CO2 og klimaforandringer

Kulstof og CO₂

Kulstoffer findes naturligt overalt på kloden. De er bundet i jorden, i havene, i planter og dyr og i luften - kulstoffer er alle steder, og når det afbrændes dannes der kuldioxid (CO₂).

Når temperaturen stiger på kloden, og f.eks. den frosne tundra i Sibirien tør op, så frigives der også store mængder CO₂. Eller når vi omdanner regnskov til landbrugsjord, så forsvinder de træer der optager CO₂, og den CO₂ der er bundet i jorden frigives når jorden opdyrkes.

Der har altid været store variationer gennem tiden, vi har haft mange istider før mennesket kom til, men vi mennesker er i dag med til at skubbe til balancen.

Boring af iskerner

En gletsjers is bliver dannet, når sne, der indeholder små mængder atmosfærisk luft i form af bobler i isen, trykkes sammen under sin egen vægt. Omdannelsen fra sne til is foregår helt ned i omtrent 80 meters dybde i en iskappe.

Denne zone, der kaldes FIRN, er åben og porøs, og luften kan bevæge sig frit rundt. Men i bunden af FIRN'en fanges små mængder luft i hulrum, og der dannes luftbobler.

Gasboblerne er stadig fanget i isen, når en iskerne bores fri. Fortidens atmosfæriske luft kan derfor analyseres ved at smelte, knuse eller fordampe isen. 

Boring af iskerner foregår på en anden måde end f.eks. olieboring, hvor man roterer et langt rør med et borehoved for enden ved hjælp af motorer i selve boretårnet.

Et iskernebor hænger i et kabel og er en enhed på mellem 3 m og 12 m længde afhængig af typen. Selvom der findes iskernebor som smelter en iskerne ud med et ringformet varmelegeme, så er det mest anvendte bor elektromekanisk, hvor man med skarpe skær skærer en ring bort omkring iskernen.

Læs om boring af iskerner i temaet 130.000 års klima gemt i tre km is.

8 istider de sidste 800.000 år

I løbet af de sidste 800.000 år har der været otte istider med lavere globale temperaturer, hvor der har været store isbræer på kontinenterne.

Gennem den periode har det naturlige indhold af atmosfærisk CO₂ varieret mellem 180 and 280 ppm (parts per million). Og det er bredt anerkendt, at der yderligere er rundt regnet 100 ppm CO₂ gemt væk i oceanerne under en istid.

Iskerner kan fortælle os om atmosfærens indhold af CO₂, men kan kun indirekte fortælle hvor meget CO₂ der er bundet i oceanerne og Jordens biosfære. 

Brug af fossile brændsler har skubbet koncentrationen over det naturlige leje, og vi nærmer os nu 420 ppm (2021).

CO₂ optages meget langsomt i oceanerne, og vil med tiden finde en ny balance, men denne ligevægt vil dog ligge over den naturlige koncentration, og det vil tage århundreder før den ny ligevægt er nået.

Lagring af kulstof i udtjente olie- og gasfelter

Den forøgede koncentration af atmosfærisk CO₂ har fostret idéen, at CO₂ fra industriproduktion kan lagres i udtjente olie- og gasfelter. Metoden bliver allerede i dag brugt i Nordamerika, Norge, Tyskland og Spanien.

Men vi ved endnu ikke, hvordan CO₂ opfører sig i de geologiske reservoirer på lang sigt. Om der er risiko for frakturer i de lag af hårde stenarter, der holder CO₂ på plads under overfladen.

Jordens kredsløb om Solen

Jordens kredsløb om Solen har også indflydelse på vores klima, og kan beskrives med 3 såkaldte orbitale parametre. Parametrene ændrer sig over tusinder af år, når Jordens kredsløb påvirkes af tyngdekraften fra andre planeter i solsystemet.

De 3 parametre er:

• Variationer i Jordens bane omkring Solen
• Jordaksens hældning
• Jordens omdrejningspunkt

Når parametrene ændres, forskubbes hældning og retning på Jordens rotationsakse. Resultatet er, at Jorden udsættes for variationer i mængde og fordeling af energi fra Solen, og istiderne falder sammen med perioder, hvor energitilførslen er lav.

Positivt feed-back

Men variationerne er altså små, og kan ikke fuldt redegøre for de meget store forskelle, der er på istiders og mellemistiders temperaturer. Det, at små forskelle i de energimængder, Jorden modtager fra Solen, fører til store forskelle i temperaturerne, skal forklares med mekanismer, der involverer atmosfærens drivhusgasser.

Almindeligvis varierer koncentrationen af før-industriel drivhusgas med temperaturen. Under istiderne er atmosfærens indhold af drivhusgas lavt, mens koncentrationerne er højere under mellemistiderne.

Det er almindeligt anerkendt, at globale temperaturer og koncentrationer af drivhusgas er koblede igennem såkaldte positivt feed-back.

F.eks. vil en lille temperaturstigning, på grund af øget indstråling fra Solen ved slutningen af en istid, føre til en stigning i drivhusgasser i atmosfæren, fordi oceaner og kontinenter afdamper drivhusgas under opvarmningen.

Forøgelsen af mængden af drivhusgas fører til yderligere opvarmning fordi drivhuseffekten øges. De to processer forstærker altså hinanden (positivt feed-back). Ved begyndelsen af en istid mener man processen løber den anden vej.

Fremtidig million-års iskerne

Frem til i dag har den længste iskerne data-serie af fortidens klima (EPICA) vist, at klimasystemet vekslede mellem lange istider og korte varmeperioder med en hyppighed på cirka 40.000-100.000 år. 

Ændringer i atmosfærisk CO₂ følger de observerede temperaturer i en tilsvarende rytme. Vi er på nippet til at forlade dette istid-mellemistids-regime på grund af menneskehedens stigende udledninger af CO₂.

Det vil ændre Jorden betydeligt, samt smelte hav- og indlandsis såvel som ændre den termohaline cirkulations stabilitet. (Den termohaline cirkulation er de sammenhængende havstrømme, der udgør et globalt kredsløb. Ordet er sammensat af thermo for varme og haline for havsalt. Det globale kredsløb kaldes også havenes store transportbånd).

For omtrent en million år siden under den midt-pleistocæne (Pleistocæn = geologisk periode fra ca 2,6 millioner år siden til til ca. 11.500 år siden) overgang skiftede hyppigheden af mellemistider fra sin karakteristiske periode på omtrent 40 tusinde år til 100 tusinde år. Den midt-pleistocæne overgang er et karakteristisk tipping point i Jordens historie, hvor klimasystemet overgik til et nyt regime, der er bevaret frem til moderne tider.

Der er i vore dage ingen ubrudt række af data fra iskerner, der rækker så langt tilbage. Det nuværende iskerne-projekt dækker 1,5 millioner år (Beyond EPICA Oldest Ice project (BE-OI) støttet af EU Horizon2020).

Formålet med BE-OI-iskernen er at udforske en klimaperiode, som er afgørende forskellig fra vor egen. Vi forudser at kunne finde svar på spørgsmål, der længe har stået ubesvaret, om mekanikken i den naturlige klima-variabilitet og klimasystemets dynamik i denne million-års-tidsramme.

Vi håber på at blive klogere på de globale sammenhænge mellem ocean, atmosfære, isbræer og kulstofkredsløb på stor tidsskala. Dette vil medvirke til at forbedre vores forståelse af, hvordan Jord-systemet vil reagere under øgede koncentrationer af drivhusgasser.

Menneskeskabte klimaforandringer nu og i fremtiden

En række løsninger i den grønne omstilling er afhængige af og følsomme overfor ændringer i vejrrelaterede forhold som temperatur, nedbør og vind. Det gælder vindmøller og solcelleanlæg, valg af afgrøder, kystsikring, beskyttelse af metro mod stormfloder og grundvandssikring.

Derfor er det helt centralt at vide, både hvad risikoen er for, at de klimaekstremer vi oplever nu, skyldes klimaforandringer, og hvad vi må forvente se de kommende årtier.

I dag er der en række begrænsninger med de nuværende klimamodeller, i forhold til at kunne lave forudsigelser af vejrforholdene for de kommende måneder og år, fordi vi mangler grundlæggende forståelse af en række sammenhænge mellem vejr, hav og ikke mindst i forhold til de store iskapper.

Hvordan afsmeltningen fra Grønlands indlandsis, via afledte ændringer i havstrømmene påvirker vejret, er fx ikke afdækket i dag. Helt konkret handler det om, at omsætte ny viden om sådanne sammenhænge til at få et sandsynlighedsmål for årene fremover, så vi kan blive bedre til at planlægge og udnytte vores ressourcer.

Ny viden og bedre klimamodeller

Forskningen skal bidrage med ny viden til at forbedre klimamodeller, så man flere år i forvejen kan forudsige ekstreme vejrfænomener, såsom sommertørke og ekstrem nedbør, som forløber over en længere periode. Men også at kunne relatere forekomsten af sådanne ekstremer til graden af global opvarmning

En af vejene til at forbedre forståelsen af de underliggende processer, forfølger vi ved at undersøge, om forskellige variationer i afløb af koldt smeltevand fra den grønlandske indlandsis ud i havet, kan medvirke til at skabe længerevarende fastlåste højtryk omkring Nordatlanten, som kan blokere for vestenvinden ind over Danmark.

Ved hjælp af modeller, målinger og klimakonstruktioner fra sø- og havbundssedimenter samt Indlandsisen, er målet at kortlægge de seneste 2.000 års vejrtyper i Grønland, Island og Skandinavien. Samtidig vil vi rekonstruere afsmeltningen af Indlandsisen i samme periode, ved at koble geologiske data og målinger fra indlandsisen på Grønland med computermodeller.

Kan der påvises en sammenhæng mellem afsmeltningen af Indlandsisen og klimaet i Nordvesteuropa over de seneste 2000 år, er det en robust sammenhæng. Ved at få bedre styr på, hvordan disse udviklinger har været tilbage i tiden, får vi også tydelige indikationer på, hvad der skal sættes ind med af reparationer i de klimamodeller, som bruges til sæson- og vejrprognoser, så de kan bidrage til planlægningen af klimaløsninger.

På samme måde vil forståelsen af, hvorvidt og i hvilket omfang ekstreme vejrbegivenheder, som skybruddet over København i 2011, kan tilskrives klimaforandringerne, og give meget vigtig information om i hvilket omfang en sådan begivenhed var utænkelig uden global opvarmning.

Omvendt kan man på basis af en enkeltstående begivenhed, sammenholdt med mere generel viden om klimaudviklingen, vurdere hvad fremtidens skybrud i så fald kan ende med at byde på.

Systematiske målinger af atmosfærisk kuldioxid (CO₂) blev første gang påbegyndt i marts 1958 ved Mauna Loa Observatoriet på Hawaii. Målingerne fra Mauna Loa er den længste serie af direkte målinger af kuldioxid i atmosfæren vi har.

Det var C. David Keeling ved the Scripps Institution of Oceanography, der igangsatte projektet.