Geoklima i endring - - det store bildet. ÅgeBorg-Andersen 2007

Vårherres klinkekuler ~ Tekst: Erik Bye ~ Melodi: Finn Ludt Jeg drømte at Vårherre var en pode med reven brok og skrubbsår på hver legg. Jeg så ham klinke kuler med vår klode i muntre sprett mot universets vegg. Han klinket, han var glad og det var sommer og solen tente lyn i farget glass. Og tusen kloder rislet fra hans lommer for i Vårherres lommer er det plass. Og klodene fikk danse, sveve, trille til glede for hans hjerte og hans syn. Så ble han distrahert, og glemte spillet: En sommerfugl strøk vingen mot hans bryn! Å, for en dag å fange sommerfugler! Det vakreste av alt han hadde skapt. På marken lå Vårherres klinkekuler og følte seg alene og fortapt. Omsider kom han, trett som alle poder når det er kveld og leken har vært sen. Han lå på kne og samlet sine kloder. Da så han at han hadde mistet en. «Den lille blå! Den minste av dem alle!» Han lette under gress og sten og hekk. «Og den som var så blank i solefallet!» Men mørket kom, og kulen – den var vekk! Det var vår egen Jord som var blitt borte, og marken lå der nattekald og våt. Og Gud gikk hjem og hutret i sin skjorte. Men jeg kan ikke minnes om han gråt. Og vi som av den lille jord er båren og tror at intet teller uten den, får drømme at Han leter mer i morgen og håpe at Han finner oss igjen. ÅgeBorg-Andersen 2007 Åge Borg-Andersen 2007

Vår sårbare klode Jordens radius er ca. 6.400 km. Atmosfæren er 500-1000 km tykk Troposfæren er 10-14 km tykk. ca. 80% av atmosfærens masse Gjennomsnittstemp. ca. 15oC 10-18 km 64.000 km Vår klode er stor, men akk så liten. Omkretsen er drøye 400.000 km, eller 40.000 mil. Intet er uforandelig på denne klode, alt lever. Under føttene våre er det altså 6.400 km med fast masse, skjønt ”fast” er en overdrivelse, for alt er i bevegelse. Kontinentene er i bevegelse. Kontinentaldrift, A. Wegener 1920, og alle lo. Troposfæren som vi lever i, er et tynt skall, tynnere enn avstanden mellom Røyken og Drammen (18 km), som vi gjør unna i løpet av 20 minutter! Osonlaget er ca 30 km over bakken. At the exosphere, beginning at 500 to 1,000 km above the Earth's surface, the atmosphere blends into space. The few particles of gas here can reach 2,500°C (4500°F) during the day. Sammensetning: Nitrogen 78 % Oksygen 21 % Argon 1 % mange andre stoffer, inkl. vann 0-7 % oson 0-0,01 % karbon dioksyd 0,01-1%) http://www.nobleednews.com/earth's_atmosphere.htm Er kloden en håndball, er troposfæren 1 tusendels cm tykk http://en.wikipedia.org/wiki/Image:The_Earth_seen_from_Apollo_17.jpg Humus-laget er 0-ca. 50 cm tykt ÅgeBorg-Andersen 2007 Åge Borg-Andersen 2007

Kloden vil bli minst 2o C varmere Drivhuseffekten er kjent for alle. Uten den, ville kloden vært 30 grader kaldere og sannsynligvis ubeboelig. Men nå har menneskene pumpet ut CO2, metan og andre ekle gasser i 150 år, og vi ser nå konsekvensene: Kloden blir varmere – ca. 0,8 grader varmere enn før-industriell tid. Det er enighet om at denne oppvarmingen skyldes oss selv. Hver bil produserer 150 g CO2 pr km. Norge slipper ut 60 mill tonn CO2-ekv. årlig. Verden slipper ut ca. 50 milliarder tonn, og øker med 2-3% pr. år. IPCC=International Panel on Climate Change kom nylig ut med en ny rapport, som er skremmende lesning (kommer tilbake til det), men konkluderer med at dersom kloden blir mer enn 2-3 grader varmere enn før industriell tid, så vil det skape ekle ting. 2 grader er nivået EU, Norge og flere andre land har "vedtatt" er grensen for farlige klimaendringer. I 2050 er Norge ca. 2 grader varmere i årsmiddeltemperatur. Det tilsvarer å flytte 300 km sørover. I dette foredraget skal jeg dele med dere geofysikken bak hvorfor det har gått som det har gått, og hva vi kan vente oss. Koblingen De Globale Systemene, Klimaet og Været er spennende. http://ipcc-wg1.ucar.edu/wg1/wg1-report.html ÅgeBorg-Andersen 2007 Åge Borg-Andersen 2007

Global temperatur og CO2 Dagens nivå er det høyeste på 450 000 år. Dagens nivå er sannsynligvis det høyeste på 1 million år år. Korrelasjonen med global temperatur er tydelig. Sammenhengen mellom endringer i CO2 i atmosfæren og temperaturendringer er påtagelige. Dette er ”hockey-stick”en Al Gore snakker om. Og det er ikke bare CO2 som er klimagass eller som viser en tilsvarende utvikling: metan, en hissig klimagass, tilsvarer 20-30 ganger CO2 i effekt klorfluorkarboner er enda hissigere, 10.000 ganger så effektiv med å absorbere varme Derfor regner man klimagasser i CO2-ekvivalenter. Tabellen nedenfor er effekten av ulike klimagasser angitt i forhold til effekten av CO2. Drivhusgass Levetid i atmosfæren 20 år 100 år 500 år CO2 karbondioksyd 50-200 1 1 1 CH4 metan 12 56 21 6.5 N2O nitrogenoksyd (lystgass) 120 280 310 170 CF4 karbontetrafluorid 50.000 4.400 6.500 10.000 C2F6 karbonheksafluorid 10.000 6.200 9.200 14.000 SF6 svovelheksafluorid 3.200 16.300 23.900 34.900 HFK, f.eks. 134a 15 3.400 1.300 420 CO2: Avgass ved forbrenning. CH4: Avgass fra avfallsdeponier, råtnede organisk materiale, dyr, mennesker, planter N2O: Mikrobiologisk aktivitet i jordsmonnet som omdanner ulike nitrogenforbindelser til lystgass. Nitrogenholdig mineralgjødsel og husdyrgjødsel stimulerer prosesser som danner lystgass. CF4: Utslipp fra bl.a. aluminiumsindustrien. C2F6: Utslipp fra smelteverk. SF6: Svovelheksafluorid er en menneskeskapt gass som brukes i elektrisk utstyr med høye elektriske spenninger. Lekkasje fra elektrisk utstyr er en av kildene til svovelheksafluorid i atmosfæren, og så lenge det ikke er funnet noe erstatningsstoff for SF6 vil bruken øke og dermed også konsentrasjonen i atmosfæren. HFK: Varmeveksling i kuldeanlegg, kjøleskap, frysedisker Måleenhet: ppm = parts pr. million ÅgeBorg-Andersen 2007 http://www.cotf.edu/ete/modules/climate/GCremote3.html Åge Borg-Andersen 2007

Energi/strålingsbalansen 100 % av energien fra solen balanseres mot 100 % total energi som forlater jorden. 6.000 grader C Skjematisk oppsett av energibalansen mellom jordoverflaten, atmosfæren og verdensrommet. Kortbølget stråling inn fra solen, Langbølget ut fra ”jordsystemet”. 46 % Inngående kortbølget stråling, slipper igjennom atmosfæren Utgående langbølget stråling, varmestråler bestemt av klodens temperatur absorberes i atmosfæren av skyer, vanndamp, CO2, oson. Merk at energien som går inn i et nivå er lik energien som går ut av nivået, siden strålingsbudsjettet er i balanse. MEN: Absorbsjonen øker pga klimagassene, så balansen forrykkes, dvs. det blir etablert en ny balanse, på et høyere temperaturnivå. Når det stadig slippes ut mer og mer CO2, så vil balanse ikke nås. 14,5 grader C ”Klimagassene” forstyrrer energibalansen. ÅgeBorg-Andersen 2007 Åge Borg-Andersen 2007

Det virkelig store bildet Jorden (med atmosfære) er et (tilnærmet) lukket system utveksler energi (stråling), men ikke masse eksempel: Drivhus Jorden (med atmosfære) er et termodynamisk system. Et termodynamisk system strever etter en stabil energitilstand. (Den andre termodynamiske lov.) Vår klode Et lukket system med variabel og ujevn energitilførsel + kuleform + rotasjon + gass + vann Som alle vet, er jorden nesten en kule som snurrer om sin egen skjeve akse, såpass fort at et punkt på overflaten flytter seg 0,5 km/sek. Banen rundt solen er nesten en sirkel, og jorden flytter seg 30 km/sek. Det interessante er at jorden+atmosfæren er svært nær et lukket system. Det betyr at omtrent ingenting slipper ut av gravitasjonsgrepet. Alle molekyler som er fra BigBang, er der fremdeles. Jeg husker regnestykket: Vi puster inn/ut 50 molekyler av de Harald Hårfagre pustet inn/ut i slaget ved Hafrsfjord i 872. Dette betyr at all CO2 som frigjøres, er her fra før, i kull og olje, men forbrenning av kull og olje er en irreversibel prosess, som frigjør CO2. Fordi vi har et lukket system, så er det ikke noe av CO2 som stikker av. Jorden+atmosfæren er også et termodynamisk system som følger 1. og 2. termodynamiske lov. Den andre sier at Et termodynamisk system strever etter en stabil energitilstand. Heri ligger årsaken til luftstrømmer og havstrømmer. Jorden (med atmosfære) er et (tilnærmet) lukket system utveksler energi (stråling), men ikke masse eksempel: Drivhus Jorden (med atmosfære) er et termodynamisk system Første termodynamiske lov: Økningen i indre energi er lik tilført (netto) energi minus arbeid utført mot omgivelsene Andre termodynamiske lov: Varme kan bare overføres fra varme til kalde steder, ikke omvendt. Et termodynamisk system strever etter en stabil tilstand energitilstand. http://en.wikipedia.org/wiki/Image:The_Earth_seen_from_Apollo_17.jpg Et komplekst dynamisk system som kjemper for å etablere en stabil tilstand – som aldri kan nås. ”Dynamisk likevekt” ÅgeBorg-Andersen 2007 Åge Borg-Andersen 2007

CO2-balansen et lukket system en delikat balanse CO2-produsenter: Mennesker og dyr. CO2-konsumenter: Grønne planter. Fotosyntesen. H2O + CO2-->-->-->-->-->-->-->-->-->-->-->O2 + (C6H10O5)n [glucose-starch-cellulose] http://www.botany.org/PlantTalkingPoints/CO2andTrees.php trær genererer CO2 når de råtner eller blir brent planter i havet tar opp mer CO2 og har lenger levetid enn planter på land Jorden (med atmosfæren) er altså et lukket system som produserer alt som trengs for at de som lever på kloden kan overleve og utvikle seg. Fotosyntesen er avgjørende for balansen. Planter bruker CO2 for å bygge cellolose og produsere O2. H2O + CO2-->-->-->-->-->-->-->-->-->-->-->O2 + (C6H10O5)n [glucose-starch-cellulose] Alt vi gjør som krever energi som ikke stammer fra fornybare kilder, bidrar til økt CO2. 4 mål med furutrær, ca 120 trær, forbruker ca 5 tonn CO2 pr. år. Men trær frigjør CO2 når de råtner, så da er vi forsåvidt like langt, men dette er med i balansen. Grønne planter i sjø og hav opptar mer enn de på land, og frigjør CO2 mye langsommere… http://www.hickerphoto.com/data/media/171/ocean_waves_photos_t1504.jpg ÅgeBorg-Andersen 2007 Åge Borg-Andersen 2007

Temperatur/varmebalansen 1 Ujevn soloppvarming skaper behov for varmeutveksling Varmeutveksling på kloden skjer hovedsakelig ved transport av luft og vann. Jorden+atmosfæren er altså et (tilnærmet) lukket system som strever med å oppnå temperaturbalanse. Sånt blir det strømmer av. Havstrømmer og luftstrømmer. Havstrømmene pga vannet vil blande seg for å jevne ut temperaturforskjeller. Luftstrømmene for jevne ut trykkforskjeller, og derved temp.forskjeller. Dersom jorda stod stille, og ikke roterte rundt sin egen akse, ville lufta beveget seg i en rett linje fra høyt til lavt trykk. Men ettersom jorda roterer blir ikke ting så enkelt. Fordi jorda snurrer og jorda er rund, vil strømmene bøye av til høyre på nordlige halvkule, til venstre på sydlige. Større avbøyning med økt strømhastighet. Slikt blir det sirkulasjoner av, vanlige lavtrykk/høytrykk og tornadoer! Coriolis-effekten. Mange andre forhold påvirker strømretningen: Fordelingen land/hav, temperatur, saltgehalt i havet…. ÅgeBorg-Andersen 2007 Åge Borg-Andersen 2007

Temperatur/varmebalansen 2 http://www.srh.noaa.gov/srh/jetstream/global/jet.htm Polar jetstrøm Subtropisk jetstrøm http://no.wikipedia.org/wiki/Atmosf%C3%A6risk_sirkulasjon De som har reist til USA har sikkert opplevd at flyturen er kortere hjemover enn bortover. Jet-strømmen. Bildet viser de store vindsystemene. De store vindsystemene er ”bærere” av de lokale systemene, for eksempel styrer jetstrømmen lavtrykkene som kommer inn over Norge vestfra. De følger meandrene. Men alt er altså forårsaket av ujevn solinnstråling, en rund jord som roterer, og kampen for å oppnå temperaturbalanse. Når så energibalansen forrykkes, dvs. det blir større forskjeller mellom de ulike sonene på kloden, så blir det sterkere strømmer og mer vær. Økende aktivitet i luft- og havstrømmene hastigheter retning Energibalansen ute av balanse forstyrrer varmebalansen. ÅgeBorg-Andersen 2007 Åge Borg-Andersen 2007

Ekstremvær energibalansen varmebalansen UTE AV BALANSE MYE VÆR OG VIND Fra Orkanen Katrina i 2005. Foto: Palmer W. Cook. MYE VÆR OG VIND Vil Arktis bli isfritt? Vil Golfstrømmen endre retning? Vil Jetstrømmen endre posisjon? Vil Grønlandsisen smelte? “Klimamodellene våre viser at vi vil få flere stormdannelser, at nedbørsmengdene høst og vinter vil øke med 20- 30 prosent de neste 50- 70 årene, at vinteren om 65 år vil være mellom 30 og 50 dager kortere enn nå.” Professor Helge Drange, klimaforsker ved Bjerknessenteret i Bergen, Aftenposten 13.01.2005 Hvis Grønlandsisen smelter, heves havnivået med 7 meter. ÅgeBorg-Andersen 2007 Åge Borg-Andersen 2007

Det globale kaotiske system Kloden/atmosfæren er et ikke-lineært system komplekst årsak-virkningsforhold med positiv og negativ feedback Alt Henger Sammen Med Alt hvordan bestanddeler fungerer, er en følge av systemet som helhet, og ikke omvendt Dynamisk stabil i stadig endring, men bestående som system kloden lever et liv på kanten av kaos “Sommerfugl-effekten”: ”Does the Flap of a Butterfly’s Wings in Brazil Set off a Tornado in Texas?” En liten endring kan få store, uanede konsekvenser. Vi er vant med at vi kan studere elementer og deretter si noe om helheten, en klokke eller en motor kan vi plukke frahverandre og sette sammen igjen, og komme tilbake der vi var vi har klare forestillinger om årsak og virkning-når vi dytter på en kule, så vil den trille Jorden og systemene på den er ikke slik, de er heller omvendt. vi kan si noe om hvordan vann roterer ved å studere en hvirvel, men vi kan ikke bryte opp en hvirvel og sette den sammen igjen det er ikke enkelt å se konsekvensene av en endring, for eksempel endringene i CO2-innholdet. En liten endring, kan få digre konsekvenser. Ref. ”Flap of Butterfly”, Edward N. Lorenz, 1972 Jeg kaller dette ”det kaotiske verdenbilde” i motsetning til ”det Newton’ske verdensbilde”. Det handler om forståelse av hvordan verden virker, og den forståelsen tror jeg er mangelvare i styrende miljøer. Og selv om vi bråslutter med utslipp i dag, så vil oppvarmingen fortsette i opptil 1000 år. CO2 lever i 50-200 år, karbontetrafluorid (CF4) i 50.000 år. Og det som er skummelt, er forsterkende effekter som for eksempel: økningen i CO2 medfører økt varme og dermed mer fordampning fra havet, og dermed enda mer drivhus, da vanndamp står for ca. 40-70 % av drivhuseffekten. refleksjon av solstrålene fra is/snø blir mindre pga. nedsmelting. Resultat: Oppvarming. tining av tundra/permafrost frigjør CO2 og metan, og drivhuseffekten øker havenes evne til å absorbere CO2 avtar med temperaturen, og drivhuseffekten forsterkes. økt innstråling mot ekvator, større fare for skogbranner, mer CO2. forurenset is, mer smelting. ÅgeBorg-Andersen 2007 Åge Borg-Andersen 2007

Det kan gå riktig ille……. The Global Compact Nordic Network Oslo, May 23-24, 2007 Knut H.Alfsen Statistics Norway/CICERO Center for climate research Hva kan vi så vente oss? Vi husker 2-grader’n? ”Vedtatt” grense for hva som kan gå bra. Dette bildet viser hvordan det kan gå, etter hvert som kloden blir varmere og varmere. OBS: Forskjellige skalaer på y-aksene. Diagrammet viser hvor mange mennesker på kloden som vil merke konsekvensene av global oppvarming, i form av ulike hendelser. ÅgeBorg-Andersen 2007 Åge Borg-Andersen 2007

Det kan gå enda verre… 900 ppm CO2 MASSEUTRYDDELSE Årsak 1: Asteriode-kollisjon. Årsak 2: Global oppvarming. 385 ppm i dag, øker med 2-3 % pr. år 900 ppm mot år 2200?? Jorda har vært utsatt for masse-utslettelse flere ganger i de siste 500 mill år. 5 ganger er forsket frem. Gjengs hyptese har vært asteroider, og for ca 65 mill år siden tok en slik knekken på dinosaurene. Nyere forskning har ikke fått asteroidetreff til å stemme for de andre katastrofene, det har vært for komplette utslettelser, og tatt lang tid for jorden å komme seg igjen. Derfor har man satt søkelyset på andre mekanismer, og funnet en tett sammenheng mellom stort CO2-innhold og masseutslettelser. Fossil og geokjemisk forskning har funnet ut at 900 ppm er et nivå som setter i gang en dramatisk prosess der oksygen-fattig hav spyr ut giftig gass som et resultat av global oppvarming. Hydrogensulfid, H2S. Prosessen går slik: CO2-nivået øker raskt Hurtig global oppvarming Havet varmes, og absorberer mindre oksygen Grensen mellom anarobic bakterier som lager H2S giftig-vann heves; H2S-giftig vann dreper livet i havet, og kommer etter hvert til overflaten H2S-gass strømmer opp i atmosfæren og dreper dyr og planter på land H2S stiger opp i troposfæren og knekker osonlaget Ultrafiolette stråler får ”fritt frem” pga. osonlagets fravær og dreper det som måtte være igjen av liv på kloden. 900 ppm CO2 Diagrammet: Scientific American, October 2006 ÅgeBorg-Andersen 2007 Åge Borg-Andersen 2007

Hva MÅ vi gjøre? Increase energy efficiency Efficient cars, buildings, industrial plant Efficient transport pattern (public transport, coordinated cargo, less truck and air) Replace fossil fuels with renewable energy sources More wind, solar, biomass More bio-fuels More heat-pumps More nuclear? Make remaining fossil use “CO2-free” Carbon capture and storage in power plants CCS in other big point sources Reduce non-energy emissions Reduced emissions from forestry Methane capture in waste disposal and agriculture Å holde seg under 2-graders grensen, vil kreve 2/3 kutt av drivhusgasser I de rike landene innen 2050 Redusere utslippene 50-70% umiddelbart! Temperaturstigning i flere hundre år allikevel. Issmelting fortsetter i flere tusen år. Det er treghet i systemet Klimapanelet har tidligere hevdet at en stabilisering av konsentrasjonen av CO2 i atmosfæren på dagens nivå bare er mulig dersom de totale utslippene umiddelbart reduseres med 50-70 prosent, for deretter å reduseres videre.   Flere hundre år etter stabiliseringen av klimagasskonsentrasjonen vil likevel den globale overflatetemperaturen fortsette å øke og havnivået fortsette å stige. Landis og isbreer vil også fortsette å smelte i flere tusen år etter en stabilisering, og øke faren for dramatiske økninger i havnivået. Drivhusgass Levetid i atmosfæren 20 år 100 år 500 år CO2 50-200 1 1 1 CH4 12 56 21 6.5 N2O 120 280 310 170 CF4 50.000 4.400 6.500 10.000 C2F6 10.000 6.200 9.200 14.000 SF6 3.200 16.300 23.900 34.900 HFK, f.eks. 134a 15 3.400 1.300 420 "Vi må velge mellom en ødelagt verden eller en svært ødelagt verden", sa den britiske klimatoppen Martin Parry, en av viseformennene i FNs klimapanel, i et foredrag forleden. ÅgeBorg-Andersen 2007 Åge Borg-Andersen 2007

QUE VADIS? ? ÅgeBorg-Andersen 2007 Åge Borg-Andersen 2007

SLUTT ÅgeBorg-Andersen 2007 Åge Borg-Andersen 2007