Inngangur
Síðastliðin 25 ár eða svo hefur hækkun hitastigs á jörðinni verið mikið á dagskrá. Alþjóðlegar ráðstefnur hafa verið haldnar og nýlega var haldin mikil ráðstefna í París. Þar komu tugþúsundir manna saman og ræddu áhrif koltvísýrings á hitastig jarðar. Áhrif náttúrunnar á langtíma hitabreytingar fengu enga athygli.
Umræður um losun koltvísýrings (koltvíildis, kolsýru – CO2) af mannavöldum hafa vakið áhuga margra á að kynna sér ástæður veðurfarsbreytinga í nútíð og fortíð. Miklar breytingar á veðurfari hafa orðið að því er virðist “af sjálfu sér” sé litið hundruð eða þúsundir ára aftur í tímann. Auðvitað gerist slíkt ekki af sjálfu sér, eitthvað hlýtur að koma ferlinu af stað. Getur verið að þetta “eitthvað” sé einnig að hafa áhrif á veðrið á þessari öld? Hvað er þetta “eitthvað”? Getum við búist við að það muni haga sér á sama hátt og það hefur gert oft áður, þ.e. komið, staldrað við og horfið síðan á braut? Um það fjallar þessi grein.
Áður en við fjöllum um þetta dularfulla “eitthvað” er rétt að skoða nánar hvað hefur verið á seyði undanfarin árþúsund og jafnvel enn í dag.
Hitafar frá síðustu ísöld fyrir um 11.000 árum
Mynd 1 sýnir niðurstöður mælinga á ískjörnum fengnum úr rúmlega 3000 metra djúpri holu sem boruð var í Grænlandsjökul. Með rannsóknum á magni samstætna súrefnis (oxygen isotopes) hefur verið hægt að áætla hitastig á yfirborði jökulsins þúsundir ára aftur í tíma. Þessi ferill nær yfir 11.000 ár, þ.e. aftur til loka ísaldar þegar þykk íshella þakti stóran hluta jarðar.
Ferillinn nær þó af mælitæknilegum ástæðum aðeins til ársins 1854, en hefur verið mjög lauslega framlengdur til dagsins í dag með strikuðu línunni lengst til hægri.
Svæðin sem merkt eru með grænu eru sérlega áhugaverð. Lengst til hægri eru hlýindin sem glatt hafa okkur undanfarna áratugi og kallast Modern Warm Period. Fyrir um 1000 árum var annað hlýskeið sem stóð nokkra áratugi og kallast Medieval Warm Period. Þá var jafnvel hlýrra en í dag, að minnsta kosti jafn hlýtt. Fyrir 2000 árum, meðan á Roman Warm Period stóð, var svo enn hlýrra og mun hlýrra var fyrir rúmum 3000 árum á tímabili sem kallað er Minoan Warm Period. Hvað veldur þessum áratugalöngu hlýskeiðum sem hafa komið reglulega með um 1000 ára millibili? Við getum skyggnst lengra aftur í tíma og sjáum að fyrir 7000 og 8000 árum var lang hlýast frá því er ísöld lauk. Holocene Climate Optimum kallast sá tími.
Vissulega er þessi ferill aðeins frá Grænlandi og sýnir breytingar þar. Það má þó teljast líklegt að hann endurspegli í stórum dráttum breytingar í hitafari jarðar frá því er ísöld lauk.
Mynd 1: Niðurstöður mælinga á ískjörnum fengnum úr rúmlega 3000 metra djúpri holu sem boruð var í Grænlandsjökul. Skammvinn hlýskeið eru sýnd með grænu.
Stækka má myndir með því að smella á þær.
Mynd 1a: Annað sjónarhorn á niðurstöðurnar frá Grænlandsjökli
Áleitnar spurningar vakna þegar horft er á þessa mynd. Hýindin fyrir 1000, 2000, 3000, o.fl. árum voru örugglega ekki af mannavöldum. Þetta voru heitari tímabil en við upplifum nú. Hvernig getum við verið viss um að hlýindin nú stafi að mestu leyti af hegðun okkar? Getur ekki verið að núverandi góðæri í veðurfari undanfarið stafi af sömu orsökum og oft áður? Er ekki full ástæða til að velta fyrir sér hvaða náttúrulegu ástæður hafi valdið þessum hitasveiflum á undanförnum árþúsundum og hvort að náttúran sé ekki enn að verki?
Minni okkar er stutt, og sjálf skynjum við ekki nema nokkra áratugi til baka. Ef til vill er það þess vegna sem menn hafa einblínt á gróðurhúsaáhrif vegna aukningar koltvísýrings í andrúmsloftinu. Þessi kenning hefur verið mjög vinsæl, það vinsæl að ekki hefur verið hlustað nægilega vel á gagnrýni sem komið hefur fram frá virtum vísindamönnum í loftslagsfræðum, stjarneðlisfræði o.fl. sem telja að náttúran eigi stóran þátt í breytingum, nú sem á öldum áður.
Breytingar síðan Ísland var numið
Breytingar í veðurfari á síðustu öldum eru vel þekktar. Sjá mynd 2. Á landnámsöld var jafnvel hlýrra á jörðinni en í dag, Ísland var þá viði vaxið milli fjalls og fjöru og vínviður óx jafnvel í Englandi. Þá voru hinir miklu landafundir norrænna manna, sem ekki víluðu fyrir sér að sigla í opnum bátum landa og heimsálfa á milli. Leifur heppni Eiríksson fann Vínland þar sem vínviður óx. Eiríkur rauði stofnaði byggð í Grænlandi árið 985 er hann sigldi með 25 skip Íslendinga þangað. Fundist hafa merki um ræktun korns þar og ölgerð þessara norrænu manna.
Eftir um 1200 fór heimurinn að kólna. Þá gekk í garð langt tímabil sem menn hafa nefnt “Litlu ísöldina”. Mikil harðindi urðu á Íslandi, byggð norrænna manna í Grænlandi leið undir lok og kuldinn var það mikill í Englandi að Thames lagði sum árin á vetrum. Áhrifa litlu ísaldarinnar gætti um allan heim næstu aldirnar.
Mynd 2: Hnattrænar hitabreytingar síðastliðin 2000 ár.
Gamla málverkið á mynd 3 eftir Abraham Hondius og er frá 1677. Horft er niður eftir ánni í átt að gömlu Lundúnarbrúnni. Lengst til hægri handan brúarinnar er Southwark Cathedral, og þar til vinstri sést í turn St. Olave’s Church.
Takið eftir ísjökunum, sem virðast um hálfur annar metri á þykkt. Hvernig stendur á þessum ósköpum? Eitt kaldasta tímabil Litlu ísaldarinnar svokölluðu stóð yfir meðan virkni sólar var í lágmaki sem kallast Maunder minimum. Það stóð yfir um það bil frá 1645 til 1715. Þá sáust hvorki sólblettir né norðurljós og fimbulkuldi ríkt víða. Málverkið er frá þessu kuldaskeiði.
Mynd 3: Meðan á litlu ísöldinni stóð var áin Thames við London oft ísi lögð.
Málverkið er eftir Abraham Hondius (1630-1695). Museum of London. Fleiri myndir af “Frost Fairs” á Thames eru til.
Horft er niður eftir ánni í átt að gömlu Lundúnarbrúnni. Lengst til hægri handan brúarinnar er Southwark Cathedral, og þar til vinstri sést í turn St. Olave’s Church.
Hvernig var ástandið á Íslandi um þetta leyti? Þór Jakobsson segir þetta í erindi sínu “Um hafís fyrir Suðurlandi – frá landnámi til þessa dags” sem finna má á vef Veðurstofunnar:
“1695. Óvanalega miklir hafísar. Ís rak um veturinn upp að Norðurlandi og lá hann fram um þing, norðanveður ráku ísinn austur fyrir og svo suður, var hann kominn fyrir Þorlákshöfn fyrir sumarmál og sunnudaginn fyrstan í sumri (14. apríl) rak hann fyrir Reykjanes og Garð og inn á fiskileitir Seltirninga og að lokum að Hvalseyjum og í Hítarós, fór hann inn á hverja vík. Hafði ís ei komið fyrir Suðurnes innan 80 ára, þótti því mörgum nýstárlegt og undrum gegna um komu hans. Þá mátti ganga á ísum af Akranesi í Hólmakaupstað (Reykjavík) og var ísinn á Faxaflóa fram um vertíðarlok rúmlega, braut hann skip undan 6 mönnum fyrir Garði, en þeir gengu allir til lands”.
Um 1900 fer heimurinn að hlýna á nýjan leik og hefur sú þróun haldist til dagsins í dag, – með rykkjum þó. Við vitum hvernig ástandið var hér á landi seint á 19. öld þegar vesturferðir Íslendinga stóðu sem hæst, og fólk flúði harðindi og fátækt sem af því leiddi. Við höfum heyrt af frostavetrinum mikla 1918, síðan komu veruleg hlýindi fram að stríðsárum, þá nokkur kólnun fram til um 1975 er fer að hlýna aftur. Auk þessara breytinga eru smá sveiflur frá ári til árs, sem eru breytilegar frá einu landi til annars, eins og við könnumst við. Hér á norðurslóðum, þar sem meðalhiti ársins er ekki nema nokkrar gráður yfir frostmarki erum við miklu næmari fyrir smávægilegum hitafarsbreytingum en sunnar í álfunni þar sem ársmeðalhitinn er mun hærri.
Hvenær lauk Litlu ísöldinni? Um það má deila, sumir miða við áeið 1900 og enn aðrir vilja meina að frostaveturinn 1918 hafi verið dauðakippir þessa langa kuldaskeiðs.
Hlýnun síðastliðin 150 ár frá Litlu ísöldinni
Samkvæmt mælingum er talið að hitastig jarðar hafi hækkað um því sem næst 0,8°C síðan um 1850. Hvers vegna 1850? Jú það er vegna þess að sæmilega áreiðanlegar eldri mælingar á lofthita eru ekki til. Þá var Litlu ísöldinni ekki lokið. Verulegur hluti þessa tímabils, um það bil hálf öld, tilheyrir Litlu ísöldinni. Skekkir það ekki aðeins myndina?
Menn hafa af því miklar áhyggjur að meðalhiti jarðar hafi hækkað um því sem næst 0,8 gráður á 150 árum. Hver vill fullyrða að um 1850, á síðustu áratugum Litlu ísaldar, hafi veðurfar verið “rétt” og öll hækkun hita síðan þá sé “röng” og hættuleg? Það merkilega er að þetta er kjarninn í umræðunni um loftslagsmálin.
Reyndar er mjög oft talað um að þessi hækkun lofthita um 0,8°C sé "frá upphafi iðnbyltingar". Iðnbyltingin hófst um 1750, en þá voru enn eftir 150 ár af Litlu ísöldinni. Hvers vegna í ósköpunum er verið að miða við þetta kalda tímabil þegar hungur og sjúkdómar fóru illa með fólk?
Við sjáum greinilega á hitaferlinum frá Bresku Veðurstofunni (mynd 4) að Litlu Ísöldinni lýkur ekki fyrr en um 1920, þá verður mjög hröð hlýnun fram að 1945, síðan kyrrstaða til um 1975 er hitinn fer að rísa hratt til ársins 2000, og að lokum kyrrstaða til dagsins í dag.
Eftirtektarvert er að á tímabilinu 1920 til 1945 er álíka hröð og álíka mikil hækkun á hitastigi og á tímabilinu 1975 til 2000. Hvort tveggja 25 ára tímabil. Það er umhugsunarvert að losun manna á koltvísýringi var tiltölulega lítil fyrr en eftir miðja síðustu öld er losunin fór hratt vaxandi. Það flækir auðvitað málið dálítið. Var það kannski náttúran sem var að verki á fyrra tímabilinu og mannfólkið á hinu síðara? Eða á náttúran einhvern þá í hitabreytingunum yfir allt tímabilið?
Við tökum eftir því að meðalhitinn yfir allt tímabilið er nokkurn vegin sá sami og mældist í kyrrstöðunni 1945-1975. Væri ekki eðlilegra að miða hækkun lofthitans við það tímabil frekar en Litlu Ísöldina eins og gert er? Þá væri hækkunin sem við værum með áhyggjur af um 0,5 gráður í stað 0,8 gráða.
Mynd 4: Myndin er frá Bresku veðurstofunni Met Office. Hún sýnir frávik í meðalhita tímabilsins 1850 til 2014. Á þessum tíma hefur styrkur koltvísýrings aukist frá 0,03% í 0,04%.
Mynd 4a: Önnur mynd frá Bresku veðurstofunni Met Office. Stór hluti ferilsins tilheyrir Litlu ísöldinni, en nær þó ekki aftur til upphafs iðnbyltingar um 1750
Kyrrstaða hlýnunar frá aldamótum
Náttúran hefurverið að stríða okkur frá aldamótum, því eitthvað veldur því að meðalhiti jarðar hefur meira og minna staðið í stað frá aldamótum eins og sést á mynd 5, þrátt fyrir sívaxandi losun manna á koltvísýringi CO2.
Hitamælingar á lofthjúpnum fara í aðalatriðum fram á tvennan hátt: Með hefðbundnum hitamælum á veðurstöðvum víða um heim og frá gervihnöttum. Mælingar frá gervihnöttum hafa það fram yfir kvikasilfursmælana að gervihnettirnir mæla yfir allan hnöttinn, byggð ból, hafið, eyðimerkur, fjöll og firnindi. Svokölluð þéttbýlisáhrif trufla ekki þær mælingar, en við vitum flest hve miklu heitara er innan borgarmarkanna en utan þeirra. Þessar mælingar frá gervihnöttum ná þó aðeins aftur til ársins 1979. Á þeim má greina áhrif frá stórum eldgosum og fyrirbærum í Kyrrahafinu sem kölluð eru El Niño og La Niña. Um þessar mundir er öflugt El Niño í gangi sem veldur nokkurra mánaða hækkun hitastigs og veðurbreytingum víða um heim.
Mynd 5: Hitamælingar frá gervihnöttum sýna kyrrstöðu í hlýnun frá síðustu aldamótum
(Myndin uppfærð í desember 2016)
Ástæður loftslagsbreytinga og hvað er þetta «eitthvað» sem minnst var á í innganginum?
Ljóst er að ýmislegt annað getur haft áhrif á loftslagsbreytingar en koltvísýringur. Margir þekkja snjallar kenningar hins virta vísindamanns Páls Bergþórssonar um samspil breytilegs endurskins frá hafís sem orsakavald hinnar velþekktu 60 ára sveiflu í hitafari. Hann hélt nýlega áhugavert erindi á Aðventuþingi félags veðurfræðinga. Sjá erindið hér. Margir beina sjónum að sólinni, okkar eina hitagjafa. Sólin á mynd 6 er svokölluð breytistjarna sem jörðin er í nábýli við. Frá henni streymir breytilegur sólvindurinn sem veldur fallegum norðurljósum, og gæti átt verulegan þátt í hitasveiflum undanfarinna alda og árþúsunda samkvæmt velþekktum kenningum prófessors Henriks Svensmark.
Mynd 6: Sólin er breytileg stjarna. Virkni hennar gengur í bylgjum. Sveiflurnar eru áratuga, árhundraða og árþúsunda langar. Jörðin er í nábýli við þessa dagstjörnu.
Á mynd 7 má sjá breytingar í heildarútgeislun sólar frá árinu 1610 til 2014. Eins og sjá má, þá er hún í hæstu hæðum á síðarihluta nýliðinnar aldar, og nú er heildarútgeislunin farin að dala aftur. Maunder lágmarkið frá 1650-1700 leynir sér ekki.
Breytingin í heildarútgeislun er reyndar heldur lítil til að skýra hitabreytingar undanfarið þannig að leita þarf annarra skýringa. Skýringin gæti legið í útfjólubláa þætti sólarljóssins og beinast augu vísindamanna nú að þeim möguleika.
Mynd 7: Heildarútgeislun sólar hefur aukist jafnt og þétt síðastliðin 400 ár ásamt því sem hnattræn hlýnun hefur átt sér stað. Nú kann virkni sólar að fara minnkandi á næstu árum.
Breyting í heildarútgeislun er aðeins um 0,2% yfir allt tímabilið, en breyting í útfjólubláa ljósinu (Extreme UltraViolet-EUV) yfir aðeins eina 11 ára sólsveiflu er um tíföld eða 1000 %. Jafnvel tvöfalt það eins og sést á mynd 8 frá japönsku geimferðastofnunni.
Mynd 8: 20-föld (2000 %) breyting á útfjólublárri útgeislun sólar yfir 11 ára tímabil.
Sólvirknin hefur minnkað hratt á síðustu árum. Kyrrstaða hefur verið í hitastigi undanfarinn hálfan annan áratug. Er það tilviljun að það fer saman? Kannski. Eða, er það merki þess að hámarkinu sé náð og hlýskeiðið að ganga niður, eins og það gerði fyrir 1000, 2000 og 3000 árum eftir nokkurra áratuga löng góðæri? Því hafa ýmsir vísindamenn spáð, en fáir hlustað. Fari svo, þá mun það koma í ljós innan áratugar.
Samantekt
Í fyrirsögn var spurt: Loftslagsbreytingar af völdum manna eða náttúru, eða kannski hvort tveggja?
Ætli svarið sé ekki "hvort tveggja".
Áður hefur sá sem hér ritar gert því skóna að skiptingin gæti hafa verið verið milli eftirfarinna þátta undanfarna áratugi:
- Ytri sveiflur sem væru þá helst breytingar í sólinni.
- Innri sveiflur svo sem breytingar í hafstraumum og breytingar í hafís/endurskini eins og Páll Bergþórsson hefur bent á.
- Stígandi sem stafar af sífelt meiri losun á koltvísýringi.
Þetta er semsagt flókið samspil náttúrulegra fyrirbæra og áhrifa losunar manna á koltvísýringi. Hve mikið hver þessara þriggja þátta vegur er ómögulegt að segja. Við getum þess vegna til einföldunar og bráðabirgða sagt er hver þáttur valdi svo sem þriðjungi, en auðvitað er það bara órökstudd ágiskun þar til við vitum betur...
--- --- ---
Jákvæð áhrif aukningar CO2
Fátt er svo með öllu illt, að ekki boði nokkuð gott.
Koltvísýringur er ekki eitraður. Hann er undirstaða alls lífs á jörðinni. Án hans yxi ekki grænn góður og matvælaframleiðsla væri engin. Dýralíf lítið sem ekkert og víst er að við værum ekki hér.
Með hjálp sólar vinna plönturnar mjölvi og sykur úr koltvísýringnum og losa frá sér súrefni. Lífsandi plantanna er koltvísýringur, en okkar lífsandi er súrefnið. Án grænu plantanan væri ekkert súrefni og því ekkert dýralíf.
Aukning koltvísýrings í andrúmsloftinu eykur verulega vaxtarhraða gróðurs. Það hefur mjög jákvæð áhrif á matvælaframleiðslu heimsins. Ekki veitir af.
Hér á landi hefur gróðri fleygt fram á undanförnum árum. Skógarmörk hafa hækkað og víða má sjá sjálfsáð tré vaxa upp þar sem áður var auðn. Við getum þakkað það bæði hækkuðum lofthita og auknum styrk koltvísýrings.
Íslenskir gróðurhúsabændur vita að hægt er að auka framleiðsluna verulega með því að losa koltvísýring inn í gróðurhúsin. Þess vegana má iðulega sjá stálgeyma eða stærri tanka með koltvísýringi fyrir utan gróðurhúsin eins og á mynd 9 sem tekin var fyrir utan gróðurhús í uppsveitunum. Inni í gróðurhúsunum er styrkur koltvísýrings tvöfaldur til fjórfaldur þess sem er utan þeirra.
Mynd 10: Tilraunir hafa verið gerðar í því skyni að mæla vaxtarhraða plantna við mismunsandi styrk koltvísýrings. Á myndinni er verið að gera tilraunir með furu. Lengst til vinstri er styrkurinn sá sami og í andrúmsloftinu, eða 400 ppm (0,04%). Á næstu mynd hefur 150 ppm verið bætt við þannig að styrkurinn verður 550 ppm. Á þriðju myndinni er styrkurinn orðinn 700 ppm og á þeirri fjórðu 850 ppm, eða meiri en tvöfaldur þess sem er í andrúmsloftinu utandyra. Þetta kunna plönturnar svo sannarlega að meta og vaxtarhraðinn tvöfaldast.
Aukinn styrkur koltvísýrings og hærri lofthiti hafa gert það að verkum að gróður jarðar hefur aukist. Matvælaframleiðsla í hungruðum heimi hefur af þeim sökum aukist. Hún er að verða grænni samkvæmt gervihnattamyndum. Um það má lesa á vefsíðu NASA sem nefnist Global Garden Gets Greener, en þar er að finna mynd 11.
Mynd 11: Hin grænkandi jörð samkvæmt vefsíðu NASA.
Höfum það hugfast að koltvísýringur, undirstaða lífs á jörðinni, er ekki mengun. Magn koltvísýrings í andrúmsloftinu mælist nú 0,04%. Munum einnig að við erum í nábýli við stjörnu sem við köllum sól. Sólin veitir okkur birtu og yl sem breytist með sveiflum sem ná yfir áratugi, árhundruð og árþúsund. Munum eftir sveiflum í Atlantshafinu og Kyrrahafinu. Munum eftir sveiflum í útbreiðslu hafíss og breytlegu endurskini. Munum eftir…
--- --- ---
Vetrarsólstöður eru í ár 22. desember. Sólin verður þá lægst á lofti og dagurinn stystur. Á Þorláksmessu fer sólin að hækka á lofti og dagurinn að lengjast, þó ekki muni nema hænufeti fyrst í stað. Áður en við vitum af fer vorilmur að finnast í lofti, fuglar að syngja, ástin blómstrar og vorið er komið!
Það er því tilefni að fagna. Það munum við gera á hinni ævagömlu hátíð Jólunum.
"Fyrsta sólarhring frá sólstöðum lengist sólargangurinn í Reykjavík um 9 sekúndur. Annan daginn lengist hann um 27 sekúndur og þriðja daginn um 44 sekúndur. Þetta eru sem sagt "hænufetin" í Reykjavík. Á Akureyri er fyrsta hænufetið 12 sekúndur, hið næsta 37 sekúndur og hið þriðja 62 sekúndur", stendur í grein eftir Þorstein Sæmundsson sem birtist í Almanaki Háskólans árið 1993. Greinina má lesa hér.
Gleðileg Jól
Erindi Páls Bergþórssonar á Aðventuþingi
RSS
