Inledning
Vi skall i denna artikel undersöka frågan huruvida det huvudsakligen är människan som orsakat ökningen av koldioxidhalten i atmosfären sedan 1750 då industrialiseringen inleddes. Vi brukar få höra att frågan är allsmäktigt avgjord eftersom 97% av forskarna är överens och att detta därför inte längre kan ifrågasättas. Men även de stackars förtappade tre procenten måste någon gång få komma till tals. Så det skall vi hjälpa dem med här, samt i en kommande artikel, genom att se lite på vad alternativ forskning säger.
Den ökade halten av koldioxid i atmosfären menar man alltså beror huvudsakligen på människan och vidare att ökningen ger upphov till en mycket varmare planet. Detta i sin tur anses bli katastrofalt för livet på jorden. Faktum är att dessa påståenden bara är hypoteser och som sådana är de öppna för kritisk granskning. Det hör till naturvetenskapens allra mest grundläggande doktriner att om en hypotes kan falsifieras så är den inte giltig. Det finns flera aktuella hypoteser kring människans eventuella inverkan på klimatet och det är inte på något sätt avgjort vilken hypotes som är närmast sanningen. Den vetenskapliga processen skall få ha sin gång där respektive hypotes prövas i takt med att mer av sanningen framträder. Det går inte hoppa över denna process och proklamera en hypotes som allenarådande sann i förtid så som skett i denna fråga. För vetenskapliga hypoteser är inte något som röstas igenom via majoritetsbeslut. Det spelar ingen roll hur många som har en viss åsikt eller vilken form av auktoritet som hävdar något, det är de vetenskapliga indicierna och bevisen som är helt avgörande!
Det globala klimatsystemet är oerhört komplext eftersom ett stort antal variabler samverkar sinsemellan genom olika återkopplingsmekanismer. De matematiska sambanden är icke-linjära (turbulenta och kaotiska) och därför olösbara i sin helhet. Många samband är okända eller dåligt kända och man tvingas därför ofta att göra approximativa förenklingar av verkligheten. Komplexiteten i systemet gör att det helt enkelt finns en gräns för hur långt man kan nå kunskapsmässigt, särskilt när det gäller utsagor om framtiden, och det måste man acceptera och respektera. Det är lätt och lockande att söka genvägar för att komma fram till vad man menar är sanningen med risk att man i stället utövar en slags kvasivetenskap. De globala klimatmodellernas förmåga att göra utsagor om framtiden är ett exempel på en sådan genväg. Genom användande av dem ignorerar man klimatsystemets komplexitet i ett slags illusoriskt övermod där man tror att man vet mer än man faktiskt vet. Dessa modeller måste från ett strikt vetenskapligt perspektiv betraktas som dåligt underbyggda hypoteser som är nära falsifiering.
I detta inlägg skall jag koncentrera mig på den allra mest grundläggande naturvetenskapliga frågan, dvs. är det verkligen människan som orsakat huvuddelen av den observerade ökningen av CO2 halten i atmosfären? I en efterföljande artikel kommer jag gå djupare och försöka klargöra matematiskt hur olika modeller för CO2 koncentrationen i atmosfären är konstruerade och hur de tillämpas i de globala klimatmodellerna.
För analysen kommer jag ta min utgångspunkt i det arbete som gjorts av Prof. Murray Salby och Prof. Hermann Harde. Harde 2017 granskar kolcykeln och uppehållstiden för CO2 i atmosfären. Harde 2019 jämför fyra befintliga modeller för CO2 i atmosfären med en ny modell. Salby 2014, 2015 & 2018 går alla på varierande sätt igenom hur antropogent CO2 påverkar atmosfären och den globala temperaturen. Dessa arbeten hänvisar också till många andras arbeten som sammantaget visar att det finns ett stort antal vetenskapsmän som har kommit fram till alternativa forskningsresultat.
Bakgrund
Det är ett faktum att koncentrationen av CO2 har ökat i atmosfären under det senaste århundradet. Detta har uppmätts t.ex. på Mauna Loa, Hawaii sedan 1958 (figur 1):
Figur 1. Uppmätta värden av koncentrationen av CO2 i atmosfären vid Mauna Loa, Hawaii, 1958-2020.
Bilden visar de årliga säsongsvariationerna och den ökning som skett under perioden som helhet. Längre tillbaks i tiden finns inte systematiskt uppmätta data och för dessa perioder använder man sig av olika substitut (s.k. proxies) som trädringar och isborrkärnor för att försöka utröna förekomsten av CO2 i atmosfären. Det innebär större osäkerheter kring hur halten av CO2 utvecklat sig historiskt. Estimat från isborrkärnor har visat sig underskatta CO2 halten i atmosfären betydligt (se Salby 2014a). För långa tidsskalor (motsvarande istidscykler, 10000-100000 tals år) är underskattningen av CO2 halten i atmosfären av storleksordningen 10x. Det leder till slutsatsen att dagens nivå av CO2 inte är unik i ett historiskt perspektiv (vilket ju ofta hävdas) och att samma processer som påverkade CO2 halten i atmosfären långt tillbaks i tiden (>1000 tals år) fortfarande är verksamma även på kortare tidsskalor dvs. i nutid (<100 år) (Salby 2014b).
Hur ser det historiskt ut med människans utsläpp av CO2 (se figur 2)?
Figur 2. Årlig mängd antropogena utsläpp av CO2 till atmosfären (blå linje) och den
genomsnittliga ökningstakten (röda linjer) (Ref.).
I referensen till figur 2 finns data tillbaks till 1750 då industrialiseringen inleddes. Jag har valt att fokusera på perioden 1990-2010 eftersom vi då samtidigt har uppmätta CO2 värden samt att det under perioden inträffade en kraftig förändring av utsläppstakten. Denna period utgör en bra grund för den fortsatta diskussionen nedan. Under 1990-2000 var den genomsnittliga ökningen av utsläppen 242 Mton/år medans den under 2000-2010 var 801 Mton/år (röda linjerna). Dvs. ökningen per år var 330% större under det senare decenniet. Denna kraftiga ökning går ej att spåra i den uppmätta koncentrationen av CO2 i atmosfären under det andra decenniet (figur 1). På samma sätt kan man fundera kring vad som hände under Coronapandemin. Under 2020 minskade de antropogena utsläppen med drygt 6%. CO2 halten i atmosfären fortsatte dock att öka i samma takt som tidigare (figur 3).
Figur 3. Uppmätta månatliga värden av koncentrationen av CO2 i atmosfären vid Mauna Loa, Hawaii, 2016-2020.
Uppenbarligen är det inte så enkelt att en ökning/minskning av mänskliga utsläpp ger en direkt ökning/minskning av CO2 koncentrationen i atmosfären. Åtminstone inte på kort sikt.
Figur 4 nedan visar den bild som IPCC ger över förekomsten av kol i olika segment av jorden samt hur utbyte årligen sker mellan dessa delar. Det är stora osäkerheter i alla siffror. Den totala mängd CO2 som emitteras till atmosfären är ca 760 Gt/år. Den antropogena andelen utgörs av 32,7 Gt/år, dvs. 4,3% (omvandling från C till CO2 görs med en faktor 3,67). Således är de årliga antropogena utsläppen små i relation till den totala emissionen till atmosfären.
Figur 4. Förenklad översikt över den globala kolcykeln. Svarta siffror visar lagrade mängder kol i PgC och
utbyten i PgC/år innan den industriella perioden. Röda siffror och pilar visar förändringar i årliga
antropogena flöden utgående från ett uppskattat genomsnitt för perioden 2000-2009.
(Från IPCC AR5-Chap.6-Fig.6.1.)
Om man antar att det är människans utsläpp som orsakat den observerade ökningen av CO2 koncentrationen, hur kan det komma sig att dessa relativt små utsläpp kan ha så stor påverkan? Uppenbarligen måste det ha att göra med hur snabbt utbyten sker och på vilket sätt. Är de naturliga utbytena konstanta i tiden eller varierar de? Är emission/absorption av CO2 beroende av några parametrar som t.ex. den omgivande temperaturen eller CO2 halten i sig själv? Hur länge stannar CO2 i atmosfären i genomsnitt innan den tas upp igen genom absorption? Det är ett antal frågor som är viktiga att besvara och det är här som två olika bilder uppstår kring hur det kan förhålla sig i verkligheten. IPCC har en hypotes (D.v.s. IPCC har valt ut arbeten som stödjer en viss hypotes. IPCC bedriver ingen egen forskning utan är ett politiskt sammansatt organ.) och till detta kan vi lägga en alternativ hypotes som finner stöd i Salbys och Hardes (m.fl) arbeten. Vi vet att naturen bara har en verklighet så båda versionerna kan inte vara sanna samtidigt. Låt oss titta mer i detalj på detta och jämföra de två hypoteserna.
IPCCs hypotes
Det vi här kallar IPCC hypotesen tar sin utgångspunkt i den s.k. Bernmodellen som är en modell för atmosfärens utbyten av CO2. I IPCCs tillämpning av Bernmodellen antas den naturliga emissionen och absorptionen av CO2 till atmosfären vara konstant, dvs. nettoemissionen (emission-absorption) antas ha varit oförändrad under den period som industrialiseringen pågått liksom dessförinnan. IPCC antar att koncentrationen av CO2 förindustriellt varit konstant 280ppm och att den utan mänskliga utsläpp skulle vara densamma även i nutid (Harde 2019).
Enligt IPCC så är världen så beskaffad att de primära absorbenterna är mättade på CO2 (ythavet och marken/växterna). Mättnaden beror på att de efterföljande absorbenterna i kolcykeln (djuphavet etc.) har en längre omsättningstid. Därför kan inte de primära absorbenterna ta upp CO2 i samma takt som CO2 tillförs och därför ackumuleras CO2 i atmosfären. Om vi tänker oss hypotetiskt att all naturlig emission av CO2 skulle upphöra så skulle därför inte koncentrationen av CO2 avklinga exponentiellt utan betydligt långsammare (Harde 2017).
Med den matematiska beskrivningen som IPCC använder sker absorptionen av CO2 dessutom på ett sätt där varje absorbent är avskärmad från de övriga. Absorptionen sker segment för segment, där varje segment har tilldelats en fraktion av den totala mängden CO2 och en individuell uppehållstid. Absorption av antropogent CO2 sker därför (matematiskt sett) i en process som är separerad från absorption av naturligt CO2. Det leder till att i IPCC världen är uppehållstiderna för antropogent och naturligt CO2 olika. För antropogent CO2 är den lång, av storleksordningen 100-1000 tals år. Men för naturligt CO2 antas den vara mycket kortare, av storleksordning 3-4 år (Salby 2018).
Netto absorptionen av CO2 antas proportionell enbart mot de antropogena utsläppen, dvs. förändringen av koncentrationen av CO2 är ej beroende av någon annan specifik parameter, som temperaturen eller CO2 halten i sig själv (Harde 2019).
Trots att man antar att jämvikt existerat innan industrialiseringen kommer inte en ny mättnadsnivå att uppnås i modellen genom jämvikt när nya utsläpp tillkommer. Dessa kommer till en betydande andel att ackumuleras i atmosfären. En ytterligare logisk konsekvens blir att även naturliga tillkommande emissioner som t.ex. genom vulkanutbrott, El Ninos etc. kommer ackumuleras i atmosfären (Harde 2019).
I IPCCs hypotes följer således att de antropogena utsläppen av CO2 ackumuleras i atmosfären under lång tid och den ökande koncentrationen ger i sin tur upphov till en ökning av den globala medeltemperaturen – ändring av temperatur kommer efter ändring av CO2 koncentration.
Ett ytterligare argument för att antropogent CO2 orsakat den observerade ökningen av CO2 koncentrationen är observationen av mängden 13C (kol 13 isotoper, eg. kvoten 13C/12C) i atmosfären. Koncentrationen av 13C har under det senaste seklet minskat i takt med att CO2 halten har ökat. Förklaringen anses vara att vid förbränning av fossila bränslen släpps CO2 ut som innehåller en mindre andel 13C än den naturliga emissionen. Därför sker en successiv utspädning vilket leder till att andelen 13C/12C minskar i atmosfären.
Harde/Salbys hypotes
a. Teori
Enligt den alternativa Harde/Salby hypotesen är inte den naturliga nettoemissionen (emission-absorption) av CO2 till atmosfären konstant, den har snarare alltid varierat och så även innan och under industrialiseringen. Faktum är att det kan påvisas för både land och hav att nettoemissionen av CO2 till atmosfären sker beroende på den omgivande temperaturen. Ju högre temperatur desto större blir den naturliga emissionen till atmosfären. Med högre temperatur minskar också lösligheten för CO2 i havet (Henrys lag) och därför avtar absorptionen, dvs. minskad absorption är snarare en konsekvens av uppvärmning än att havet skulle vara mättat.
I Harde/Salbys hypotes beror även netto emissionen av CO2 på den aktuella koncentrationen av CO2, dvs ju högre koncentration desto mer absorption. Denna beskrivning gör att cykeln kan stabiliseras och nå en ny jämvikt efter tillfälliga tillskott av CO2 t.ex. genom vulkanutbrott.
Sammantaget innebär detta att IPCCs schematiska bild över den globala kolcykeln (figur 4) snarare ska ses som en möjlig approximativ ögonblicksbild än en generell bild av hur sambanden sett ut på lång sikt.
I Harde/Salby hypotesen är den matematiska uppställning annorlunda på så sätt att absorptionen inte sker oberoende för varje segment utan till alla segment samtidigt med en och samma uppehållstid. Modellen skiljer inte på antropogent och naturligt CO2 i samband med absorptionen. Dvs. i denna hypotes gäller den s.k. likvärdighetsprincipen.
Om de primära absorbenterna inte är mättade och därmed uppehållstiden för CO2 i atmosfären är betydligt kortare än i IPCCs hypotes, så måste det innebära att de antropogena utsläppen av CO2 absorberas betydligt snabbare än vad IPCC menar. Det är också vad man matematiskt kommer fram till i den alternativa hypotesen. När likvärdighetsprincipen tillämpas på naturligt och antropogent CO2 leder det till en gemensam uppehållstid av storleksordningen 5 år (Harde 2019).
Detta leder sammantaget till ett starkt kritiskt ifrågasättande hur de relativt små antropogena utsläppen (jmf. de naturliga) kan åstadkomma en så stor ökning av den totala CO2 koncentrationen och om de verkligen har så stor betydelse som IPCC menar? Kanske kan vi få mer klarhet i detta genom att titta i detalj på hur koncentrationen av CO2 är relaterad till den globala medeltemperaturen för en period där vi har tillgång till verkliga uppmätta data?
b. Jämförelse med data
Som jag nämner ovan har vi uppmätta (lokala) data av CO2 fr.o.m. 1958. När det gäller den globala medeltemperaturen så är de data som finns förknippade med stor osäkerhet. Det finns mätstationer på marken sedan ett par hundra år men dessa är ojämnt fördelade över globen och dessutom ofta placerade intill växande samhällen som riskerar påverka mätningarna (s.k. värmeöar).
Längre tillbaks i tiden finns det liksom för CO2 olika proxydata men även de är förknippade med stora osäkerheter, särskilt när det gäller att uppskatta en global medeltemperatur (För beskrivningar av de olika problemen se här och här. Gällande manipulation av data se här).
Sedan 1978 finns det dock satellitmätningar. Dessa är mer exakta och fria från de problem som de andra metoderna medför, särskilt om temperaturen mäts en liten bit upp i atmosfären i stället för vid marknivån. Satellitmätningarna görs dessutom jämnt fördelade över hela globen vilket gör att ett medelvärde blir mer korrekt. Figur 5 visar utvecklingen av den globala medeltemperaturen sedan 1978 som den uppmätts genom satelliter.
Figur 5. Utvecklingen av den globala medeltemperaturen 1978-2020 (jmf. medelvärdet för perioden 1991-2020) så som den uppmätts av satelliter för den nedre troposfären och redovisas av UAH.
Vi har alltså tillgång till mer exakta data för såväl CO2 koncentrationen som den globala medeltemperaturen under drygt 40 år. Så hur ser det ut om vi jämför dessa mot varandra? Salby gör en sådan jämförelse i figur 6 nedan.
Figur 6. Den årliga förändringen av nettoemissionen (E-A) av CO2 till atmosfären framtagen utifrån
värden för CO2 halten vid Mauna Loa, Hawaii, samt den årliga förändringen av den globala
medeltemperaturen (normaliserad) som den redovisas av UAH (Från Salby 2018).
Det framgår tydligt att det finns en samvariation mellan dessa båda variabler. Nettoemissionen av CO2 korrelerar mycket starkt med den globala medeltemperaturen (c=0,93). Detta leder till en mycket viktigt slutsats! Vi kan dela in nettoemissionen i två komponenter, en som är naturlig och en som är antropogen. Den antropogena komponenten är inte kopplad till temperaturen, dvs. människan reglerar inte sina utsläpp beroende på den globala temperaturen. Därför blir slutsatsen att det är den naturliga komponenten som samvarierar med temperaturen. I denna alternativa hypotes så sker alltså en förändring av temperaturen före förändring av CO2 halten, dvs temperaturen driver koncentrationen av CO2.
När det gäller koncentrationen av 13C (13C/12C) så kan det på ett liknande sätt visas (figur 7) att den varierar med den omgivande CO2 halten men i en omvänd fas (c=-0,88). Dvs. när koncentrationen av CO2 ökar så minskar 13C halten och tvärtom. Därmed följer att det är den naturliga komponenten av nettoemissionen som reglerar 13C koncentrationen och inte den antropogena komponenten. Dvs. det är inte människans utsläpp av CO2 som primärt reglerar halten av 13C i atmosfären. Samma slutsats kan dras för metan.
Figur 7. Den årliga förändringen av netto emissionen (E-A) av CO2 till atmosfären framtagen utifrån värden
för CO2 halten vid Mauna Loa, Hawaii, samt den årliga förändringen av koncentrationen av 13C
(normaliserad) i atmosfären (Från Salby 2018).
Jag nämner ovan att i Harde/Salby hypotesen skall mängden CO2 teoretiskt avklinga exponentiellt om emissionen av CO2 skulle upphöra. Detta stöds av mätningar av förekomsten av 14CO2 (dvs. CO2 som består av kol-14 isotoper) i atmosfären. Under 40- och 50- talen frigjordes 14CO2 till atmosfären genom atombombstester. Men 1963 upphörde denna spridning och därefter har mängden 14CO2 successivt avtagit i atmosfären. Denna avklingning har observerats ske närmast exponentiellt med en halveringstid ~10 år (figur 8). Det talar alltså för att uppehållstiden för antropogent CO2 i atmosfären är betydligt kortare än enligt IPCCs hypotes och stödjer hypotesen att havet inte är mättat.
Figur 8. Den observerade exponentiella avklingningen av 14CO2 i atmosfären jmf. den
teoretiska avklingningen enligt den s.k. Bern modellen som IPCC använder sig av (Från Salby 2018).
Så hur stor del av den uppmätta ökningen av CO2 koncentrationen är egentligen antropogen? Harde 2017 beräknar det antropogena bidraget till mängden CO2 i atmosfären till 4,3% med en genomsnittlig uppehållstid på 4 år. Salby 2018 uppskattar den antropogena andelen likaledes till 3-5%. Den antropogena andelen av den totala ökning som skett under den industriella eran blir då 15%, dvs 17 ppm av totalt 110 ppm (Harde 2017).
I en kommande artikel skall vi titta vidare på de två modellerna och se mer i detalj på vad som skiljer Bern modellen från Harde/Salbys modell. Vi skall försöka förtydliga varför uppehållstiderna blir så olika för antropogent jmf. naturligt CO2 och varför de globala klimatmodellerna överskattar den framtida globala medeltemperaturen.