Syre, kväve, koldioxid och metan

Syre och kväve utgör nästan 99% av atmosfärens gaser, koldioxid nära 420 ppm och metan över 1800 ppb. Trots att de två växthusgaserna är en ringa del av atmosfären så utgör de avsevärda hinder för infraröd strålning, värme.

Experimentet i den länkade videon visar hur växthusgaserna hindrar värmestrålningen, i fallet metan är det närmast en total blockering.

https://youtu.be/AaY36yxFb1o

Värmeböljor förväntas öka i antal

Ny forskning från Göteborgs universitet visar att Sydasien kommer att få fem extra värmeböljor per år – om utsläppen fortsätter som idag. – Resultatet kan bli matbrist, dödsfall och flyktingströmmar. Även Sverige påverkas.

https://svt.se/nyheter/vetenskap/ny-forskning-visar-fem-extra-varmeboljor-per-ar

Kombinationen av hög temperatur och hög luftfuktighet är livshotande redan på kort sikt. https://urminsynvinkel.com/2019/07/17/27-satt-att-do-av-varme/

Trots att Sverige spås få ett högre antal värmeböljor, är det i länder i Sydasien – som redan i dag är svårt drabbade av torka och tätt befolkade – som forskarna ser stora konsekvenser. Bland annat i Indien och Pakistan där värmeböljor med temperaturer över 40 grader i skuggan är direkt livshotande.

Där permafrosten tinar

Permafrost ger ett intryck av orubblighet, att den är permanent. Men så är det inte längre. Sedan flera år börjar vägar som byggts på det till synes orubbliga underlaget att förstöras. Hus och hela samhällen nära kuster kan dränkas när havet äter sig in i de mjuknande stränderna.

https://en.wikipedia.org/wiki/Permafrost#/media/File:Vertical_Temperature_Profile_in_Permafrost_(English_Text).jpg

Dessa konsekvenser av klimatförändringar är lätta att både se, beskriva och förstå. Annat är inte lika uppenbart och förklaringar underlättar för att inse de långsiktiga effekterna. Följ länken och läs.

Thanks to the omnipresence of bacterial and archaeal life within its soil, there’s a heck of a lot of methane and carbon dioxide locked up within Siberia’s permafrost. When conditions are warm enough, they thoroughly enjoy breaking down the plant and animal life trapped there, and they give off the two aforementioned greenhouse gases as a waste product.

https://www.iflscience.com/environment/7000-methane-bubbles-beneath-siberia

Mätning från satelliter av den lägre atmosfärens temperatur

Satellitbaserade mätningar bygger på avancerade datamodeller som väger samman olika pseudomått till redovisade temperaturer.

Weather satellites do not measure temperature directly. They measure radiances in various wavelength bands. Since 1978 microwave sounding units (MSUs) on National Oceanic and Atmospheric Administration polar orbiting satellites have measured the intensity of upwelling microwave radiation from atmospheric oxygen, which is related to the temperature of broad vertical layers of the atmosphere. Measurements of infrared radiation pertaining to sea surface temperature have been collected since 1967

https://en.wikipedia.org/wiki/Satellite_temperature_measurements
Comparison of ground-based measurements of near-surface temperature (blue) and satellite based records of mid-tropospheric temperature (red: UAH; green: RSS) from 1979 to 2010. Trends plotted 1982-2010.

Atmosfären närmast jordytan kallas troposfären och sträcker sig i medeltal cirka 11 kilometer upp, hälften av dess massa finns under 5.5 kilometers höjd, sammanlagt 80% finns i troposfären. Värmeenergin [1] i atmosfären beror på att växthusgaser fungerar som en isolerande filt över jordytan, men även på konvektion (varm luft stiger).

Satellite datasets show that over the past four decades the troposphere has warmed and the stratosphere has cooled. Both of these trends are consistent with the influence of increasing atmospheric concentrations of greenhouse gases.

Växthusgaser i troposfären isolerar och minskar den värmeenergi som sprids vidare till stratosfären ovanför som då svalnar. Detta är ett av många skäl att växthusgaser är avgörande för stigande global temperatur.

Satellites do not measure temperature directly. They measure radiances in various wavelength bands, which must then be mathematically inverted to obtain indirect inferences of temperature.[1][2] The resulting temperature profiles depend on details of the methods that are used to obtain temperatures from radiances. As a result, different groups that have analyzed the satellite data have produced differing temperature datasets

Atmospheric temperature trends from 1979-2016 based on satellite measurements; troposphere above, stratosphere below. Notera att temperaturen nära jordytan stiger medan den högre upp sjunker.

[1] Märk väl att jag avsiktligt skriver värmeenergi istället för temperatur! Temperatur är ett mått på medelrörelseenergin hos molekyler i det du mäter. Värmeenergin beror både av temperaturen och antalet molekyler i det du mäter.

https://en.wikipedia.org/wiki/Satellite_temperature_measurements

Har svenskar låga klimatutsläpp?

Sextio procent av svenskars klimatpåverkande utsläpp redovisas ej! Källa: Helsidesartikel i Västerbottens-Kuriren 23/2 -22

Enligt den länkade tabellen var utsläppen i Sverige cirka 46 miljoner ton koldioxidekvivalenter år 2020. Sett med optimistens ögon har utsläppen minskat 35% sedan 1990 med ett tvärsprång nedåt på dryga 8% från 2019. Källa: https://www.naturvardsverket.se/data-och-statistik/klimat/vaxthusgaser-territoriella-utslapp-och-upptag

Sverige har påtagliga utsläppsfördelar av vatten– och kärnkraftsel samt skogsbruk. Om vind- och solkraft ersätter kärnkraftverk som läggs ner får framtiden utvisa. Ska vi räkna in utlandsresor samt en minst sagt omfattande import har vi svenskar inte mycket att yvas över i klimatsammanhang. De faktiska utsläppen förorsakade av svenskar är dryga 76 miljoner ton per år.


Mark Twain lär ha komparerat lögn: ”Lögn, förbannad lögn och statistik.” (Andra varianter kan finnas.)

Naturgas, en källa till växthuseffekt

Artikeln i länken är tung läsning för de som uppfattar naturgas som en ren energikälla eller är övertygade om att begreppet växthuseffekten antingen är till fördel eller till och med saknar betydelse.

Naturgas består till största delen av metan, en molekyl där en kolatom omges av fyra väteatomer. När den oxideras (bränns) bildas koldioxid och vatten. Så långt kan man argumentera att metan är en juste fossil energikälla, ”Koldioxid blir det ju alltid och vatten måste vi ha”.

Only about 3% of gas needs to escape on its journey from wellhead to power plant to make it worse for the planet than coal. If a well is producing next to nothing, even a small leak can put it over that threshold.

Källa: https://www.bloomberg.com/features/diversified-energy-natural-gas-wells-methane-leaks-2021

Metanmolekylen har mycket stor förmåga att absorbera och sända vidare IR-strålning (värme). Växthusgaser består av molekyler med tre eller fler atomer och kan ta upp kinetisk [1) energi genom att flexa inbördes, rotera och knuffas när de träffas av värmestrålning, egenskaper som metan har i stort mått.

Metanläckage från en till synes frisk ventil. Se den avslöjande videon i länken: https://www.bloomberg.com/features/diversified-energy-natural-gas-wells-methane-leaks-2021
https://www.bloomberg.com/features/diversified-energy-natural-gas-wells-methane-leaks-2021

Townsend-Small found emissions of 38, 50, and 91 grams an hour at the wells she measured. If those rates continued over the course of a year, the three wells would cause the warming equivalent of 134 tons of carbon dioxide.

De tre läckagen under ett år blir 1570 kg vilket alltså, enligt artikeln, motsvarar växthuseffekten av 134 000 kg koldioxid!

Den svarta röken är metanläckage, taget med en IR-kamera som registrerar värmestrålning. Metan är en värmeabsorberande växthusgas vilket innebär att den avbildas mörk i denna bild.

[1) Kinetisk energi är energi beroende på rörelse.

Gör något vettigt av koldioxiden

När kol fullständigt oxideras (bränns) bildas värme och koldioxid. Koldioxid är en mycket stabil förening och vill vi återvinna dess kol och syre går det åt lika mycket energi (+ lite till) som förbränningen gav.

Nu har Japanska forskare lyckats binda koldioxidmolekylen till en porös struktur vid rumstemperatur och lågt tryck. Efter ett sådant oväntat genombrott är det sannolikt att andra följer upp med ytterligare produkter.

Se artikeln: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c08227

Researchers in Japan have found an energy-efficient way to convert the chief greenhouse gas carbon dioxide (CO2) into useful chemicals. Using the method, CO2 is transformed into structures called metal-organic frameworks (MOFs), suggesting a new and simpler route to dispose of the greenhouse gas to help tackle global warming.

”Taking the CO2 released from fossil fuel combustion and converting the gas into valuable chemicals and materials is a promising approach to protect the environment. But because CO2 is a very inert and stable molecule, it is difficult to get it to react using conventional conversion processes,” says Satoshi Horike, a chemist at iCeMS who led the study. ”Our work demonstrates an easier approach that can be run at a much lower temperature and pressure. This should make reactions that use CO2 easier to produce and more popular.”

Phys Org 5/10 -21

Metan, en riktigt potent växthusgas

Metanmolekylen byggs av 4 väteatomer bundna till en central kolatom. Varje enskild molekyl kan därför ta upp värmeenergi i form av komplicerade vibrationer [1], rörelseenergi som den omgående pytsar ut i alla riktningar till omgivningen. Detta ger upphov till växthuseffekten.

Metanmolekyl med en central kolatom och fyra väteatomer. Bindningarna är flexibla och molekylen kan därför vibrera i komplicerade mönster.

Methane in the Earth’s atmosphere is a strong greenhouse gas with a global warming potential (GWP) 84 times greater than CO2 in a 20-year time frame; methane is not as persistent a gas as CO2 (assuming no change in carbon sequestration rates) and tails off to about GWP of 28 for a 100-year time frame.[18][19][page needed][20] This means that a methane emission is projected to have 28 times the impact on temperature of a carbon dioxide emission of the same mass over the following 100 years assuming no change in the rates of carbon sequestration. Methane has a large effect but for a relatively brief period, having an estimated mean half-life of 9.1 years in the atmosphere,[19] whereas carbon dioxide is currently given an estimated mean lifetime of over 100 years.

https://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_methaneMethane as a greenhouse gas

När metan oxideras [1] bildas vatten och koldioxid vilket sker spontant i atmosfären. Metanet har en halveringstid [2] om 9.1 år i atmosfären. Under första 20-årsperioden har ett metanutsläpp 84 gånger större klimatpåverkan (GWP [3]) och för 100 år är den 28 gånger större än motsvarande mängd koldioxid.

Det innebär att ‘färskutsläppt’ metan är långt potentare än koldioxid. Jag har inga siffror för första året eller liknande, men med tanke på halveringstiden så måste den vara oerhört hög.


[1] Enkelt uttryckt: När molekylen nås av värme börjar den knuffas runt samt vibrera.

[2] Detta sker omedelbart när naturgas bränns.

[3] Vi hör oftast om halveringstid för radioaktiva ämnen, den tid det tar för att hälften av en viss spontan fission skall klinga av.

[4] GWP, Global Warming Potential: https://en.wikipedia.org/wiki/Global_warming_potential

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