Redan under tidigt 1800-tal hade man kommit fram till att jordens temperatur var högre än den borde vara, baserat på det rimliga antagandet att jorden måste avge samma mängd strålningsenergi till rymden som den mottar från solen. För att förklara den höga temperaturen vid jordytan föreslog den franske matematikern Jean-Baptiste Joseph Fourier år 1824 att en del av den strålning som utgick från jordytan absorberades i atmosfären för att sedan återstrålas till jordytan och på så sätt bidra med ytterligare värme utöver den som kom från solen.

växthuseffekt med moln ocean

Fourier menade att atmosfären fungerade ungefär som ett växthus, och fysikerna var under en stor del av 1800-talet intensivt sysselsatta med att försöka bestämma hur det förhöll sig med denna ”växthuseffekt” År 1861 visade den irländske fysikern John Tyndall i ett laboratorie -experiment att vattenånga och koldioxid var genomskinliga för synligt ljus men absorberade värmestrålning, vilket på så sätt bekräftade Fouriers hypotes. Däremot släppte kväve och syre, de dominerande gaserna i atmosfären, igenom såväl solstrålning som värmestrålning utan absorption. Egenskapen hos de mer komplexa molekylerna att absorbera värmestrålning förklaras ingående av den moderna kvantfysiken att dessa vibrerar och svänger under påverkan av värmestrålningen.

Några decennier efter Tyndalls experiment bestämde den Amerikanske atmosfärfysikern Samuel Langley de viktigaste absorptionslinjerna i spektra för vattenånga och koldioxid med hög noggrannhet, och dessa data använde senare den svenske Nobelpristagaren i kemi Svante Arrhenius i vad som blev världens första klimatexperiment 1896. Arrhenius fann i sin beräkning att koldioxiden märkbart på- verkade temperaturen. När koldioxidhalten i hans beräkningar reducerades med en tredjedel så sjönk temperaturen med 3 °C, och när koldioxidhalten fördubblades steg temperaturen med omkring 5 °C i tropikerna och ännu mer i polarområdena. Arrhenius antog vidare i sin klimatsimulering en återkopplingseffekt från vattenånga, genom att göra det rimliga antagandet att den procentuella mängden vattenånga i luften (i relation till vad som är möjligt vid en given temperatur eller den relativa fuktigheten) i genomsnitt är oförändrad.

Ju varmare det blir, desto mer vattenånga innehåller luften och växthuseffekten för- stärks. Koldioxid och vattenånga är inte de enda växthusgaserna. De är inte alldeles lätt att exakt fastställa de respektive gasernas bidrag, eftersom de olika absorptionsbanden delvis överlagrar varandra . Man kan antingen gradvis lägga till de enskilda bidragen eller gradvis subtrahera dem och dessa resultat skiljer sig åt märkbart. Moln och vattenånga bidrar med 73 procent och koldioxid med 20 procent, och den sammanlagda växthuseffekten uppgår till 52,6 W/m2 under vintern.

växthus med blommor och fönster sommar
Växthuseffekten varierar geografiskt och över året (något starkare sommartid med 168,5 W/m2) Växthuseffekten är markant starkast i tropikerna som en följd av att där finns mer vattenånga samt högre instrålning, vilket ger en högre grad av värmestrålning och följaktligen en högre absorption. De maximala värdena överstiger 260 W/m2. Växthuseffekten är starkast i ekvatorialområdet, vilket beror på att det är ett område som domineras av mäktiga moln som absorberar långvågig strålning.

De flesta av oss har säkert erfarenhet av molnens värmande effekt en kylig kväll. Samtidigt reflekterar moln solstrålning. Det är inte bara mängden moln som är viktigt, utan även deras vertikala fördelning. Låga moln bidrar till en kylande effekt genom långvågig strålning från den lägre troposfären med sin relativt höga temperatur. Moln i den övre troposfären, å andra sidan, kan i vissa fall bidra till en värmande effekt genom att de släpper igenom mycket samtidigt som de strålar ut viss långvågig energi vid den övre troposfärens låga temperatur.

Det är denna kombinerade effekt som gör det så svårt att bestämma hur mycket växthuseffekten påverkar temperaturen och klimatet. När man idag diskuterar växthuseffekten tänker man kanske inte på den totala växthuseffekten utan snarare på hur mycket den har ändrats sedan 1750. Det är också viktigt att skilja mellan de långlivade växthusgaserna koldioxid, metan, lustgas och freongaser och de kortlivade vattenånga och moln som bestäms av vädret. Vidare är man särskilt intresserad av den antropogena delen av de långlivade växthusgaserna, det vill säga den del som människan har bidragit med eller den förändring som har skett sedan 1750.

VAD ÄR KOLDIOXIDEKVIVALENTER?
Atmosfärens värmestrålning påverkas av ett 50-tal långlivade gaser, alla med olika absorptionsegenskaper och med olika uppe- hållstid i atmosfären. Effekten av dessa är numera väl känd. Det är praktiskt att uttrycka alla absorberande gaser på liknande sätt som koldioxid för att på så sätt få ett mer hanterbart begrepp. Detta kallas för koldioxidekvivalenter eller CO2e.

Begreppet används idag av de flesta myndigheter. Från 1750 till 2018 ökade koldioxiden från 278 till 410 ppm (+47 procent), medan CO2e istället ökade till 497 ppm (+79 pro- cent). Uttryckt i effekt på jordens värmestrålning blir motsva- rande värden för koldioxid 2,05 W/m2 och den sammanlagda effekten av alla långlivade växthusgaser 3,10 W/m2.5 Om vi ökar strålningen med 3,1 W/m2 i Stefan-Boltzmanns ekvation inses det lätt att temperaturen kommer att stiga med ungefär
1 °C, vilket approximativt är den temperaturökning som har uppmätts.

Skulle de antropogena växthusgaserna fördubblas jämfört med 2018 skulle den direkta växthuseffekten efter en liknande beräkning öka med ytterligare 3,7 W/m2 och med en direkt temperaturökning på något mer än I °C. Om det bara skulle förhålla sig så, finns det ingen större oro för en allvarlig klimatförändring. En temperaturökning med 1 °C jämfört med nu är knappast något större problem. Vilka är då de potentiella komplikationerna? Den främsta av dessa är vatten- ångan i luften.

Lämna en kommentar

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *

Denna webbplats använder Akismet för att minska skräppost. Lär dig hur din kommentardata bearbetas.