Förskjutningar i Jordens energiförråd

Jordens kortsiktiga väder och långsiktiga klimat beror av in- och utgående energiflöden, omfördelning mellan kortsiktiga energilager samt långsiktiga förråd.

Solen står för inkommande energi. Den domineras av UV och synligt ljus. När det synliga ljuset når mark och vatten (flytande men även vattengas, moln samt snö och is) kommer delar att reflekteras ganska opåverkat (därför kan vi se fotografier av Jorden tagna från rymden).

Resten absorberas varvid strålningens frekvens sjunker avsevärt till IR-området (värme). Denna kan användas, lagras eller stråla vidare ut via atmosfären till rymden.

Värmeenergi kan omfördelas via strålning, ledning och konvektion. I praktiken sker det bland annat via vattenströmmar i hav, avdunstning av vatten till atmosfär och moln som med vindar kan färdas avsevärda sträckor och bilda nederbörd, ibland på betydligt högre belägna platser.

Snö och is representerar värme med låg temperatur. När vatten kristalliserar (fryser) kommer avsevärda mängder värmeenergi att avlägsnas. När nollgradig is smälter åtgår lika mycket energi som för att värma samma massa (‘vikt’) nollgradiga vatten till +80°! Snö och is utgör därför stora förråd av koncentrerad ‘lågtemperaturenergi’ som aktivt påverkar både väder och klimatet.

Review article: Earth’s ice imbalance Thomas Slater et al.

Abstract

We combine satellite observations and numerical models to show that Earth lost 28 trillion tonnes of ice between 1994 and 2017.

Arctic sea ice (7.6 trillion tonnes), Antarctic ice shelves (6.5 trillion tonnes), mountain glaciers (6.1 trillion tonnes), the Greenland ice sheet (3.8 trillion tonnes), the Antarctic ice sheet (2.5 trillion tonnes), and Southern Ocean sea ice (0.9 trillion tonnes) have all decreased in mass.

Just over half (58 %) of the ice loss was from the Northern Hemisphere, and the remainder (42 %) was from the Southern Hemisphere. The rate of ice loss has risen by 57 % since the 1990s – from 0.8 to 1.2 trillion tonnes per year – owing to increased losses from mountain glaciers, Antarctica, Greenland and from Antarctic ice shelves.

During the same period, the loss of grounded ice from the Antarctic and Greenland ice sheets and mountain glaciers raised the global sea level by 34.6 ± 3.1 mm. The majority of all ice losses were driven by atmospheric melting (68 % from Arctic sea ice, mountain glaciers ice shelf calving and ice sheet surface mass balance), with the remaining losses (32 % from ice sheet discharge and ice shelf thinning) being driven by oceanic melting.

Altogether, these elements of the cryosphere have taken up 3.2 % of the global energy imbalance.

Citat ur fulltexten som finns här: https://tc.copernicus.org/articles/15/233/2021/

För att underlätta läsning av det faktaspäckade citatet har jag glesat ut den till kortare stycken. Tonnes är samma som 1000 kg.

Årets Nobelpris i fysik

Såvitt jag vet har aldrig ett Nobelpris i fysik delats ut till någon/några för en upptäckt som sedan befunnits vara i grunden felaktig. Vanligen går det tiotals år sedan upptäckten gjordes och i mellantiden inkorporeras och används den i vetenskapen utan att falsifieras [1].

Det bör inte ha undgått så många att årets fysikpris till hälften delas mellan två forskare som visat att det pågår klimatförändringar och att människan står bakom den.

All complex systems consist of many different inter-acting parts. They have been studied by physicists for a couple of centuries, and can be difficult to describe mathematically – they may have an enormous number of components or be governed by chance. They could also be chaotic, like the weather, where small deviations in initial values result in huge differences at a later stage. This year’s Laureates have all contributed to us gaining greater knowledge of such systems and their long-term development.

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2021/popular-information/

Vill du ha djupgående information så finns den här: https://www.nobelprize.org/uploads/2021/10/sciback_fy_en_21.pdf


[1] I vetenskapliga sammanhang är absolut ”sanning” svårt, vanligtvis omöjligt, att nå. En enda korrekt formulerad invändning räcker för att förkasta en i övrigt elegant idékonstruktion. Detta kallas falsifiering och är den metod som används för att skilja bort felaktigheter. En förutsättning för att kallas en vetenskaplig teori är att den är möjlig att falsifiera.

Klimatkänslighet; halten av koldioxid vs. temperatur.

One of the most important numbers in climate science is 3°C. This isn’t about a projection of future warming or the impacts that come with it, though. It’s about how much warming you get if you double the amount of greenhouse gases in the atmosphere. That value can be made more general as a metric known as “climate sensitivity,” which describes how much warming you get for a given amount of emissions. If the number is small, we can burn a lot of fossil fuels with minimal consequences. If the number is extremely high, emissions are extraordinarily dangerous.

Källa: https://arstechnica.com/science/2020/07/huge-climate-sensitivity-study-shrinks-uncertainty-on-critical-number/
Kunskap och förståelse är inte allas mål. En minoritet nöjer sig med att sprida osäkerhet och förvirring.

Växthusgaser består av tre eller flera atomer. De kan ”studsa runt” olika frekvenser av värmestrålning (där temperaturen bestämmer frekvensen) med varierande förmåga. De viktigaste växthusgaserna i troposfären [1] är koldioxid (CO2), metan (CH3) och kväveoxid (lustgas, N2O). När de i samverkan höjer temperaturen ökar atmosfärens förmåga att ta upp vattenånga vilken i sin tur beter sig som en växthusgas.

This number (3°, min anmärkning) is commonly defined against a doubling of the concentration of CO2 in the air, in part because CO2’s effect is logarithmic and each doubling is roughly equivalent.

Det blir problem när man väljer koldioxiden som enda representant för växthuseffekten. Metan [2,3] och kväveoxid [4] är långt mer potenta men samtidigt relativt sparsamt förekommande i atmosfären. I helheten utgör metanets bidrag ungefär 20% av växthuseffekten. När metan med tiden oxideras bildas koldioxid och vatten. Kväveoxid tär också på det UV-skyddande ozon-lagret.

Det finns flera faktorer som påverkar uppvärmning och avkylning av Jorden och alla är inte välbeforskade. Av det skälet valde IPCC i sin rapport från 2007 att ange klimatkänsligheten till 1,5 – 4,5°. Målet för forskarna är att minska osäkerheten och den senaste rapporten, AR6, gör det. De anger klimatkänsligheten till 3° och sannolikt (likely) ligger den i intervallet 2° – 4°.


[1] Troposfären varierar i höjd från 9 km vid polerna till 17 km vid ekvatorn. I genomsnitt räknar man med 11 km.

[2] ”The Earth’s atmospheric methane concentration has increased by about 150% since 1750, and it accounts for 20% of the total radiative forcing from all of the long-lived and globally mixed greenhouse gases.[10]” Wikipedia

[3] ”Methane is an important greenhouse gas with a global warming potential of 34 compared to CO2(potential of 1) over a 100-year period, and 72 over a 20-year period.[47][48]

[4] Kväveoxid är upp till 265 gånger så potent som koldioxid med en livstid i atmosfären om 120 år. https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrous_oxide

Koldioxid, marknära och högre upp.

Givet att andra faktorer är att lika är det varmare vid markytan än högre upp inom troposfären. En tumregel säger att temperaturen sjunker 6° per 1 000 höjdmeter. Har du funderat över varför det är så? Om inte, ägna tanken någon minut innan du läser vidare.

Atmosfären består av 78% kväve (N2), 21% syre (O2), 0,9% argon (Ar) samt cirka 0,042% koldioxid (CO2).

Inblandningen av koldioxid i atmosfären sker inte ögonblickligen, med högkänsliga sensorer mäter man små differenser som följer vindar från utsläppen. I denna ögonblicksbild anger mörkrött höga och mörkblått lägre koncentrationer.
  • I medeltal når övre delen av troposfären 11 km höjd.
  • Då temperaturen påverkar luftens densitet (kyla gör den tätare) når den cirka 9 km vid polerna och upp till 17 km vid ekvatorn trots att lufttrycket på havsnivå är samma. Detta varierar ytterligare beroende på årstid (Jordaxeln ”lutar”) och i någon mån även väder.
  • I troposfären sjunker lufttrycket närapå linjärt med ökande höjd.
  • Ungefär 80% av atmosfärens massa finns i troposfären.
  • Hälften av atmosfärens massa finns under 5.6 km höjd där lufttrycket följaktligen är halverat.
  • Nästan allt vatten i atmosfären finns i troposfären.
  • Källa: https://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_of_Earth

Alla växthusgaser består av molekyler med tre eller flera atomer till skillnad från kväve, syre och argon som utgör 99,9% av atmosfären. Växthusgaser har förmåga att ”studsa runt” värmestrålning [1] i alla riktningar, effektivare ju fler de är. Till det kommer vattenånga, också den bestående av tre atomer per molekyl. Då vatten dessutom lagrar och transporterar värme och kinetisk energi genom vindar och havsströmmar har det avgörande betydelse för vädret.

Vatten [2] deltar i atmosfärens isolering men dess massa och egenskaper varierar stort beroende på temperaturen. När vattenånga kondenserar till droppar övergår det från att fungera likt en växthusgas till att vara en svartkroppsstrålare. Om den kyls ytterligare kan den bli is och snö, goda reflektor.

Troposfärens gaser blandas väl genom vindar och konvektion och antalet molekyler av växthusgaser kommer därför att bero på lufttrycket. Kyla på hög höjd och värme på låg inom troposfären beror av antalet molekyler av växthusgaser samt även vattenmolekyler. De utgör tillsammans värmeisolering som i samverkan med rotationen räddar oss från temperatursvängningar som annars skulle drabba Jorden.

Medeltemperaturer vid Nordpolen och ekvatorn på Jorden i skydd av atmosfären och på den ‘nakna’ Månens skugg- och solsida.

Högre upp, lägre lufttryck leder till färre isolerande växthusgasmolekyler och följaktligen blir det kallare.

För att få så enhetliga mätningar som möjligt mäter man därför temperaturen om möjligt på en öppen plan plats där marken är täckt med kort gräs och på en höjd av 1,5-2 m över marken.

Många fler krav finns, läs på SMHI: https://www.smhi.se/kunskapsbanken/meteorologi/hur-mats-lufttemperatur-1.3839

Fler parametrar tillkommer. T.ex. förändras inflytandet av en växthusgas inte linjärt med antalet molekyler, de ‘första’ betyder mer än de tillkommande. I samverkan ‘pluggar’ olika växthusgaser energiutsläpp vid fler strålningsfrekvenser och adderar därmed till uppvärmningen.


[1] Temperatur beror av atomers och molekylers kinetiska energi, kort sagt hur de vibrerar och rör sig.

[2] ”Water vapor accounts for roughly 0.25% of the atmosphere by mass. The concentration of water vapor (a greenhouse gas) varies significantly from around 10 ppm by volume in the coldest portions of the atmosphere to as much as 5% by volume in hot, humid air masses, and concentrations of other atmospheric gases are typically quoted in terms of dry air (without water vapor).” Källa: https://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_of_Earth