CO 2 og karbonbudsjettet. Betydning for klima og klimaendringer

Transkript

1 CO 2 og karbonbudsjettet Betydning for klima og klimaendringer

2 Hvorfor er CO 2 viktig som drivhusgass? N 2, O 2 og edelgasser: Har ikke dipolmoment Disse er ikke drivhusgasser

3 Svartlegemestråling fra legemer med temperatur: 6000K (Sola) 255K (Jordas atmosfære)

4 Gjennom hele atmosfæren Mellom toppen og 11 km

5 Strålingspådriv (radiative forcing) Energiblananse ved stabilt klima: F in =F out

6 Strålingspådriv (radiative forcing) Energibalanse ved stabilt klima: F in =F out Endret mengde klimagass Δm Strålingspådriv (ubalanse): ΔF

7 Naturlig drivhuseffekt: 150 Wm -2 IPCC, Figur SPM5 Radiative Forcing : Strålingspådriv

8 NOAA Greenhouse Gas records

9 CO 2 konsentrasjoner fra iskjerner (1100 år tilbake) IPCC, 2013

10 Pådriv og responser i klimasystemet Her: Temperaturendringen kommer først CO 2 endringer følger De siste 150 år: CO 2 økning skyldes hovedsakelig bruk av fossilt brennstoff. IPCC, Figur 5.3

11 CO 2 konsentrasjoner på geologisk tidsskala (65 mill år) IPCC, Figur 5.2

12 Historiske utslipp (Pg(C)/år) 1 Pg (10 15 g) = En milliard tonn 1 kg(c) = 3.66 kg(co 2 ) IPCC (2013): Olje/kull/gass: 9.5 Pg(C)/yr Avskoging: 1.0 Pg(C)/yr Økning atm: 4 Pg(C)/yr Opptak hav: 2.5 Pg(C)/yr Opptak land: 2 Pg(C)/yr IPCC, 2013

13 Det Global karbonbudsjettet 1 Pg = g = 1000 mill tonn

14 Det Global karbonbudsjettet 1 Pg = g = 1000 mill tonn Fotosyntese Respirasjon/ nedbrytning

15 Det Global karbonbudsjettet

16 Det Global karbonbudsjettet

17 Det Global karbonbudsjettet

18 Det Global karbonbudsjettet Stor utveksling mellom atmosfære og planter/hav Levetid CO 2 : 820(PgC)/( PgC/år) = 4 år Mye karbon i dyphavet Veldig tregt tap av karbon til olje/kull/gass Kilde:

19 Det Global karbonbudsjettet Lite tall. Kan det være noe problem?

20 Differanse konsentrasjon Forskjell NH/SH skyldes mer utslipp fra fossile kilder i nord. Dersom økningen i CO 2 kom pga. utgassing fra havet ville vi ikke hatt denne forskjellen mellom NH og SH. Differanse utslipp IPCC, 2013

21 CO 2 går opp, mens O 2 går tilsvarende ned Forbrenning viktig kilde IPCC, 2013

22 Det globale karbonbudsjettet IPCC, 2013

23 Hvor raskt fjernes CO 2 fra atmosfæren? Levetid (τ): Gjennomsnittlig oppholdstid for et CO 2 molekyl i atmosfæren τ= Masse i atm./opptak(hav+bakke) 820/( ) 4 år Justeringstid (adjustment time): Tid det tar for å fjerne et ekstra utslipp til atmosfæren. Naturlige kretsløp var i balanse Mye lengre enn levetiden fordi opptakene er lite avhengige av konsentrasjonen i atmosfæren

24 Tidsskalaer for utveksling av karbon mellom reservoarene IPCC, 2013

25 Karbonkjemi i havet M=mol/liter (Molar) CO 2 løses i vannet og danner CO 2 H 2 O Likevekt ved Henrys lov K H = [CO 2 H 2 O]/P CO2 = M/atm CO 2 H 2 O dissosierer og danner HCO - 3 og H + K 1 = [HCO 3- ][H + ]/[CO 2 H 2 O] = M HCO - 3 dissosierer og danner CO 2-3 og H + K 2 = [CO 2-3 ][H + ]/[HCO - 3 ] = M ph = -log [H + ] Lav ph [H + ] høy [H + ] høy R5 og R4 forskjøvet mot venstre ph i havet (pre-industrielt): 8.2

26 Buffereffekten av HCO 3 - og CO 3 2- NB! Buffereffekten hindrer ikke at [H + ] øker, men demper økningen betydelig

27

28 CO 2 opptak i havet forsuring av havet

29 CO 2 opptak i havet til nå (mol m -2 ) IPCC, 2013

30

31 Biogeokjemiske tilbakekoblinger Temperaturen øker økt/redusert plantevekst økt/red CO 2 opptak negativ/positiv tilbakekobling CO 2 øker økt plantevekst økt CO 2 opptak negative tlibakekobling (såkalt non-climate feedback) Økt tilførsel av nitrogen (bl.a. fra kunstgjødsel og forbrenning) øker CO 2 opptaket

32 Biogeokjemiske tilbakekoblinger i klimasystemet. IPCC, 2013

33 Uendret klima, høyere CO2 Mer CO 2 i atmosfæren høyere opptak i hav og på land Varmere klima, uendret CO2 Høyere temperatur høyere/lavere opptak i hav og på land

34 Er det ikke slik at CO 2 allerede er så høy at all stråling som kan absorberes blir absorbert Økning vil ikke påvirke energibalansen?

35 Strålingen A til verdensrommet er gitt ved A =εσt a 4 (Likning 2.14) Mer CO 2 strålingen kommer fra et nivå høyere oppe T a redusert mindre stråling til verdensrommet netto oppvarming av atmosfæren T a øker ny energibalanse økt overflatetemperatur T s

36 Varmekraftverk basert biobrensel og CCS: En mulighet for negative CO 2 utslipp?

37 Bidrag til CO2- opptaket i havet.