SIB 5005 BM3 Miljøteknikk Globale atmosfære-endringer (Del 2) SIB 5005 BM3 Miljøteknikk Globale atmosfære-endringer (Del 2) Helge Brattebø

Strålings-drevet klima fra pre-industriell tid Konseptet med strålings-drevet klimaendring forklares ved: akkumulering av drivhusgasser i atmosfæren endring i aerosoler fra naturlige og menneskeskapte kilder ozon-nedbrytning i stratosfæren fotokjemisk produsert ozon-akkumulering i troposfæren naturlig variasjon i solflekk-intensiteten Strålings-kraften kan være positiv og negativ positiv kraft bidrar til global oppvarming negativ kraft bidrar til global avkjøling Gasser og stoffer i atmosfæren kan bidra direkte eller indirekte for eksempel har aerosoler en direkte effekt når de absorberer eller reflekterer sollys, mens de har en indirekte effekt når de forårsaker endring i skyenes albedo tilsvarende har halokarboner en direkte effekt når de absorberer langbølget utstråling fra Jorden, mens de har en indirekte effekt når de bryter ned ozonmengden i stratosfæren

Direkte drivkrefter p.g.a. drivhusgasser Gassene i prioritert rekkefølge mht total effekt: CO2, CH4, halokarboner og N2O Samlet utgjør disse gassene en drivkraft lik 2,45 W/m2 De første presise målingene av CO2 begynte på Sydpolen i 1957 og på Hawaii i 1958 Halokarboner er stoffer som inneholder atomer av karbon samt fluor, klor eller brom

Endring i atmosfærisk CO2 Målingene er tatt ved Mauna Loa, Hawaii. Oscilleringen skyldes sesongvariasjoner i fotosyntese (C tas opp i planter) og respirasjon (C frigis til luft), som er lavest i oktober.

CO2 - endring over lang tid Prøvene er tatt i isbre-kjerner fra Antarktis og fra Hawaii Økning lik 30% de siste 200 år (pre-industriell tid)

Kilder til atmosfærisk CH4 Konsentrasjonen av CH4 har økt med 250% de siste 200 år! Samlede utslipp utgjør i dag ca 375 million tonn pr år Naturlige kilder utgjør ytterligere ca 160 million tonn pr år

Nitrogen-oksyd N2O (eller lystgass) N2O har økt med ca 13% siden pre-industriell tid Kilden er nitrifikasjonsprosesser i biosfæren N2O har en ekstremt lang levetid (120 år) i atmosfæren

Halokarboner (stoffer med C og Cl, F eller Br)

KFK-gassene fases nå ut KFK-11 målinger viser at Montreal Protokollen har effekt

Aerosoler (partikler med diameter < 10 m) Sotpartikler tilføres til atmosfæren, mens andre vandige partikler (som sulfater kondensert fra SO2) kan dannes i atmosfæren Aerosoler har 3 typer virkning som vist i figuren De har kort oppholdstid (dager i troposfæren, få år i stratosfæren)

Vulkaner kan gi store mengder aerosoler Større vulkanutbrudd: - El Chichon (Mexico 1982) - Mount Pinatubo (Filippinene 1991) Effekten fra disse er negativ og kommer til uttrykk som del av aerosol-gapet fra og med ca 1950. Mount Pinatubo ga en netto avkjøling på -4 W/m2 like etter utbruddet og -1 W/m2 ved slutten av det andre året Til sammenligning er drivhusgassenes bidrag + 2,45 W/m2

Kombinerte strålings-drivkrefter? Positive strålingskrefter blir i noen grad motvirket av negative krefter, men usikkerheten rundt dette er i dag så stor at det er vanskelig å tallfeste denne figuren

Metningseffekter knyttet til strålingskrefter Sammenhengen er ikke-lineær For stoffer med lave konsentrasjoner (halokarboner) er det nær lineære forhold (dobbel konsentrasjon gir dobbel effekt) For stoffer med høye konsentrasjoner (CO2) er det et logaritmisk forhold F = f (C)

Global Warming Potential (GWP) GWP er en index for å kunne fastslå potensielle klimaendringer En vektingsfaktor som gjør det mulig å vurdere mulig effekt av 1 kg CO2 mot 1 kg av en annen drivhusgass CH4, N2O, osv. GWP er dimensjonsløs og inneholder en tidshorisont for når klimaendringen skal kunne skje: Eks.: 20-års GWP for N2O = 280 (som innebærer at 1 kg N2O utslipp i dag vil forårsake 280 gg så stor global oppvarming over de neste 20 år som 1 kg CO2 utslipp i dag) Eks.: Utslipp av 1 kg N2O pluss 1000 kg CO2 tilsvarer 1280 kg av CO2 alene (vurdert over 20 år) Dermed gir en langlivet gass større bidrag enn en kortlivet gass Eks.: 100-års GWP for CFC-12 = 8000 Eks.: 100-års GWP for HCFC-22 = 1700 Valget av tidshorisont vil avhenge av hvilken problemstilling politikerne vil vurdere

Hvordan beregne samlet GWP? der Fg = strålingskraften til en bestemt drivhusgass pr kilo (W/m2kg) FCO2 = strålingskraften til CO2 pr kilo (W/m2kg) Rg(t) = fraksjonen av 1 kg av drivhusgassen som er tilbake i atmosfæren etter tiden t RCO2(t) = fraksjonen av 1 kr CO2 tilbake etter tiden t T = tidsperioden for vurdering av kummulativ effekt (år)

Betydningen av CO2, CH4 og N2O over tid Figuren viser de tre drivhus-gassenes relative betydning over 20, 100 og 500 år horisonter, basert på stoffenes GWP og ett års utslipp D.v.s. på kort sikt er CH4 svært viktig i forhold til sin mengde, men på sikt dominerer CO2 Karbon-syklusen er derfor uten tvil svært viktig!!