Leif Andersson 2011-05-19 Klimat, vatten och koldioxid ============================ Under det förra århundradet steg Jordens medeltemperatur med några tiondels grader. Det har blivit varmare. Inte så varmt som under medeltiden och definitivt inte så varmt som på bronsåldern men varmare än under den period på 1600 - 1700-talet som brukar kallas "Lilla istiden". Kan detta ha något samband med männsklig verksamhet och i så fall vilket samband har det? För cirka tiotusen år sedan uppfann människan jordbruket. Samtidigt hände något med Jordens klimat. Under den senaste årmiljonen har Jordens medeltemperatur varierat med toppar med drygt hundratusen år emellan. För tiotusen år sedan var vi på väg mot en sådan topp men några grader innan vi nått toppen bröts utvecklingen och temperaturen stabiliserades. Under de senaste tiotusen åren har temperaturen varit förvånansvärt stabil. Om den utvecklats på samma sätt som under tidigare toppar skulle den ha stigit till en kortvarig topp och nu vara på väg nedåt igen. Om medeltemperaturen under de senaste tiotusen åren har påverkats av människan är frågan vad vi gör som skulle kunna påverka medeltemperaturen. Instrålningen från solen kan vi inte påverka. Men hur denna instrålning speglas tillbaka ut i rymden kan vi kanske påverka. När vi använder mark till odling, vägar, bebyggelse med mera ändrar vi markens reflektionsegenskaper. Och en del av den strålning som går från marken ut mot rymden fångas upp av luften som strålar hälften av den absorberade energin tillbaka mot Jorden och hälften mot rymden. De gaser som ingår i luft absorberar stålning i olika frekvensband. Luften är ogenomskinlig för ultraviolet ljus men resten av solljuset ligger i ett frekvensband där absorbtionen i luften är liten. Men jordytan är betydligt kallare än solytan (300 K mot solytans färgtemperatur på 6 000 K). Strål- ningen från markytan får alltså betydligt lägre frekvens än solljuset och hamnar då i ett frekvensområde där några av luftgasernas absorbtionsområden ligger. Detta medför att en del av utstrålningen återgår till Jorden och höjer temperaturen. Detta brukar kallas för "Växthuseffekten". Växthuseffekten medför att Jorden är cirka trettio grader varmare än den skulle ha varit om den saknat atmosfär. Den i särklass viktigaste växthusgasen är vattenånga. Vatten svarar för sjuttio procent av växthuseffekten. Den näst viktigaste växthusgasen är koldioxid som svarar för femton procent av växthuseffekten medan övriga växthusgaser står för de återstående femton procenten. Om halten i luften av en viss gas är hög blir luften helt ogenomskinlig vid de frekvenser som den gasen absorberar. Höjer man halten ytterligare händer då ingenting med absorbtionen av dessa frekvenser. Drar man ner en gardin för ett fönster blir det mörkare i rummet. Drar man ner en gardin till för samma fönster händer nästan ingenting. Halten koldioxid i luften är redan nu sådan att luften är helt ogenomskinlig för de centrala delarna av koldioxidens absorbtionsband. Att halten koldioxid trots det kan ha någon påverkan på temperaturen beror på att det finns en oskärpa i frekvensbandens kanter. Denna oskärpa och det faktum att koldioxid absorberar några frekvenser där inte vattenångan redan gjort luften ogenomskinlig gör att halten koldioxid kan ha en liten påverkan på temperaturen. Men innan man börjar fundera på koldioxidens femton procent av växthuseffekten måste man naturligtvis ha klarat ut hur människor kan tänkas påverka vattenångans sjuttio procent. Ökar man luftens koldioxidhalt från noll ökar absorbtionen i koldioxidens absorbtionsband tills den mättas. Därefter kan man höja koldioxidhalten till hundra procent utan att något händer. Ökar man luftens vattenhalt från noll blir förloppet mer komplicerat. När den relativa fukthalten når hundra procent börjar vatten kondensera och falla ut som regn. Vatten har också egenskapen att vatten som avdunstar på markytan kyler marken och vatten som kondenserar i luften värmer den. Och när vatten kondenserar i luften bildas moln som speglar bort infallande solljus och i någon mån ändrar absorbtionsegenskaperna för strålningen från markytan. Dessutom är halten vattenånga i luften mycket olika på olika ställen och vid olika tidpunkter. De små variatoner i växthuseffekten som kan knytas till mänsklig koldioxidhantering är helt försumbara jämfört med de naturliga variationerna som är knutna till luftfuktighet. Efter ett störtregn brukar det bildas pölar på marken, pölar som så småningom torkar upp och försvinner. För tiotusen år sedan inträffade det "störtregn" som vi kallar Syndafloden. Enligt Bibeln regnade det i fyrtio dagar och fyrtio nätter. Resultatet blev "pölar" som ännu inte helt torkat upp. I Centralasien bildades Aral-Kaspiska sjön och i Nordamerika det som finns kvar en rest av i form av Salt Lake. I det läget började människan påverka jordytan genom odling som förändrade reflektionsegenskaperna och vattenomsättningen. Om man tillför vatten till luften där luftfuktigheten är hög påverkar man molnbildningen. Tillför man vatten där luftfuktigheten är låg påverkar man växthuseffekten genom att vattenånga där är en växthusgas vars verkan inte är mättad.Visserligen innehåller även den torraste ökenluft och den kallaste polarluft tillräckligt med vatten för att luften skall vara ogenomskinlig i de centrala delarna av vattenångans absorbtionsband men liksom för koldioxid finns det lite haltberoende absorbtion i absorbtionsbandens kanter. Ett exempel på tillförsel av vatten i torra områden är konstbevattning. Kring stora floder har man använt flodvatten för bevattning. Man sprider då ut flodvattnet över en stor yta där det avdunstar och tillförs luften i stället för att rinna ut i havet. Ofta är det fråga om torra områden där det vatten som tillförs luften fungerar som en omättad växthusgas. För att få en uppfattning om vad som är stort och vad som är smått kan man jämföra tillförseln av vatten med tillförsel av koldioxid. All mänsklig verksamhet avger totalt ungefär 6 Gt/år räknat som rent kol. Det blir cirka 20 Gt koldioxid per år. En flod som utnyttjas så hårt för bevattning att dess vattenflöde minskat påtagligt är Eufrat. Dess flöde är omkring 350 t/s vilket ger 10 Gt/år. Enbart Eufrat transporterar alltså hälften så mycket vatten som alla mänskliga koldioxidutsläpp. Att de sista resterna av Aral-Kaspiska sjön är på väg att torka upp har naturligtvis en stor inverkan på klimatet i Centralasien och därmed i ett så stort område att det påverkar hela Jordens klimat. Man har diskuterat möjligheterna att stabilisera situationen genom att vända någon av de stora floder som flyter ut i Ishavet. Om man till exempel skulle vända på Ob skulle man tillföra luften över Centralasien det vatten som Ob nu transporterar ut i havet. Ob för ut ungefär 12 500 t/s vilket ger 400 Gt/år. Jämfört med det ser våra 20 Gt/år koldioxid så obetydliga ut som de faktiskt är. För att inte tala om Amazonfloden som transporterar 7 000 Gt vatten per år. Vatten som kondenserats ur luften och fallit som regn i flodens avvattningsområde. Att försöka parera variationer i detta system genom att reglera koldioxidutsläpp är som att försöka jaga elefant med korkbössa.