Thormod Henriksen og Ingolf Kanestrøm KLIMA Drivhuseffekt Energi 1
Gyldendal Norsk Forlag AS 2001 ISBN 82-417-1217-0 Omslagsdesign: Merete Berg Toreg Sats: Ved forfatter Papir: 90 g Bulky Parner Trykk: AIT Gjøvik AS, 2001 Alle henvendelser om boken kan rettes til Gyldendal Akademisk Postboks 6730 St. Olavs plass 0130 Oslo akademisk@gyldendal.no www.gyldendal.no/akademisk thormod.henriksen@fys.uio.no ingolf.kanestrom@geofys.uio.no Det må ikke kopieres fra denne bok i strid med åndsverkloven eller avtaler om kopiering inngått med KOPINOR, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel. 2
Forord The only way to have real success in science is to describe the evidence very carefully without regard to the way you feel it should be. If you have a theory, you must try to explain what s bad about it equally. In science you learn a kind of standard integrity and honesty. Richard Feynman Richard Feynman (1918 88) Feynman var en av de fremste forskere (nobelprisvinner i fysikk) og pedagoger vi noen gang har hatt. In my view, we are not doing as well as we could in the global warming debate. For one thing, we have failed to use the opportunity to help teach the public about how science research works. On the contrary, we often appear to public to be advocates of fixed adversarial positions. Of course, we can try to blame this on the media and politicians, with their proclivities to focus on antagonistic extremes. But that doesn't really help. James Hansen. James Hansen (1941 ) Hansen er en anerkjent klimaforsker. Han er leder for Giss, NASAs klimamodeller. Klimaproblematikken har vært et hyppig tema i massemediene. I debatten har man i stor grad fokusert på økt drivhuseffekt. Men svært ofte ser man at en blander problemstillinger som drivhuseffekt og nedbryting av ozonlaget. Riktignok er ozon en drivhusgass, så det er en sammenheng mellom disse problemstillingene. Men når man snakker om faren ved nedbryting av ozonlaget, tenker man primært på mulighetene for økt ultrafiolett stråling. Det kan føre til både positive og negative konsekvenser for mennesker, dyr og vegetasjon. I denne boka har vi konsentrert oppmerksomheten om klimaet, og vi har prøvd å se det ut fra et faglig synspunkt og latt de politiske sidene ligge. Jordas klimasystem er meget komplisert, og det er derfor svært vanskelig å lage matematisk/fysiske modeller som kan beregne alle prosesser som foregår. Vi er ganske sikre på at menneskene gjennom sin virksomhet kan påvirke klimasystemet. Det skjer ved at vi forandrer jordoverflaten, dyrker jord, asfalterer veier, forbruker overflatevann og hugger ned skog, eller det faktum at vi slipper ut store mengder partikler og drivhusgasser til atmosfæren. Dette kan påvirke klimaet ved at en f. eks. får forandringer i temperatur og nedbør. Siden klimasystemet er så komplisert, vil det være vanskelig å tallfeste virkningen av våre inngrep i naturen. Forskerne står overfor en stor utfordring når det gjelder å skaffe bedre kunnskaper om klimasystemet og det fremtidige klima. Utslippene av drivhusgasser blander seg fort med de andre gassene i atmosfæren. De fleste drivhusgassene har lang oppholdstid i atmosfæren slik at virkningen blir global. Situasjonen er noe annerledes for partikler. På grunn av tyngde- 3
kraften og utvasking med nedbøren blir virkningen mer lokal. Tilnærmet all energi som når jordoverflaten, kommer fra sola. Vi starter derfor med å gi en kort beskrivelse av sola og den energiproduksjonen som finner sted i solas indre. Videre gir vi en kort beskrivelse av klimasystemet og diskuterer noen kjente fenomener som vulkanutbrudd og El Niño og hvordan de påvirker klimaet. For bedre å kunne følge med i klimadebatten og vurdere de ulike utsagnene har vi gitt en forholdsvis utførlig omtale av hva som ligger i begrepet drivhuseffekt, og omtalt de viktigste drivhusgassene med angivelse av kilder og sluk. For å få bedre innsikt i klimaprosessene og klimavariasjoner har vi beskrevet klimaet i historiskog førhistorisk tid. Deretter har det vært naturlig å omtale de klimamodellene som står til rådighet, og hvilke prognoser vi kan lage for det fremtidige klima. I denne sammenhengen har det vært naturlig å peke på mulige konsekvenser av klimaforandringer, og om det finnes muligheter til å redusere disse. Historien viser at det er en nær sammenheng mellom velstandsutvikling og energiforbruk. En ve- sentlig del av det globale energiforbruket blir i dag dekket av fossilt brensel, olje, gass og kull. Utslipp fra fossilt brensel gir bl.a. drivhusgassen CO 2. Vi vet at disse ressursene er begrenset, og det blir en stor utfordring å fremskaffe alternative energikilder. Vi har derfor laget en oversikt over våre energikilder, ressurser, teknologi og muligheter. Vi står overfor en enorm oppgave for å skaffe energi til en økende global befolkning som stadig har behov for og som forbruker mer energi. Vi diskuterer både de ikke-fornybare og de fornybare energikildene. En del av stoffet i denne boka er hentet fra rapportene fra Det internasjonale klimapanelet, The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), utgitt i perioden 1990 99. I disse rapportene er det gitt referanser til svært mye av den vitenskapelige litteraturen som er relevant for problemområdet. Mange mener at klimamodellene er så usikre at en ikke kan si noe om mulige klimaforandringer. Vi har ikke prøvd å underslå dette. Vår oppgave er å gi en mest mulig saklig fremstilling av både sannsynligheten for en fremtidig klimaforandring, hvilke konsekvenser det kan få, og hvilken usikkerhet som er knyttet til prognosene. Det er vårt håp at leserne vil ha nytte og glede av denne boka. Blindern, januar 2001 Thormod Henriksen Ingolf Kanestrøm Lytt til visdomsord fra den kloke ugle 4
Innhold Forord...3 Kapittel 1 Klima energi miljø...7 Kapittel 2 Sola... 10 2.1. Hvordan studerer vi sola?... 10 2.2. Solas struktur og egenskaper... 12 2.3. Solflekker... 13 2.4. Energiproduksjon på sola... 16 2.5. Solenergi på vei til jorda... 18 Kapittel 3 Klima... 21 3.1. Hva er klima?... 21 3.2. Atmosfæren... 23 3.3. Er klimaet under forandring?... 25 3.4. El Niño... 26 3.5. Vulkanutbrudd... 30 3.6. Er forandringer i klimaet kritisk?... 31 Kapittel 4 Drivhuseffekten... 32 4.1. Historikk... 32 4.2. Hva er drivhuseffekten?... 33 4.3. Et enkelt bilde av drivhuseffekten... 34 4.4. Absorpsjon av stråling i atmosfæren... 36 4.5. Energitransport... 39 4.6. Drivhuseffekt på andre planeter... 40 4.7. En forsterket drivhuseffekt... 41 Kapittel 5 Drivhusgasser og aerosoler... 43 5.1. Vanndamp... 43 5.2. Karbondioksid... 43 5.3. Metan (CH4)... 52 5.4. Lystgass... 53 5.5. Klorfluorkarboner og haloner... 54 5.6. Ozon... 56 5.7. Svovelheksafluorid SF6... 56 5.8. Partikler i atmosfæren... 56 5.9. Tilbakekoplinger... 58 5.10. Relativ betydning av drivhusgassene... 59 5.11. Konklusjon med hensyn til klimagasser... 60 Kapittel 6 Historisk klima og paleoklima... 61 6.1. Oksygenisotoper som termometer... 61 6.2. Temperaturutviklingen... 63 6.3. De siste 150 år... 64 6.4. Hva er årsaken til istidene?... 66 Kapittel 7 Klimamodeller... 68 7.1. En værvarslingsmodell... 68 7.2. Langtidsvarsler på regional skala... 74 7.3. Tilbakekoplinger i klimasystemet... 75 7.4. Klimamodeller... 77 7.5. Resultater fra klimamodeller... 81 7.6. Kan modellene bli bedre?... 84 Kapittel 8 Fremtidig klima... 85 8.1. Scenarioer om utslipp av klimagasser... 85 8.2. Temperaturutviklingen i det 20. århundret... 89 8.3. Tidsutviklingen av det globale klimaet... 91 8.4. Forandringer i ekstreme værsituasjoner... 93 8.5. Oppsummering om fremtidens vær og klima... 95 Kapittel 9 Konsekvenser av klimaendringer... 96 9.1. Heving av havnivået... 96 9.2. Isen i Antarktis og på Grønland... 99 9.3. Havnivået i de siste 100 år... 100 9.4. Havnivåendringer i framtida... 101 9.5. Hydrologisk syklus og ferskvannsreservoarer... 102 9.6. Andre mulige effekter ved økt drivhuseffekt... 104 9.7. Klima og helse... 105 Kapittel 10 Usikkerhet om klimaet... 107 10.1. Vitenskapelig usikkerhet... 107 10.2. Usikkerhet i klimaprognosene... 108 10.3. Kan usikkerheten reduseres?... 109 Kapittel 11 Tiltak for å redusere drivhuseffekten...110 11.1. Føre-var-prinsippet... 111 11.2. Tiltak for å redusere drivhuseffekten...112 11.3. Reduksjon i utslipp av drivhusgasser...113 11.4. Direkte mottiltak...116 11.5. Klimapolitikk... 120 Kapittel 12 Energi og energiressurser... 122 12.1. Innledning... 122 12.2. Energi, kilder, former og enheter... 124 12.3. Energibruk før, idag og i fremtiden... 127 12.4. Energi fra fossilt brensel... 131 12.5. Kjernekraft... 137 12.6. Fornybare energikilder... 142 12.7. Varmepumper... 156 12.8. Energilager og -bærere... 157 12.9. Energi og miljø... 159 5
Kapittel 13 Jordas magnetfelt... 160 13.1. Innledning... 160 13.2. Historikk... 160 13.3. Jordfeltets form og størrelse... 161 13.4. Magnetfeltet utenfor jorda... 165 13.4. Hvorfor har jorda et magnetfelt?... 166 Referanser... 169 Størrelser, enheter og kjemiske symboler... 172 Kjemiske betegnelser.... 173 Indeks... 174 6