Antero Ollila Aika on totuuden puolella

Ilmastonmuutos, osa 5: Hiilidioksidi on heikko kasvihuonekaasu nykyilmakehässä

  • Kuva 1. Kasvihuonekaasujen absorptioalueet
    Kuva 1. Kasvihuonekaasujen absorptioalueet
  • Kuva 2. Kasvihuonekaasujen pitoisuuden vaikutus lämpenemiseen
    Kuva 2. Kasvihuonekaasujen pitoisuuden vaikutus lämpenemiseen
  • Kuva 3. Hiilidioksidin vaikutus kokonaisabsorptioon
    Kuva 3. Hiilidioksidin vaikutus kokonaisabsorptioon

  Motto: Nihil in verbis, omnia probate – Älä luota pelkkään puheeseen, testaa kaikkea

Käsittelin osiossa 3 kasvihuonekaasujen osuutta kasvihuoneilmiössä. Tulos oli, että %-osuudet ovat: vesi 82 %, hiilidioksidi 11 %, otsoni 5 %, ja metaani & typpioksiduuli 2 %. IPCC tietää tästä asiasta vain sen, että hiilidioksidin (CO2) osuus on jossain välillä 26 % - 33 %. Yleisesti siteerattu 26 % on laskettu ilmakehässä, jossa vettä on puolet liian vähän. Kasvihuonekaasujen suhteelliset osuudet käyvät ilmi kuvasta 1. Kunkin kaasun absorptiopiikin (tai piikkien) pinta-ala edustaa sen lämmitysvaikutusta, mutta pinta-aloja ei voi laskea suoraan yhteen. Esimerkiksi metaani ja typpioksiduuli menevät aallonpituusalueella 7-8 mikrometriä lähes täysin päällekkäin ja jäävät veden absorptioalueen alle. Tämän vuoksi kuvassa näkyvä kokonaisabsorptio (purppuraviiva) nousee vain hiukan veden absorptiota ylemmäs tällä alueella.

Koska muiden kasvihuonekaasujen kuin veden lämmitysvaikutus on erittäin epälineaarinen, niin nykyisessä ilmakehässä kasvihuonekaasujen lisäykset käyttäytyvät eri tavalla. Tätä tilannetta on havainnollistettu kuvassa 2. Vaaka-akselilla ovat hiilidioksidin, metaanin ja typpioksiduulin pitoisuudet yksikössä ppm (parts per million) aina 600 ppm:ään asti. Nykyiset pitoisuudet ilmakehässä ovat: CO2 400 ppm, CH4 1,8 ppm ja N2O 0,33 ppm. Punainen vaakasuora viiva kuvaa nykyilmakehän konsentraatioita. Koska metaanin ja typpioksiduulin pitoisuudet ovat aivan mitättömiä, tässä kuvassa näyttää, että niiden pitoisuudet ovat nollassa.

Veden lämmitysvaikutus (sininen käyrä) on aivan erilainen. Se leikkaa nykyilmakehän kohdassa 2,6 prcm. Mittayksikkö prcm (precipitated water in cm) tarkoittaa ilmakehän keskimääräistä vesipitoisuutta tiivistettynä vedeksi eli ilmakehässä on n. 2,6 cm vettä. Veden lämmitysvaikutus ei juuri pienene sen pitoisuuden kasvaessa ja sen vuoksi tropiikin vesimäärä 4,1 prcm on osatekijä tropiikin korkeisiin lämpötiloihin. Kun veden absorptio nousee, niin hiilidioksidi jää tropiikissa veden absorptiopiikin alle lähes täysin ja sen osuus kasvihuoneilmiössä on vain 5,9 %.

Kuvassa 2 näkyy hiilidioksidin jyrkästi vähenevä vaikutus maapallon lämpötilaan. Pitoisuudella 400 ppm sen lämmitysvaikutus on kuvan mukaisesti n. 3,3 °C eli n. 10 prosenttia kasvihuoneilmiön kokonaissuuruudesta 33 °C. Pitoisuudesta 400 pmm ylöspäin, hiilidioksidin suhteellinen vaikutus pienenee koko ajan. Tämän vuoksi sen suhteellinen voimakkuus verrattuna veteen heikkenee suhteesta 82 % / 11 % (eli vesi on n. kahdeksan kertaa voimakkaampi kasvihuonekaasu).

Mitä tapahtuu kokonaisabsorptiolle, kun hiilidioksidin määrä kasvaa? Sehän on ns. kasvihuoneteorian oleellisin kysymys. Tämän teorian mukaan, jota IPCC kannattaa, hiilidioksidin määrän kaksinkertaistuminen nostaa lyhyellä tähtäimellä maapallon lämpötilaa n. 1,75 °C ja vuosisatojen kuluessa, kun maapallon hakeutuu uuteen tasapainotilaan, sen vaikutus kaksinkertaistuu arvoon 3,5 °C. Näissä arvioissa on suuria virheitä, joita olen käsitellyt aikaisemmin. Tilannetta on havainnollistettu kuvassa 3. Tässä kuvassa on esitetty kokonaisabsorption lisääntyminen aallonpituusalueella 10 – 14 mikrometriä, koska muilla aallonpituusalueilla hiilidioksidi ei pysty lisäämään kokonaisabsorptiota.

Pelkästään silmällä voi havaita, että absorption lisäys välillä 280 – 379 ppm on kutakuinkin sama kuin välillä 379 – 560 ppm ja edelleen sama kuin välillä 560 – 800 ppm. Tämä lisäys voidaan laskea matemaattisen kaavan muotoon ja se on varsin yksinkertainen. Yleisimmin käytetty kaava on Myhre et al:n (myöhemmin Myhre) esittämä tulos vuonna 1998 ja se on, että RF = 5,35 * ln(C/280), jossa RF on CO2:n säteilypakote (W/m2) ja C on hiilidioksidin pitoisuus ppm:nä. Kun CO2:n pit oisuus kasvaa 560 ppm:ään, niin saadaan ns. ilmastoherkkyyden arvo, joka on 3,7 W/m2.  Kertomalla tämä luku IPCC:n virallisella ilmastoherkkyysparametrilla 0,5, saadaan tämä alempi ilmastoherkkyyden arvo asteina, joka on n. 1,85 °C.

Monet tutkijat – myös ilmastoskeptikot – käyttävät Myhren kaavaa lähtökohtana laskelmissaan. Niin minäkin tein, kunnes törmäsin ristiriitoihin. Tein oman tutkimuksen, jossa käytin kolmea eri menetelmää ja kahta spektrianalyysityökalua. Tein sen, jonka avulla tiede on huolehtinut tulosten ja teorioiden oikeellisuudesta eli toistin Myhren laskelmat.

Kuvaan lyhyesti laskennan vaiheet, koska sen avulla paljastuu, miten kasvihuoneilmiön lisäys kasvattaa maapallon lämpötilaa. Kun CO2-pitoisuus nostetaan 560 ppm:ään, lisääntyy ilmakehän kokonaisabsorptio ja minun laskuissani se nousi arvoon 2,16 W/m2 (Myhre 3,7 W/m2). Tämä tarkoittaa, että maapallo säteili avaruuteen 2,16 W/m2 vähemmän energiaa. Koska näin ei voi olla termodynamiikan 1. lain perusteella, maapallon lämpötila alkaa nousta, kunnes tuo 2,16 W/m2 ero poistuu. Laskennallisesti se tarkoittaa, että pitää löytää uusi lämpötila, jossa päästään samalle tasolle kuin pitoisuudella 280 ppm. Omissa laskelmissani tuo lämpötila oli 0,56 °C ja pyöristettynä 0,6 °C. Yhteenvetona siis CO2-pitoisuudella 280 ppm ja pintalämpötilassa 15 °C maapallo säteilee ulospäin yhtä paljon energiaa (238 W/m2) CO2-pitoisuudella 560 ppm ja lämpötilassa 15,6 °C. Minun kaavani on samaa muotoa kuin Myhrellä, mutta vakio on eri: RF = 3,12 * ln (C/280).

Kyllä kasvihuoneilmiön voimistuminen saa aikaan lämpötilan nousun, mutta arvo on lähes tarkalleen vain kolmasosa siitä, mitä IPCC laskee. Siihen on kaksi yksinkertaista syytä. Myhren kaavan antaa arvon, jonka pitäisi olla 41,6 % pienempi  ja IPCC:n oletus vakiollisesta suhteellisesta kosteudesta antaa ilmastoherkkyysparametrille arvon 0,5 W/m2, kun sen pitäisi lähes puolta pienempi 0,27 W/m2.

Vielä yhteenvetona kasvihuonekaasujen suhteelliset vahvuudet nykyilmakehässä verrattuna hiilidioksidiin: vesi 15, metaani 0,11, typpioksiduuli 0,17 ja otsoni 0,63. Vesi on siis 15 kertaa vahvempi kasvihuonekaasu nykyilmakehässä verrattuna hiilidioksidiin.

Onko tästä muita todisteita kuin omat laskelmani? On siitä IPCC:n omat tiedot. IPCC ilmoittaa, että suhteellisen kosteuden pysyminen vakiona kaksinkertaistaa kasvihuonekaasujen vaikutuksen. Otetaan IPCC:n raportti AR4 vuodelta 2007. Sen mukaan säteilyn kokonaispakote oli 1,72 W/m2 ja koska muut tekijät kompensoivat toisiaan, CO2:n pakote 1,66 W/m2 vastasi lähes täysin kokonaispakotetta. Koska lämpötila oli noussut 0,76 °C, niin CO2:n osuus oli 0,38 °C ja veden saman verran. CO2:n pitoisuus oli noussut arvosta 280 ppm arvoon 379 ppm eli 35,4 %. Kun käytetään maapallon keskimääräistä ilmakehää, niin on helppo laskea, paljonko ilmakehän kokonaisvesimäärää lisääntyy, kun lämpötila kasvaa 0,38 °C ja suhteellinen kosteus pysyy vakiona. Veden määrän lisäys on arvosta 2,6 prcm arvoon 2,66 prcm eli 2,3 %. Tämä tarkoittaa, että IPCC:n mukaan veden täytyy olla 15,4 kertaa voimakkaampi kasvihuonekaasu kuin hiilidioksidi. Muuten heidän laskelmansa ei toimi. Tämä on siis oikein, mutta IPCC:n oletus suhteellisen kosteuden vakiollisuudesta ei ole oikea, kuten suorat mittaukset osoittavat.

Ilmastoherkkyyden oikea arvo on siis 0,6 °C. IPCC:n alempi ilmastoherkkyys 1,75 °C on kolme kertaa liian suuri ja korkeampi ilmastoherkkyys on peräti kahdeksan kertaa liian suuri. Syynä on kolme tekijää: 1) CO2:n säteilypakotekaava laskee väärin, suhteellinen kosteus ei ole vakio, ja maapallon albedon muutokset ovat pelkkä oletus. Hiilidioksidinvaikutus lämpötilan nousuun esiteollisesta ajasta lähtien vuonna 2016 on vain n. 0,25 °C eli karkeasti 30 % kokonaislämpötilan noususta 0,85 °C.

Selvyyden vuoksi ilmoitan, että en ole ilmaston enkä ilmastonmuutoksen kieltäjä, joksi minua tavallisesti nimitetään englanninkielisillä nettisivustoilla. Olen eri mieltä IPCC:n kanssa siitä, kuinka paljon kasvihuonekaasut pystyvät nostamaan maapallon lämpötilaa. Olen julkaissut asiasta 10 vertaisarvioitua tieteellistä artikkelia viimeisen viiden vuoden aikana. Tämä juttu on nimensä mukaisesti 5. osa ilmastonmuutosblogeista, joita minulla on tarkoitus julkaista edelleen. Niissä blogeissa menen syvemmälle ilmastonmuutokseen.

Oma ilmastosivustoni, jossa on tarkempaa tietoa ilmastonmuutoksesta: www.climatexam.com

 

Piditkö tästä kirjoituksesta? Näytä se!

5Suosittele

5 käyttäjää suosittelee tätä kirjoitusta. - Näytä suosittelijat

NäytäPiilota kommentit (10 kommenttia)

Käyttäjän aveollila kuva
Antero Ollila

Olen pahoillani, että kuvat häipyivät johonki bittiavaruuteen aluksi, mutta nyt ne näyttäisivät olevan mukana. Tekstini voi vaikuttaa hieman tieteellisiltä, mutta minun lähestymistapani on tieteen popularisointi.

Käyttäjän grohn kuva
Lauri Gröhn

Osa kolme oli puhdasta harhauttamista. Ilmastonmuutoksessa on olennaista kasvihuonekaasujen muutos. CO2 ja sen seurannaisilmiöt tekevät ilmastomuutoksen.

Kuva 2 on myös bluffia, koska hiilidiksi on primäärinen ilmastonMUUTOSkaasu. H2O:n haihtuminen lisääntyy ihmisen aiheuttaman ilmaston lämpenemisen vuoksi.

Omat arviosi voi heittää sikseen, koska niitä ei ole julkaistu OIKEISSA vertaisarvioiduissa ilmastotieteen julkaisuissa.

Käyttäjän aveollila kuva
Antero Ollila

Kiehl & Trenberthin tutkimus kasvihuonekaasujen vaikutuksesta kasvihuoneilmiöön on julkaistu "oikeasti" vertaisarvioidussa alan lehdessä Bulletin of American Meteorological Society 90 (1997) 311-323. Silti siinä on oikein perustavanlaatuinen virhe, koska se on thety väärällä ilmakehällä. Miten tämä on mahdollista: a) K&T eivät ymmärrä ilmakehäkoostumuksen merkitystä, b) he ymmärtävät, mutta haluavat kantaa kortensa kekoon IPCC:n huijauksessa. Mitä todistaa vertaisarvioinnista?

Käyttäjän aveollila kuva
Antero Ollila

Kasvihuonekaasujen vahvuuden vertaamiseen IPCC-joukko on kehittänyt täysin teoreettisen mittarin GWP = Global Warming Potential eli suomeksi vapaasti käännettynä globaali lämmityspotentiaali. Sillä tarkoitetaan lämmitysvaikutusta, jonka 1 kg kasvihuonekaasua saa aikaan, kun sitä verrataan hiilidioksidiin; laskenta-aikana käytetään yleensä 100 vuotta. Metaanin GWP-arvo on 25 ja typpioksiduulin N2O:n 289. Näillä arvoilla ei ole mitään tekemistä käytännössä, mutta niillä on hyvä peloitevaikutus. Metaanin ja typpioksiduulin pitoisuudet ovat ja tulevat olemaan aivan mitättömät, jotta niillä olisi jotain käytännön vaikutusta.

GWP-arvojen laskenta on teoreettisestikin hyvin vaikeaa. Lähtökohdaksi on valittu painoyksikkö, vaikka tilavuusyksiköllä on merkitystä. Metaanin elinajaksi on valittu 12,4 vuotta, vaikka useat tutkimukset osoittavat lyhempää arvoa välillä 8-10 vuotta. Mutta ei ole vaikea arvata, että IPCC valitsee ne arvot, jotka antavat parhaimman pelotevaikutuksen.

Hannu Tanskanen

Vesihöyryhän on tärkein ilmakehän lämmönsäätäjä, sitä ei kieltäne kukaan.

Teoriat ovat teorioita, mutta suuri käytännön koe tehtiin WTC-911:n aikaan, kun koko USA:n lentoliikenne oli "grouded", eli tiivistymäjuovat olivat poissa.

Keskilämpötilat noiden kolmen päivän aikana kautta USA:n tehdyin mittauksin nousivat yhden C-asteen luokkaa, eli siis pilvien vaikutus on viilentävä.

Kasvihuoneilmiö on erinomaisen huono termi ja johtuu vain siitä, että ruotsalainen Svante Arhennius noin spekuloi yli sata vuotta sitten.

Kasvihuoneilmiö kasvihuoneessa johtuu pääasiassa konvektion estymisestä, mutta ei ilmakehällä ole lasi/muovi -kattoa. Ilmakehä on pikemminkin lämpöpumppu, joka veden olomuodon muutoksilla siirtää lämpöä päiväntasaajalta navoille. Tätä teoriaa on ansiokkaasti käsitellyt ruotsalainen sovelletun matematiikan professori Claes Johnson:

http://www.csc.kth.se/~cgjoh/

Käyttäjän grohn kuva
Lauri Gröhn

Vuodesta toiseen tuota katto-höpöä.

Käyttäjän aveollila kuva
Antero Ollila

Maapallon kasvihuoneilmiö ei ole myöskään minun mielestäni paras mahdollinen sanavalinta. Onhan siinä samankaltaisuutta sen vuoksi, että kasvihuoneessa on lämpimämpää kuin vieressä avomaalla. Kuten sanoit, kasvihuoneessa merkittävin tekijä on konvektion estyminen. Samankaltaisuutta maapallon kasvihuoneilmiössä on siinä muodossa, että kasvihuoneissa käytetään hiilidioksidin lisäystä, koska kasvien kannalta optimipitoisuus oli n. 1500...1600 ppm. Nyt ollaan tasolla 400 ppm. Lisääntynyt CO2-pitoisuus on kiistatta lisännyt satoisuutta n. 10...15 %.

Maapallon kasvihuoneilmiössä on sikäli perää, että kyllä sellainen ilmiö on tedellisuutta, ja se on nostanut maapallon lämpötilaa n. 33 astetta - kiitos veden (82 %). K

Käyttäjän grohn kuva
Lauri Gröhn

Globaalisti vähentänyt kasvua ja vähentää kiihtyvällä vauhdilla.

Käyttäjän StefanTallqvist kuva
Stefan H. Tallqvist

Tästä oli aiemmin puhetta; näyttää siltä, että El Nino ja La Nina eivät ole yhtä voimakkaita, siis niitten yhteisvaikutus ei ole nolla!

Abstract
A major open question about El Niño-Southern Oscillation (ENSO) is what causes ENSO amplitude asymmetry, with strong El Niños generally larger than strong La Niñas. We examine a leading hypothesis, that the ENSO state modifies the fetch and/or wind speed of westerly wind bursts that create asymmetric forcing and an asymmetric ENSO response.

http://journals.ametsoc.org/doi/10.1175/JCLI-D-16-...

Published Online: 11 May, 2016

Käyttäjän aveollila kuva
Antero Ollila

En ole tutkinut eli laskenut EL Nino ja La Nina jaksojen tarkkaa vastaavuutta. Olen silmäillyt tässä nettiosoitteessa olevaa hyvää graafista esitystä: http://ggweather.com/enso/oni.htm

Tuon grafiikan perusteella on selvää, että kyseessä ei ole mikään täysin symmetrinen kuvio, joka toistuisi aina samanlaisena eli että piikkien pinta-alat olisivat samansuuruiset. Silmämääräisesti näyttää siltä, että jos otetaan grafiikassa näkyvä jakso eli 65 vuotta, niin suurta eroa ei löydy. La Nina voi olla suurempi tai pienempi kuin El Nino. Selkeä poikkeus on vuosien 91-21 El Nino, jonka jälkeen ei tullut lainkaan La Ninaa. Tilannetta saattoi hämmentää Pinatubo-tulivuoren purkaus. Voisi luulla, että tässä tapauksessa La Nina olisi pitänyt olla erikoisen suuri, koska Pinatubo aiheutti äkillisen 0,5 asteen lämpötilan laskun. Sen jälkeen lämpötila nousi suhteellisen nopeasti merien ja maan aikavakioiden mukaisesti (olen julkaissut asiasta artikkelin). Ehkä syynä on maapallon verraton kyky negatiivisella tapaisinkytkennällä poistaa häiriöitä. En usko, että pieni epäsymmetria El Nino ja La Nina piikkeissä merkitsisi maapallon kannalta mitään oleellista. Kyse on paikallisesta ilmiöstä ja sen selitys löytynee sen syntysijoilta.

Toimituksen poiminnat

Tämän blogin suosituimmat kirjoitukset