Gå til hovedinnhold

The Bjerknes Centre is a collaboration on climate research, between the University of Bergen, Uni Research, the Institute of Marine Research, Nansen Environmental and Remote Sensing Centre.

Drivhuseffekten

Overflatetemperaturen på jorden justerer seg etter påvirkning fra de tre faktorene. Mens solinnstråling og drivhusgasser har en oppvarmende effekt på atmosfæren kan aerosoler ha både en oppvarmende og en avkjølende effekt, avhengig av type. Absorpsjon og spredning av solstråling i atmosfæren påvirkes vesentlig av aerosolpartikler og skyer, og til en viss grad av vanndamp og ozon. Ved siste årtusenskifte bidro vanndamp til rundt regnet halvparten (48%) av drivhuseffekten mens CO2 og skyer bidro med ca. 20% hver. De resterende ca. 12% domineres av bidrag fra ozon, metan og N2O. Likevel gir menneskeskapte utslipp av CO2 fra fossilt brensel en økning av drivhuseffekten. Når CO2 øker er det en rekke tilbakekoplinger som setter inn. En slik tilbakekopling er en ytterligere økt drivhuseffekt som skyldes mer vanndamp i atmosfæren. Illustrasjon: Haltenbanken/ EarthClim

Drivhuseffekten og jordens klima 

Drivhuseffekten er helt avgjørende for livet på jorda. Uten den ville gjennomsnittstemperaturen vært minus 18 °C. Men hva er egentlig drivhuseffekten, og kan vi mennesker påvirke den?

Klima er vanligvis definert som det gjennomsnittlige været over en periode som kan strekke seg fra noen måneder, tiår og enda lengre tidsskaler. Det er vanlig å beskrive klimaet ved middelverdier av temperatur, nedbør og vind. En klimaendring vil da være en endring i middelverdien i en gitt periode, sammenlignet med en referanseperiode (for eksempel brukes perioden 1961–1990 som «normalperiode»).

Klimasystemet endres over tid gjennom jordens interne dynamikk og gjennom ytre påvirkning. Ytre påvirkning inkluderer naturlige årsaker som vulkanutbrudd og endringer i solinnstråling og menneskeskapte endringer i atmosfærens sammensetning og vegetasjon.

I et stabilt klima er det balanse mellom strålingsenergi fra sola og stråling tilbake til verdensrommet. Forandringer i energibalansen kan forekomme ved endringer i:

  • planetbaner og solaktivitet
  • atmosfærens og bakkens evne til å reflektere solstråling tilbake til verdensrommet (albedo)
  • langbølget utstråling mot verdensrommet

Endringer i skymengde, partikler og vegetasjon endrer hvor mye av strålingen fra solen som reflekteres tilbake til verdensrommet, mens endringer i drivhusgasser endrer hvor mye langbølget stråling atmosfæren sender ut. Endringer i skymengde og skyfordeling vil også påvirke den langbølgede strålingen.

Strålingsverdier
Figur 1 viser jordas energibalanse, som styres av innstråling fra solen, atmosfærens sammensetning og refleksjon fra bakke og atmosfære. Omlag halvparten av solinnstrålingen blir absorbert av jordas overflate. Denne energien transporteres til atmosfæren ved å varme opp luften nær bakken (rød-blå pil), fordampning (gul pil) og ved langbølget stråling (sorte piler) mot atmosfæren. Her absorberes nesten all langbølget stråling fra underlaget, med unntak av en liten del (12 %) som slipper gjennom atmosfæren og ut i verdensrommet. Den absorberte energien fra underlaget varmer opp atmosfæren som så selv sender ut langbølget stråling mot verdensrommet fra oversiden og tilbake mot underlaget fra undersiden. Den langbølgete utstrålingen mot verdensrommet fra toppen av atmosfæren (69 %) er vesentlig mindre enn det som sendes ut fra bakken (112 %) mot atmosfæren. Denne reduksjonen i oppoverrettet langbølget utstråling fra bunn til topp kalles drivhuseffekten og den sørger for at gjennomsnittstemperaturen nær bakken blir ca 18 °C høyere enn den ellers ville vært. Størrelser er gitt i prosent av gjennomsnittlig solinnstråling, 342 W/m2. Figuren er basert på IPCC FAQ, figur 1.1, 2007.

Hva er drivhuseffekten?

Alle ting sender ut stråling. Bølgelengden avhenger av temperaturen. Mens drivhusgassene slipper kortbølget solstråling relativt uhindret gjennom atmosfæren, absorberer de samme gassene nesten all den langbølgete strålingen – varmestråling – som sendes ut fra jorden. Dermed bevares mer varme i atmosfæren. Mindre energi forsvinner ut i verdensrommet, og det blir varmere på jorda.

Solen holder en temperatur på 6000 °C og sender ut synlig lys og kortbølget, ultrafiolett stråling (hvite piler i figur 1). Skyer, partikler og gasser tar opp (absorberer) og reflekterer til sammen halvparten av solstrålingen. Av det som når bakken, reflekteres noe, men det meste absorberes og varmer opp jorda.

Jorda har en gjennomsnittstemperatur på cirka 15 °C og sender ut usynlig, langbølget stråling (sorte piler i figur 1) mot atmosfæren. Denne strålingen kalles også infrarød stråling eller varmestråling. Atmosfæren absorberer nesten all den langbølgete strålingen som sendes ut fra jorden, med unntak av en liten del (12 %), som slipper gjennom og ut i verdensrommet. Når atmosfæren absorberer varmestråling fra jorden, blir også atmosfæren varmet opp og sender ut mer langbølget stråling – både ned mot jorda og ut i verdensrommet. Men fordi atmosfæren er kaldere enn jordoverflaten, sender atmosfæren mindre stråling utover enn det bakken gjør. Dermed blir strålingstapet fra jordens overflate mindre enn det ville vært uten atmosfæren.

Det er dette som kalles drivhuseffekten: Ved å ta opp infrarød stråling fra jorden og sende ny stråling tilbake, virker skyer, gasser og partikler i atmosfæren som et slags drivhus. Gassene kalles drivhusgasser. Atmosfærens drivhuseffekt gjør at gjennomsnittstemperaturen på jorden er ca. 18 °C enn den ville vært om jorden ikke hadde hatt noen atmosfære.

Hva skjer når mengden av drivhusgasser og aerosoler øker?

De viktigste drivhusgassene er karbon-dioksid (CO2), troposfærisk ozon (O3), metan (CH4), lystgass (N2O) og klor-fluor-karboner (KFK). Atmosfærekonsentrasjonen av alle disse gassene stiger som følge av menneskelig aktivitet og drivhuseffekten i tiden frem-over vil uten tvil øke. Nitrogen, oksygen og argon utgjør tilsammen 99,96 % av atmosfæren, men er uten betydning som drivhusgasser fordi de ikke tar opp og sender ut infrarød stråling.

Utvikling i atmosfærens innhold av drivhusgasser
Figur 2. Viktige drivhusgasser med lang oppholdstid i atmosfæren fra år 0 til 2005. Konsentrasjonen av disse gassene har skutt i været siden 1850 og er i hovedsak knyttet til menneskelig aktivitet som følge av den industrielle revolusjon. Figuren er basert på IPCC FAQ, figur 1, 2007 (Kiehl and Trenberth 1997). 

Mengden av drivhusgasser med lang oppholdstid i atmosfæren slik som CO2, metan og lystgass i atmosfæren har økt betydelig de siste 50 år (se figur 2). Siden førindustriell tid har luftens innhold av CO2 økt med nærmere 40 %, og innholdet øker for hvert år. Innholdet av metan har økt med 17%. Dette skyldes i hovedsak menneskelig aktivitet og bidrar til å varme opp kloden. Vi må mer enn en million år tilbake for å finne høyere innhold av klimagasser i atmosfæren.

Den globale middeltemperaturen har steget med rundt 1 °C i løpet av de siste 140 år. De siste tiårene har temperaturen økt spesielt mye, med 1998, 2005, 2010 og 2014 som de varmeste årene. Temperaturen viser alltid store variasjoner fra år til år. De varmeste årene kan som regel knyttes til en varm fase i det naturlige fenomenet El Niño, som gir høye temperaturer i Stillehavet ved ekvator. De kaldeste årene kan som regel knyttes til den negative fasen, La Niña, som gir lave temperaturer samme sted. Det er stor enighet blant forskerne om at rundt 80 % av oppvarmingen de siste 60 år skyldes akkumulering av drivhusgasser i atmosfæren, først og fremst pga økt forbrenning av olje, kull og gass.

Mengden partikler i atmosfæren øker også, noe som gir en reduksjon i oppvarmingen. Typisk vil mørke sotpartikler nær bakken absorbere sollys og gi økning, mens lyse små sulfatpartikler i stratosfæren vil reflektere innkommende solstråling. I tillegg til direkte refleksjon av strålingen gir økning i mengden partikler flere skyer, noe som forsterker tilbakespredning av sollys.

Referanser

Intergovernmental Report for Climate Change (IPCC) Fourth Assessment Report 2007.