavset over dets indflydelse. Det var John Tyndall i England og Eunice Foote i USA, som uafhængig af hinanden fandt, at kuldioxid, vanddamp og metan alle absorberede varme, mens mere almindelige luftarter ikke gjorde.


Tyndall og Foote påviste, at kvælstof og ilt, som tilsammen udgør 99 procent af atmosfæren reelt ikke havde nogen indflydelse på Jordens temperatur, fordi de ikke absorberede varme. I stedet fandt de, at luftarter, som var til stede i meget mindre koncentrationer, alene var ansvarlig for at opretholde temperaturer, der gjorde Jorden beboelig ved at opfange varme og skabe en naturlig drivhuseffekt.


Jorden modtager til stadighed energi fra Solen og udstråler den tilbage til rummet igen. For at Jordens temperatur kan forblive konstant, skal nettovarmen, som den modtager fra Solen, afbalanceres med den varme, som sendes tilbage til rummet.


Da Solen er varm, afgiver den sin energi i form af kortbølget stråling i hovedsageligt ultraviolette og synlige bølgelængder. Jorden er meget køligere, så den udsender varme som infrarød stråling, der har større bølgelængder.

Det elektromagnetiske spektrum spænder over alle typer elektromagnetisk stråling - energi, der forplanter sig og spredes undervejs. Solen er meget varmere end Jorden, så den udsender stråling med et højere energiniveau, der har en kortere bølgelængde.

Kuldioxid og andre varmeopfangende luftarter har en molekylær struktur, der gør dem i stand til at absorbere infrarød stråling. Bindingerne mellem atomerne i et molekyle kan vibrere på en bestemt måde ligesom tonehøjden i en klaverstreng. Når energien i en foton er i overensstemmelse med molekylets frekvens, absorberes den, og dens energi overføres til molekylet.


Kuldioxid og andre varmeopfangende luftarter har tre eller flere atomer og frekvenser, som er i overensstemmelse med den infrarøde stråling, der udsendes af Jorden. Ilt og kvælstof, der blot har to atomer i deres molekyler, absorberer ikke infrarød stråling.


Det meste af den kortbølgede stråling fra Solen passerer gennem atmosfæren uden at blive absorberet. Men det meste af den udgående infrarøde stråling absorberes af varmeopfangende luftarter i atmosfæren. De kan så frigive eller genudstråle den varme. Noget vender tilbage til Jordens overflade og gør den varmere end den ellers ville være.

Jorden modtager solenergi fra Solen (gul), og sender energi tilbage til rummet ved at reflektere noget af det indkommende lys og ved at udstråle varme (rød). Drivhusgasser opfanger noget af den varme, og sender det tilbage til Jordens overflade. (NASA)

Det var militær forskning i varmesøgende missiler i USA, der gjorde forskerne i stand til at forstå de klimatiske og atmosfæriske forhold i alle solsystemets planeter ved at observere deres infrarøde signatur. For eksempel har Venus en temperatur på omkring 470 ºC, fordi dens tykke atmosfære består af 96,5 procent kuldioxid.


Man kan spørge, hvorfor kuldioxid er vigtig for klimaet, når vanddamp absorberer mere infrarød stråling, og når de to luftarter absorberer på mange af de samme bølgelængder? Svaret er, at Jordens øvre atmosfære kontrollerer den stråling, som slipper ud i rummet. Den øvre atmosfære er meget mindre tæt og indeholder meget mindre vanddamp end nær jordoverfladen, hvilket betyder, at tilførsel af mere kuldioxid har betydelig indflydelse på, hvor meget infrarød stråling der slipper ud i rummet.

Kuldioxidniveauer stiger og falder Jorden rundt, og ændrer sig med årstiderne i takt med plantevækst og forrådnelse.

Ørkener er ofte koldere om natten end skove – også selv om deres gennemsnitstemperatur er den samme. Uden ret meget vanddamp i atmosfæren over ørkener, slipper den varmeudstråling, de afgiver, nemt ud i rummet. I mere fugtige regioner opfanges udstrålingen fra overfladen af vanddamp i luften. Ligeledes har overskyede nætter en tilbøjelighed til at være varmere end skyfrie nætter, fordi mere vanddamp er til stede.


Påvirkningen fra kuldioxid kan aflæses i tidligere tiders ændringer i klimaet. Iskerner fra den sidste million år har vist, at koncentrationerne af kuldioxid var højere i varme perioder – cirka 0,028 procent. Under istider, da Jorden var omkring 4 til 7 ºC køligere end i det 20. århundrede, var indholdet af kuldioxid i atmosfæren blot omkring 0,018 procent.


Selv om vanddamp er vigtigere for den naturlige drivhuseffekt, har ændringer i kuldioxid-niveauet drevet tidligere tiders temperaturændringer. I modsætning hertil reagerer niveauet af vanddamp i atmosfæren på temperatur. Når Jorden bliver varmere, kan dens atmosfære indeholde mere vanddamp, hvilket forstærker opvarmningen i en proces, som kaldes ”vanddamp-feedback”. Variationer i kuldioxidindholdet har således haft den kontrollerende indflydelse på tidligere tiders klimaændringer.


I dag er kuldioxid-niveauet højere end på noget tidspunkt i menneskehedens historie. Forskerne er stort set enige om, at Jordens gennemsnitlige overfladetemperatur allerede er steget med cirka 1 ºC siden 1880’erne, og at den menneskeskabte stigning i kuldioxid-niveauet og i andre varmeabsorberende luftarter uden tvivl er ansvarlig.


Uden tiltag, der skal kontrollere udledningerne, kan kuldioxid ende med at udgøre 0,1 procent af atmosfæren i år 2100 – mere end tre gange så højt et niveau som før den industrielle revolution. Det vil i så fald betyde en hurtigere ændring i Jordens klima, end man tidligere har set, og dengang havde det enorme konsekvenser.


Dette indlæg bygger hovedsageligt på en artikel på netmediet The Conversation.

While it's true that Earth's temperatures and carbon dioxide levels have always fluctuated, the reality is that humans' greenhouse emissions since the industrial revolution have put us in uncharted territory.

Written by Dr Benjamin Henley and Assoc Prof Nerilie Abrams. Animated and edited by Wes Mountain for The Conversation. Music: Kevin Macleod - Faster Does It