Havets evne til å ta opp CO2

En modifisert og noe forkortet utgave av dette innlegget ble publisert på Dagsavisens Nye Meninger 28. desember.

Havet inneholder ca 50 ganger mere uorganisk karbon enn det som er i atmosfærens CO₂. Dette blir ofte feilaktig brukt som argument for at havet vil oppta 50 ganger mere enn atmosfæren av de menneskeskapte CO₂-utslippene. Jeg vil i dette innlegget forklare hvorfor havets evne til å ta opp CO₂ er vesentlig mindre, og jeg vil gå gjennom litt av historikken om hvordan vitenskapen kom frem til dette

Vitenskapen har visst siden 1890-tallet at CO₂ i atmosfæren er en drivhusgass. I 1896 publiserte Svante Arrhenius en artikkel der han regnet ut at jordas middeltemperatur vil øke med 5 til 6°C hvis CO₂ konsentrasjonen i atmosfæren fordobles. Senere justerte han tallet ned til 4°C. Han regnet ut temperaturstigningen ved forskjellige breddegrader før han integrerte opp til hele jorda. Han tok hensyn til endringer i jordas albedo pga. endringer i snedekket land. Han tok også hensyn til at varmere klima gir mere vanndamp i atmosfæren. Han regnet ut at temperaturstigningen blir kraftigst i polare områder, og at den vil bli større om natten enn om dagen. Med papir og blyant brukte han flere år på dette. Arrhenius var forut for sin tid. FNs klimapanel anslo i sine rapporter fra 2007 at temperaturstigningen ved en dobling av CO₂ blir mellom 2 og 4,5°C, og at oppvarmingen blir størst om natten og i polare strøk.


Arrhenius og hans samtidige visste at det er ca 50 ganger mere karbon i verdenshavene enn det er i atmosfæren, men de var uenige om hvor mye at de menneskeskapte CO₂ utslippene som vil bli opptatt i verdenshavene. Hvis forholdstallet 1:50 også styrer opptaket i verdenshavene, vil ca 98% bli tatt opp i havet. Arrhenius derimot antok at 5/6, dvs 83%, vil bli tatt opp i havet. Arrhenius så imidlertid ikke global oppvarming som noe problem. Han regnet ut at det med datidens kullforbruk ville ta 3000 år før atmosfærens CO₂ innhold ble fordoblet, og som nordboer mente han at et varmere klima vil være gunstig.

Teoriene til Arrhenius møtte motbør helt frem til slutten av 1950 tallet. Datidens laboratorieforsøk viste at atmosfæren allerede fullt ut absorberte varmestrålingen i CO₂ båndene. Disse tidlige laboratorieforsøkene ble gjort med utstyr som ikke var nøyaktigt nok til å oppdage at CO₂'s absorpsjonsbånd vider seg ut når CO₂ mengden øker. De som tolket forsøkene tok ikke hensyn til lagdelingen i atmosfæren, som gjør at den endelige varmeutstrålingen i CO₂'s absorpsjonsbånd til verdensrommet skjer fra høyere og kaldere luftlag når CO₂ mengden øker, og at energimengden i denne utstrålingen derfor reduseres.  Når utvidelsen av absorpsjonsbånd og lagdelingen i atmosfæren ble tatt hensyn til, ble det klart at økende CO₂ konsentrasjoner i atmosfæren øker drivhuseffekten omtrent som Arrhenius forutsa.

De fleste mente også at havet vil oppta 50 ganger mere enn atmosfæren av det ekstra karbonet som kommer fra brenning av fossilt brennstoff. På slutten av  1950-tallet skjønte Roger Revelle at havets evne til å oppta CO₂ er mye mindre enn det. Dengang fantes ikke pålitelige målinger av CO₂ mengden i atmosfæren, og Revelle fikk Charles Keeling til å starte slike målinger. Han utarbeidet den nå velkjente Keelingkurven, som viser at mengden CO₂ i atmosfæren øker. Økningen av CO₂ i atmosfæren tilsvarerer ca halvparten av de menneskeskapte utslippene. Den andre halparten er opptatt av havet og av vegetasjonen på land. Det at CO₂ mengden i atmosfæren øker så mye, bekrefter at havet ikke tar opp så mye CO₂ som tidligere antatt.

Uorganisk karbon i havet er oppløst CO₂, bikarbonat (HCO₃^- ) og karbonat (CO₃^2- ) i forhold 1:100:10 til hverandre. Karbonet i oppløst CO₂ er mindre enn 1% av den totale karbonmengden i havet. Henrys lov sier at i en likevektssituasjon med konstant temperatur er det et konstant forhold mellom CO₂'s partialtrykk i atmosfæren og i havet. Dvs. at hvis CO₂ i atmosfæren øker med eksempelvis 5 %, så vil oppløst CO₂ i havet også øke med 5 % når det har oppstått en ny likevektsituasjon, gitt at temperaturen er den samme. Revelle oppdaget at den totale karbonmengden i havet øker mye mindre enn mengden av oppløst CO₂ øker. Forholdstallet kalles Revelle faktoren, og er nå omkring 10. Dvs. at når oppløst CO₂ i havet øker med 5%, så øker den totale karbonmengden bare med 0,5%. Revelle faktoren i verdenshavene varierer mellom 8 og 13, avhengig av lokasjon.

En Revelle faktor omkring 10 er ikke den eneste dårlige "nyheten", her er to andre.

1. Løseligheten av CO₂ i vann reduseres når temperaturen øker. Dette er en positiv tilbakekobling som gjør at verdenshavene vil ta opp mindre karbon som oppløst CO₂ ved en global oppvarming.
2. Revelle faktoren er med dagens CO₂ konsentrasjon omkring 10. Når mengden av oppløst CO₂ i havet øker, øker også Revelle faktoren. Økningen av den totale karbonmengden i havet som følge av en økning av oppløst CO₂ vil i fremtiden bli mindre enn den er i dag.

Klimarealistene har ved flere anledninger feilinformert om karbonopptak i havet. Bl.a. hevder deres leder at det er 50 ganger mere CO₂ i havet enn i atmosfæren. Det er galt. Oppløst CO₂ i havet er ca halvparten av CO₂ mengden i atmosfæren. Resten av karbonet i havet er bundet i bikarbonat og karbonat, og den mengden styres ikke av Henrys lov.  Klimarealistene skriver om havets evne til å ta opp CO₂ uten hverken å nevne eller å ta hensyn til Revelle faktoren.

Karbon avsettes som kalksteinsedimenter på havbunnen gjennom diverse kjemiske reaksjoner. Prosessene foregår vha. forvitring av bergarter på land og ved kjemiske reaksjoner i havet. Klimarealistenes leder argumenterer med at dette fjerner overflødig CO₂. Det er forsåvidt riktig, men dette er langsomme prosesser som tar noen hundre tusen år. De vil derfor ikke hjelpe oss i de tidsperspektivene som våre sivilisasjoner opererer med.

Avsetting av karbon i kalksteinsedimenter er en del av karbonsyklusen. Jeg har prøvd å gi en lettfattelig beskrivelse av karbonsyklusen under fanen Karbonsyklusen, med hovedvekt på hvorfor brenning av fossilt brennstoff forstyrrer balansen som de naturlige prosessene ellers skaper.

Referanser

Jeg har hentet informasjon for dette innlegget fra flere kilder, bl.a. de 6 som jeg har listet opp under. Jeg anbefaler spesielt referanse 3, som er kapitell 7.3.4.2 i rapporten "The Physical Science Basis". Rapporten er skrevet av FNs klimapanels Working Group I. I mine øyne er det en god rapport. Det er overhodet ikke noe som tyder på at rapporten er skrevet av "Politikere ved IPCC som ikke har forstått fysikken", slik enkelte påstår. Du kan gjøre deg opp din egen mening ved å bla gjennom andre kapitler i rapporten når du er inne på referanse 3.

1. Henrys lov og løselighet av CO₂ som en funksjon av temperatur. Linken inneholder en fin diskusjon om hva som kommer først, økningen av CO₂ i atmosfæren eller temperaturøkning i verdenshavene. http://www.forskning.no/artikler/2008/mai/181272
2. Charles keeling og Keeling-kurven http://en.wikipedia.org/wiki/Charles_David_Keeling
3. Revelle faktoren og dens økning når CO₂ i atmosfæren øker
   http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/ch7s7-3-4-2.html
4. Detaljer om Henrys lov og om hvordan løseligheten av CO₂ reduseres når temperaturen øker, http://www.thuisexperimenteren.nl/infopages/Carbondioxide%20in%20water%20equilibrium.doc
5. Wkipedia har en fyldig omtale av Svante Arrhenius
   http://en.wikipedia.org/wiki/Svante_Arrhenius
6. Spencer R. Weart er en pensjonert direktør fra the American Institute of Physics. Han har skrevet boken The Discovery of Global Warming, og lagt ut mye informasjon på nettet. Se bl.a. http://www.aip.org/history/climate/Radmath.htm#molecule

I tillegg står det mye klimahistorikk om Svante Arrhenius og om hans diskusjoner med sine samtidige på
http://stsimonsislandgaguys.blogspot.com/2011/02/svante-arrhenius-part-2.html . Han som skriver den bloggen velger å være anonym, selv om han skriver godt og åpenbart er kompetent. Pga. anonymiteten har jeg fjernet denne linken fra de nummererte referansene, men jeg oppfordrer deg til å undersøke bloggen likevel.