1. Er Jorden blevet varmere?

Transkript

1 1. Er Jorden blevet varmere? Af Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo Ja, kloden bliver varmere. Stille og roligt får vi det varmere og varmere. Specielt er det gået stærkt gennem de sidste år altså efter industrialiseringen for alvor satte ind. Figur 1.1 Kloden bliver varmere Den globale temperaturudvikling fra 1850 til Ændringerne i temperaturen er sat i relation til gennemsnitstemperaturen i perioden Gennem de sidste 100 år er den globale temperatur ved overfladen steget med 0,74 C som gennemsnit for hele Jorden. (Fra Danmarks Meteorologiske Institut). Man kan bruge flere forskellige klimamodeller til at fremskrive temperaturerne. Resultaterne af beregninger afhænger naturligvis af de forudsætninger, man sætter ind i modellerne. FN s klimapanel vurderer, at den globale middeltemperatur i slutningen af dette århundrede vil være 2-4 C højere end i dag, hvis ikke vi nedbringer udledningen af CO 2. Det synes måske ikke af meget, men det kan have afgørende betydning for en række forhold. Flere forskere mener, at vi må have en koncentration af CO 2 i atmosfæren på under 350 ppm, hvis vi skal undgå alvorlige klimaproblemer (ppm betyder parts per million dvs at der for hver 1 million luftmolekyler er 350 molekyler CO 2 ved 350 ppm). I forbindelsen med klimatopmødet i København i december 2009 lod flere kirker rundt om i landet derfor deres klokke slå 350 slag for at gøre opmærksom på den kritiske tærskelværdi. Koncentrationen af CO 2 er allerede oppe på næsten 390 ppm, og et af målene med klimatopmødet var derfor at tage initiativer, der bringer CO 2 koncentrationen ned under 350 ppm igen et mål der kun i begrænset omfang lykkedes. Stort set alle er enige om, at det er bydende nødvendigt, at den globale temperatur for hele verden ikke stiger med mere end to grader i forhold til den temperatur, vi havde før industrialiseringen satte ind. Kloden kan, mener man, nok tilpasse sig en stigning på to grader, men derudover går det rigtigt galt. Denne grænse, når vi, når mængden af CO 2 i atmosfæren er på 450 ppm. 1

2 Det går hurtigst i de arktiske områder Fremtidens klima i de arktiske områder er særligt bekymrende. Her regner klimaforskere nu med, at temperaturen i gennemsnit stiger 7 til 8 grader inden for de næste hundrede år. Temperaturstigningerne rammer vidt forskelligt i Grønland. I Sydgrønland regner man med, at temperaturen stiger med ca. 2 grader inden for de næste hundrede år, mens vintertemperaturen langs Grønlands østkyst stiger med hele 12 grader. Figur 1.2 Arktis tør De arktiske områder er i særlig grad ramt af temperaturstigningerne hvor havisen og gletsjere smelter med stor fart. (Foto: Peter Bondo Christensen). Arktiske områder er mere udsatte for opvarmning end den øvrige jordklode. Det skyldes, at når is og sne tør og forsvinder fra de arktiske områder, har det en selvforstærkende effekt. Sne og is reflekterer størstedelen af de indkomne solstråler og sender dem retur til atmosfæren og verdensrummet. Man kalder det, at is og sne har en høj albedo. Albedo kommer af det latinske ord alba, der betyder hvid. En overflades albedo fortæller netop noget om hvor stor en del af solens stråling der reflekteres. En helt hvid overflade reflekterer 100 %, mens en helt sort overflade absorberer hele strålingen og reflekterer 0 %. Sne og is har en albedo på op til 90 %. Når is og sne smelter, bliver jorden, klipperne og havet eksponeret for solens stråler i længere tid. De nu mørke områder reflekterer kun ca. 20 % af solens stråler og absorberer derfor solens stråler. Jorden og dermed atmosfæren bliver derfor varmere. Det åbne hav har en albedo på kun 10 %. Når havisen smelter, bliver der mere og mere bart hav, der absorberer solens stråler og holder på varmen. Jo mindre havis, jo mere varme holder havet på og det er igen med til at reducere mængden af havis. En meget uheldig spiral er startet, se figur

3 Figur 1.3 Havisen smelter Et areal havis af størrelse med Danmark smelter hver år. (Foto: Peter Bondo Christensen). Figur 1.4 Selvforstærkende effekt Sne og is reflekterer op til 90 % af solens stråler, mens det åbne hav og den bare jord kun reflekterer %. Når sne og is smelter har det derfor en selvforstærkende effekt, der er med til at varme Arktis op meget hurtigere end man ser det på den øvrige del af kloden. (Fra ACIA). 3

4 Da atmosfæren over de arktiske områder er mindre end andre steder på Jorden, går det hurtigere med at varme atmosfæren op her. Alle faktorer til sammen betyder, at opvarmningen af Arktis går meget stærkere end resten af kloden. Fremtidige klimascenarier FN opererer med forskellige modeller for fremtidens klima, der bygger på forskellige forudsætninger. To af de klimamodeller, der går igen mange steder bygger på de såkaldte A2 og B2 scenarier. A2 scenariet forudsætter en fortsat høj befolkningstilvækst med en relativ ringe global økonomisk integration. Den teknologiske udvikling fortsætter men ikke i højeste tempo og medfører ikke en effektiv reduktion i udledningen af drivhusgasser. B2 scenariet forudsætter en moderat vækst i befolkningen lavere end i A2. Der kommer lokale løsninger på miljøproblemer, som er økonomisk, socialt og miljømæssigt bæredygtige. Alt sammen vil det medføre en mindre udledning af drivhusgasser end i A2 scenariet. FN s klimamodeller viser, at lufttemperaturen ved jordoverfladen inden år 2100 bliver ca. 2,5 grader varmere på verdensplan, hvis man bruger B2 scenariet, og ca. 4 grader varmere, hvis man bruger A2 scenariet (Figur 1.5). For alle de arktiske områder tilsammen stiger overfladetemperaturen derimod med mindst 5 (B2) - 7 grader (A2). Figur 1.5 Fremtiden ser truende ud Ved brug af forskellige forudsætninger for bl.a. befolkningstilvækst, økonomisk vækst og udvikling af nye miljøvenlige teknologier og en lang række andre faktorer, har FN opsat mange forskellige scenarier, hvorfra man kan modellere, hvor stor udledningen af drivhusgasser bliver og hvor varmt der bliver på kloden i fremtiden. Vælger man A2 scenariet som den mest sandsynlige fremtidige udvikling for verden, fortæller klimamodellerne, at der ca. bliver fire grader varmere på verdensplan inden år 2100 (venstre figur), men at temperaturen stiger næsten dobbelt så meget i de arktiske områder (højre figur). (Fra ACIA). 4

5 2. Drivhusgasser og drivhuseffekt Af Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo Drivhuseffekt Når Solens kortbølgede stråler går gennem atmosfæren, rammer de Jorden og varmer dens overflade op. Så bliver Solens energi lavet om til langbølgede varmestråler, og Jorden sender på et eller andet tidspunkt varmen tilbage til atmosfæren. Men en række gasser hindrer, at en del af varmen fra Jorden slipper ud af atmosfæren igen. Gasserne absorberer varmen, og på den måde ligger de som en dyne over Jorden og tilbageholder varmestrålingen fra Jorden. Vi kalder disse gasser for drivhusgasser. Når atmosfæren skal af med varmen, udsender skyerne og drivhusgasserne varmestråling både opad og nedad mod jordoverfladen, som derved får varmestrålingen retur fra atmosfæren. Figur 2.1 Drivhusgasser holder Jorden varm Drivhusgasserne virker som en slags isolerende lag i atmosfæren. De lader Solens stråler komme ind, men sørger for at varmen ikke så nemt slipper ud igen lige som glasset i et drivhus. Vi kalder derfor fænomenet for drivhuseffekten. (Fra: Naturen og klimaændringer i Nordøstgrønland). Drivhuseffekt er et helt naturligt fænomen. Uden den ville Jordens overflade være ca. 33 grader koldere end den rent faktisk er, og drivhuseffekten er derfor en forudsætning for, vi overhovedet kan leve på Jorden. Drivhusgasser De vigtigste drivhusgasser er vanddamp (H 2 O), kuldioxid (CO 2 ), metan (CH 4 ) og lattergas (N 2 O). CFC-gasser virker både som drivhusgasser og ødelægger det livsvigtige ozonlag, der reducerer mængden af skadelige UV-stråler til Jorden. Disse gasser blev tidligere anvendt i meget stor udstrækning. CFC-gasserne er nu blevet forbudt, men nedbrydningen af den CFC der allerede er i atmosfæren, tager meget lang tid (30-50 år), og de har derfor stadig en effekt i atmosfæren. 1

6 Gennem de seneste 100 år har menneskets aktivitet skabt en ganske betydelig ændring i atmosfærens indhold af drivhusgasser. Koncentrationen af drivhusgasser er steget voldsomt siden begyndelsen af 1900-tallet, hvor industrialiseringen for alvor satte ind. Mennesket sender drivhusgasser i atmosfæren, når vi rydder skovene, når vi brænder kul og olie af i industri og ved transport (H 2 O og CO 2 ); når drøvtyggere i landbruget (f.eks. køer) udskiller metan (CH 4 ) eller når kvælstofforbindelser i jorden omdannes til lattergas (N 2 O). Figur 2.2 Flere og flere drivhusgasser Mængden af menneskeskabte drivhusgasser er øget markant siden industrialiseringen satte ind i begyndelsen af 1900-tallet. Atmosfærens indhold af CO 2 er steget 35 % siden år 1900, og gennemsnitstemperaturen er steget med ca. 0,6 grader. (Bemærk at enheden er i ppb (milliarddele) for metan og lattergas og ppm (milliondele) for kuldioxid). (Fra DMU s Miljøbiblioteksbog: Drivhusgasser). Når temperaturen stiger i atmosfæren, indeholder den også mere vanddamp, hvilket giver en øget drivhuseffekt. På den måde får en varmere atmosfære en selvforstærkende effekt på temperaturudviklingen. I 2007 konkluderede FN s klimapanel IPCC, at størstedelen af den globale opvarmning siden 1950 med stor sandsynlighed skyldes atmosfærens øgede indhold af kuldioxid og andre menneskeskabte drivhusgasser. Figur 2.3 viser, at atmosfærens indhold af CO 2 (den midterste brune kurve) nøje følger forbrændingen af fossile brændstoffer. Mennesket har gennem tusinder af år påvirket atmosfærens indhold af kuldioxid ved at rydde land og skov (den grønne del af den forreste kurve). Men først da forbruget af fossile brændstoffer (olie og kul) for alvor tager fat i begyndelsen af 1900-tallet, stiger atmosfærens indhold af kuldioxid markant (den lyserøde del af den forreste kurve). CO 2 -koncentrationen har ikke været højere i flere tusinde år, end den er nu, og mennesket har på under 100 år brændt fossile brændstoffer af, der har ligget gemt væk i millioner af år. Temperaturen i atmosfæren har svinget lidt gennem de sidste 1000 år, men den er steget voldsomt i takt med at kuldioxid-indholdet i atmosfæren er steget de sidste 100 år (den bagerste røde kurve på figur 2.3). 2

7 Figur 2.3 Mennesket påvirker atmosfæren Sammenhæng mellem menneskets frigivelse af kulstof til atmosfæren (den forreste kurve), atmosfærens indhold af kuldioxid (den midterste kurve) og ændringer af temperaturen i atmosfæren (den bagerste kurve) gennem de seneste 1000 år. Man kan bl.a. bruge årringe i træ og koraller til at se, hvad temperaturen var for hundredvis af år siden, mens man måler kuldioxid i indlandsisens luftbobler for at vurdere atmosfærens indhold af kuldioxid i historisk tid. (Fra ACIA). Målinger viser, at atmosfærens indhold af CO 2 nu i gennemsnit stiger med 2 ppm (milliondele) hvert år, og lige nu er vi oppe på ca. 387 ppm. Men der er stor variation i atmosfærens indhold gennem året det svinger op til 6 ppm på årsbasis. Skove og andre planter optager CO 2 gennem vækstsæsonen og reducerer dermed atmosfærens indhold af CO 2. Om efteråret stopper planternes vækst. Men frigivelsen af CO 2 til atmosfæren fortsætter, og koncentrationen stiger derfor. Da det meste af Jordens landareal findes på den nordlige halvkugle, og da forbruget af fossilt brændsel til opvarmning er stort om vinteren på den nordlige halvkugle, falder svingningerne i atmosfærens CO 2 -indhold sammen med vores sommer og vinter, så koncentrationerne topper i vinterhalvåret (Figur 2.4). 3

8 Figur 2.4 Mere CO 2 i atmosfæren Udvikling i det globale indhold af kuldioxid i atmosfæren. Målingerne (rød linje) er foretaget på Hawaii. Den blå linje viser gennemsnitskoncentrationen, når man korrigerer for sæsonvariationen. Da det meste af Jordens landareal findes på den nordlige halvkugle, svinger atmosfærens indhold af kuldioxid i takt med planteaktiviteten på den nordlige halvkugle også selv om man måler på Hawaii. (Fra DMU s Miljøbiblioteksbog: Drivhusgasser). Der er forskel på drivhusgasser De forskellige drivhusgasser har ikke samme indvirkning på drivhuseffekten. Nogle gasmolekyler har en længere levetid i atmosfæren og er bedre til at absorbere varmen end andre. For at vurdere hvor meget de enkelte gasser bidrager med, beregner man deres GWP-værdi. Det betyder Global Warming Potential. Pr. definition har CO 2 en GWP værdi på 1 og de andre gasser vurderes ud fra denne værdi. GWP er opgjort til 21 for metan og 310 for lattergas. Det betyder at et ton metan bidrager 21 gange mere til drivhuseffekten end et ton kuldioxid. Og et ton lattergas er 310 gange værre end et ton kuldioxid. Man ganger udledningen af de enkelte drivhusgasser med deres GWP og omregner på den måde udledningerne til såkaldte CO 2 -ækvivalenter, som er en fælles enhed for alle drivhusgasser. Dermed er det muligt at sammenligne de enkelte gassers bidrag til drivhuseffekten og at summere effekten af alle drivhusgasser. I figur 2.5 er bidraget fra de enkelte menneskeskabte drivhusgasser omregnet til CO 2 -ækvivalenter. Man kan på den måde direkte sammenligne, hvor meget de enkelte gasser bidrager med. Man kan se at kuldioxid er den vigtigste menneskeskabte drivhusgas. Fra 1970 til 2004 steg den årlige udledning af CO 2 med omkring 80 %. Stigningen i kuldioxid skyldes især brugen af fossile brændsler. En øget landbrugsaktivitet og et øget forbrug af fossile brændsler er årsagen til øgningen i metankoncentrationen, mens stigningen af lattergaskoncentrationen primært skyldes landbruget. Koncentrationen af både kuldioxid og metan er nu langt over de naturlige værdier, der har været gennem de sidste år. 4

9 Figur 2.5 Hvor kommer drivhusgasserne fra? a) Den globale årlige udledning af menneskeskabte drivhusgasser fra 1970 til F- gasser dækker over alle CFC-gasser. b) Den samlede udledning af menneskeskabte drivhusgasser i 2004 (i CO 2 -ækvivalenter) splittet op på forskellige kilder. c) Bidrag fra forskellige erhverv og aktiviteter til den samlede udledning af menneskeskabte drivhusgasser i 2004 (i CO 2 -ækvivalenter). (Fra IPPC/DMI). Figur 2.6 Kvæg udskiller metan Når kvæg og andre drøvtyggere fordøjer deres føde udskilles store mængder metan, som derved bidrager til drivhuseffekten. Målinger viser, at ca. en 1/3 af danskernes bidrag til drivhuseffekten stammer fra landbrugsproduktion med drøvtyggere som den største bidragsyder. (Foto: Per Schriver). 5

10 3. Det globale kulstofkredsløb Af Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo I kulstofkredsløbet bliver kulstof (C) udvekslet mellem atmosfæren, landjorden og oceanerne. Det sker når kemiske forbindelser der indeholder kulstof, f.eks. CO 2, ved hjælp af biologiske og kemiske processer omdannes til nye kulstofholdige stoffer, f.eks. glukose (C 6 H 12 O 6 ) i planter eller hydrogencarbonat HCO 3 - i havet. Figur 3.1 illustrerer det globale kulstofkredsløb og størrelsen af de forskellige kulstofpuljer på Jorden og udvekslingen mellem puljerne. Drivhusgasserne kuldioxid (CO 2 ) og metan (CH 4 ) er vigtige elementer i det globale kulstofkredsløb. Figur 3.1 Kulstofkredsløbet De sorte tal viser hvor meget kulstof der er lagret i de forskellige puljer i gigatons (10 9 tons). De blå tal fortæller hvor meget kulstof, der bliver udvekslet mellem puljerne hvert år. Som man kan se, finder man den største pulje af kulstof i dybhavet. ( Kuldioxid er (bortset fra vand) den drivhusgas, der bidrager mest til drivhuseffekten, fordi koncentrationen af den er størst, og mængden af den stiger kraftigst i atmosfæren. Se også kapitel 2. Spørgsmålet er om årsagen til det er menneskeskabt. Det kan man få svar på ved at se på kulstoffets fordeling og udveksling mellem Jordens kulstofpuljer. Indholdet af kulstof i atmosfæren ville være konstant, hvis der var balance i udvekslingen mellem Jordens kulstofpuljer. Det er der tilsyneladende ikke hvad går galt? 1

11 Udveksling af kulstof med atmosfæren Som figur 3.1 viser, er der på globalt plan stor set balance mellem de naturlige processer på landjorden der binder CO 2 fra atmosfæren, og de processer der frigiver CO 2 til atmosfæren. Ca. 121,8 (121,3 + 0,5) gigatons bindes ved fotosyntese, og 121,6 ( ,6) gigatons frigives ved respirationsprocesser. Planter på landjorden laver fotosyntese. Ved den proces optager de CO 2, og ved hjælp af lysenergi fra solen omdanner de det sammen med vand til organisk stof og ilt: 6CO 2 + 6H 2 O + lysenergi C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Vi kalder produktionen af det organiske stof dannet ved fotosyntese for primærproduktion. Planterne bliver til føde for dyr (planteædere) som igen bliver ædt af rovdyr. Alle organismerne udgør tilsammen en fødekæde, som det organisk bundne kulstof strømmer igennem. Det bundne kulstof bliver frigivet igen gennem respirationsprocesser. Det sker ved planternes egen respiration eller gennem respirationen hos de dyr og bakterier, som æder og nedbryder det organiske materiale, som planterne eller de selv har produceret. Respirationen ser således ud: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O + energi Regnskabet går næsten op, men der bindes 0,2 gigatons mere pr. år ved fotosyntese end der frigives ved respirationsprocesser. Som man kan se midt på figur 3.1, sker der også udveksling af kulstof mellem atmosfæren og oceanerne, idet 92 gigatons bliver fjernet fra atmosfæren og 90 gigatons bliver frigivet til atmosfæren. Her er der tale om fysisk-kemiske processer i oceanerne i kombination med de biologiske processer fotosyntese og respiration. Tilsammen fjerner disse processer netto 2 gigatons kulstof fra atmosfæren, som akkumuleres i oceanerne. Men som man kan se til højre på figur 3.1, er der en ikke ubetydelig proces, der tilfører atmosfæren CO 2. Det er den menneskeskabte afbrænding af fossile brændstoffer som kul, olie og naturgas. Denne udledning af CO 2 til atmosfæren er på 5,5 gigatons om året. Det er noget mere end de naturlige processer på landjorden og i oceanerne kan modvirke, og det forklarer hvorfor indholdet af CO 2 i atmosfæren er stadigt stigende, i dette regnestykke med 2,3 (5,5-0,2-2,0) gigatons om året. Prøver fra iskerneboringer viser da også, at atmosfærens indhold af CO 2 ikke har været højere de sidste 20 millioner år af Jordens historie. 2

12 Figur 3.2 Menneskeskabt CO 2 -udledning En stor del af den menneskeskabte CO 2 -udledning stammer fra afbrænding af fossile brændstoffer som på dette kulfyrede kraftværk. (Foto: Dong Energy). Processerne i oceanerne Men regnestykket ville se meget værre ud, hvis ikke oceanerne havde en kæmpe evne til at optage kulstof fra atmosfæren. Mange forskere arbejder med at kortlægge, hvordan kulstoffet bliver optaget i havet - og hvor meget kulstof havet kan blive ved med at optage, hvis indholdet af CO 2 i atmosfæren bliver ved med at stige. Man ved at oceanernes pulje af kulstof er ca. 50 gange så stor som atmosfærens kulstofpulje. Det skyldes dels at havet er umådelig stort, og dels at vand pr. volumen enhed kan binde langt mere CO 2 end atmosfærisk luft. Når CO 2 bliver transporteret til oceanerne, taler man populært om at det kan ske ved hjælp af en biologisk pumpe eller en fysisk pumpe. Den biologiske pumpe involverer de levende organismer, mens den fysiske pumpe involverer en række fysiske processer. I oceanerne udveksler de to pumper kulstof med hinanden ved en række kemiske processer. Man mener, den biologiske pumpe står for ca. 20 % af transporten af CO 2 til oceanerne, mens den fysiske pumpe står for ca. 80 % af transporten. De to pumper er illustreret på figur

13 Figur 3.3 Pumper i havet Den biologiske pumpe og den fysiske pumpe, som man også kalder dybvandspumpen. (Fra Aktuel Naturvidenskab 3/2007). Den biologiske pumpe I oceanerne foregår fotosyntesen i de øverste vandmasser, hvor planteplankton (fritsvævende alger) udgør havets vigtigste primærproducenter. Selv om disse mikroskopiske alger kun udgør ca. 1 % af Jordens samlede plantebiomasse, optager de alligevel næsten halvdelen af den CO 2, der bliver fjernet fra atmosfæren ved fotosyntese. Som på landjorden strømmer den bundne kulstof gennem fødekæderne, og det meste frigives igen ved respiration. En mindre del af kulstoffet synker imidlertid sammen med plante- og dyreceller ud af de øverste vandmasser og ender i dybhavet. Herved fjerner den biologiske pumpe kulstof fra det globale kulstofkredsløb for en tid. Såvel planteplankton som dyreplankton synker af sig selv, selv om de er levende, men også andet organisk materiale synker ned mod dybhavet. Det kan være døde partikler, der er under nedbrydning af bakterier. Det ser næsten ud som snevejr i vandsøjlen og de mange synkende partikler bliver da også kaldt for marin sne, se figur 3.4. I dybhavet eller på dybhavets bund bliver en del af det organisk bundne kulstof omsat og frigivet som CO 2. Men her vil CO 2 -gassen på grund af det høje tryk på store dybder være fanget i flere hundrede år. En anden del af kulstoffet bliver slet ikke omsat, men aflejres på havbunden. Her kan det blive i millioner af år og kan så omdannes til olie og gas. De fossile brændsler, som vi har afbrændt gennem de sidste 150 år i stadig stigende grad, er altså dannet for millioner af år siden ved processer i havbunden. Det forklarer ubalancen i CO 2 udvekslingen mellem atmosfæren og Jordens øvrige kulstofpuljer. 4

14 Figur 3.4 Marin sne (Foto: Chris Gotschalk). Den fysiske pumpe Havets CO 2 -indhold forsøger til stadighed at komme i ligevægt med atmosfærens CO 2 -indhold. Den gasmængde der kan opløses i vandet, afhænger af det tryk gassen har over vandet. Når atmosfærens indhold af CO 2 stiger på grund af afbrænding af fossile brændsler, stiger trykket af den også. Derfor bliver der opløst mere CO 2 i havoverfladen, som vind og strøm derefter fordeler bl.a. til dybere vandlag. Ved polerne presses CO 2 ud af havvandet, når det fryser. CO 2 diffunderer sammen med salte, der også fryser ud af isen, til isens underside. Man siger der sker en tungtvandsdannelse, da vandet med et højt saltindhold har en større densitet end det øvrige havvand. Det tunge vand synker ned i dybhavet - vi kalder det den fysiske pumpe. Læs mere i kapitel 4. Jo mere tungt vand der dannes ved polerne, jo mere CO 2 transporteres der mod dybhavet. Når isen smelter i foråret, er havvandet derfor undermættet med CO 2, og det trækker CO 2 ned fra atmosfæren. Det gør den fysiske pumpe ganske effektiv. Processen er derfor med til at reducere atmosfærens koncentration af CO 2. Men jo mindre havis der dannes, jo mindre CO 2 vil der blive hevet ud af atmosfæren, og den globale opvarmning er i færd med at reducere mængden af havis ganske voldsomt. Kemiske processer i oceanerne Når CO 2 fra atmosfæren opløses i oceanerne, reagerer hovedparten af det med vand og danner carbonsyre (kulsyre). Den dannede carbonsyre frigiver straks hydroner (brintioner), H +, og danner hydrogencarbonat, HCO 3 - : CO 2 (aq) + H 2 O(l) H 2 CO 3 (aq) H + (aq) + HCO 3 - (aq) Der er tale om en ligevægtsreaktion, hvilket vil sige, at ikke alle CO 2 -molekyler bliver omdannet. Men jo flere der omdannes, jo flere hydroner kommer der i vandet, og så bliver det mere surt (ph falder). Det vil altså sige, at når indholdet af CO 2 i 5

15 atmosfæren stiger, bringer den fysiske pumpe mere CO 2 til oceanerne, som derved bliver mere sure. Primærproducenterne, der jo bruger CO 2 til deres fotosyntese, optager i vand en del af deres kulstof som HCO 3 -. Inde i cellerne omdanner de det så til CO 2, inden det anvendes til fotosyntesen. Fotosyntese modvirker altså isoleret set forsuring af havet, og gør samtidig at der kan optages mere CO 2 fra atmosfæren. I oceanerne findes der også carbonat CO Det er en ion, der dannes når kalk (calciumcarbonat, CaCO 3 ) opløses i vandet: CaCO 3 (s) Ca 2+ (aq) + CO 3 2- (aq) Også her er der tale om en ligevægtsreaktion. Kalken findes på havbunden som aflejringer fra marine dyr og planter med kalkskjold eller kalkskelet, fx snegle, koraller og visse mikroskopiske alger. Kalk kan modvirke forsuringen af oceanerne, idet carbonationerne vil reagere med nogle af hydronerne (H + ) fra carbonsyre, så der dannes mere hydrogencarbonat: CO 3 2- (aq) + H + (aq) HCO 3 - (aq) De viste reaktioner, hvor hydrogencarbonat indgår, fungerer som et buffersystem, der til en vis grad modvirker en forsuring af oceanerne. Reaktionernes indbyrdes påvirkning af hinanden gør, at der i oceanerne er en nogenlunde konstant fordeling af mængden mellem CO 2, HCO 3 - og CO 3 2- på 1 % : 92 % : 7 %. Når indholdet af CO 2 i atmosfæren øges, påvirker det altså i høj grad kemiske processer i havet. Der kommer tilsvarende mere CO 2 i havvandet, hvilket gør det sværere at danne kalk. Det kan man tydeligt se, når man samler ovennævnte reaktioner til én fælles reaktion: CO 2 (aq) + H 2 O(l) + CaCO 3 (s) Ca 2+ (aq) + 2 HCO 3 - (aq) Det skaber problemer for de organismer, som er afhængige af at kunne danne kalk, og kan således direkte nedsætte biodiversiteten (artsrigdommen) i oceanerne. 6

16 Figur 3.5 Kalkflagellat Kalkflagellater er planktonalger med kalkskelet. Når oceanerne bliver surere får algerne sværere ved at danne deres skelet. (Foto: Gert Hansen). Ubalancen i kulstofkredsløbet er voksende Ubalancen i det globale kulstofkredsløb skyldes altså tilførsel af CO 2 til atmosfæren. Lige nu tegner forbruget af fossile brændstoffer sig for 85 % af de samlede udledninger til atmosfæren, mens ca. 15 % stammer fra ændret jordanvendelse (fjernelse af skov o.l.). Siden 2000 er emissionerne fra de fossile brændstoffer vokset med 3,4 % om året, og det ligger nu på et niveau som IPPC i deres fremtidsscenarier har kaldt for Worse case scenariet. Vidste du f.eks. at hver dansker udleder tons CO 2 per år? Men havde vi ikke haft landjorden og primært oceanerne som et effektivt CO 2 dræn ville CO 2 koncentrationen i dag have været 500 ppm. Den er kun på 385 ppm og vokser for tiden med ca. 2 ppm om året. Vore naturlige dræn - landjorden og havet - har faktisk fjernet godt halvdelen af den CO 2, vi har sendt ud i atmosfæren gennem de sidste 150 år. Men forskerne er bange for at det effektive CO 2 dræn bliver mindre effektivt i de kommende år. På landjorden betyder de højere temperaturer mangel på vand og næringsstoffer. Det gør tilsammen at der bindes mindre CO 2 i planterne. Oceanerne bliver varmere og dermed kan de ikke binde så meget CO 2, da opløseligheden af CO 2 i vand aftager med temperaturen. I det varmere vand nedbrydes det organiske materiale også hurtigere, og CO 2 sendes dermed hurtigere tilbage til atmosfæren. Når overfladevandet bliver varmere, sker der også en kraftigere lagdeling af vandsøjlen, hvor det koldere og næringsrige bundvand holdes væk fra de øverste lag, hvor solens lys sikrer fotosyntese og dermed at planktonalgerne binder CO 2. 7

17 Figur 3.6 Oceanerne bliver varmere og varmere Her er ændringerne i oceanernes varmeindhold (målt i joule) siden 1951 vist idet alle tal er relateret til året Den sorte streg angiver gennemsnit af målte værdier, og det grå område viser størrelsen af usikkerheden på målingerne. (Figur fra synteserapport fra den internationale klimakonference i København, marts 2010). Havet bliver langsomt surere og surere pga. de øgede kulstofoptag, og det betyder at der dannes færre og færre kalkskeletter, der også binder og fjerner kulstof fra vandet. Forskerne forudser også at klimaforandringerne fører til flere kraftige storme i fremtiden, og at det kan være med til at afgasse CO 2 fra havet og bringe det tilbage til atmosfæren. Alt tyder på, at forbruget af de fossile brændsler øges i årene fremover. Samtidig frygter vi med rette et stort input af både CO 2 og CH 4, når den permafrosne jord med de store lagre af organisk stof tør (læs mere i kapitel 9). Hvis vores gode naturlige kulstofdræn samtidig begynder at melde pas, vil ubalancen i kulstofkredsløbet for alvor accelerere. Det vil føre til en yderligere opvarmning af Jorden - en ond cirkel som vi gerne skal have brudt. Det er derfor uhyre vigtigt at tilegne sig en adfærd og finde nogle teknologiske løsninger for samfundets og den enkeltes energibehov, der er CO 2 -neutrale og bæredygtige. 8

18 4. Havisen reduceres Af Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo Havisens udbredelse Den kraftige opvarmning af de arktiske områder har allerede slået igennem med en række synlige effekter. Tydeligst af alt er måske, at havisen i disse år forsvinder med rasende fart. Man kan tydeligt følge havisens udbredelse på billeder taget af satellitter. Ud fra sådanne billeder kan man se hvor meget af havisen, der forsvinder hvert år. Figur 4.1 Havisen forsvinder Havisens udbredelse i Arktis i september 1979 (venstre billede) og september 2007 (højre billede). Gennem de seneste 30 år er der forsvundet et areal af havisen, der er mere end 50 gange større end Danmark. (Figur fra NASA baseret på satellitfotos). Havisen bygger op gennem vinterhalvåret og smelter væk gennem sommerhalvåret. I september måned har isen sin mindste udbredelse. Når man sammenligner udbredelsen af havisen fra år til år, sker det derfor altid på observationer foretaget i samme måned. I 2007 var udbredelsen af havis på et absolut minimum, og mange var bange for, at vi nu havde nået et såkaldt tipping point et punkt, hvor der ikke længere er nogen vej tilbage og at tabet af havis herfra vil gå rigtigt stærkt. Heldigvis gik det ikke så galt, og der kom mere havis både i 2008 og Men som man kan se på figur 4.2, var den samlede udbredelse af havis lige så lille ved udgangen af 2009, som den var ved udgangen af Mængden af havis varierer fra år til år og påvirkes af en række faktorer som f.eks. de fremherskende vinde, havstrømme og vinterens temperaturer. Nogle år er der mere havis end andre år, men ser man på situationen samlet gennem de seneste 30 år, er der sket en dramatisk reduktion i det areal, der normalt er dækket af havis i august/september måned. Der er faktisk forsvundet et areal, der svarer til 50 gange Danmarks areal. 1

19 Figur 4.2 Der er mindst havis i sensommeren Den daglige udbredelse af havis opgivet som millioner km 2 hav, der har mere end 15 % isdække. Den mindste udbredelse er i september måned, hvorefter havisen begynder at bygge op igen. Kurverne viser den gennemsnitlige udbredelse i årene (grå linje), den gennemsnitlige udbredelse i årene (lysblå linje) og årene 2007 (blå linje) samt 2009 (stiplet linje). (Figur fra National Snow and Ice Data Center). Figur 4.3 Der bliver mindre havis i Arktis Her er udbredelsen angivet for august måned gennem de seneste 30 år. (Figur fra National Snow and Ice Data Center). Havisen i fremtiden Forskellige klimamodeller fortæller os, hvor varmt det bliver i fremtiden. Man beregner bl.a. hvor mange mennesker vi bliver på jorden; hvor meget energi hvert menneske vil bruge, og hvor mange drivhusgasser vi omtrent vil udlede i fremtiden. Så putter forskerne disse tal i en model, der fortæller hvor varm atmosfæren bliver under de forudsagte forhold. Ud fra sådanne beregninger kan man også vurdere hvor meget havis, der vil være i fremtiden. Og det er et dystert billede, der tegner sig. En middelbetragtning af alle 2

20 modeller viser, at der stort set ikke er havis tilbage om sommeren på den nordlige halvkugle ved århundredeskiftet. Samtidig med at udbredelsen af havis bliver mindre og mindre, bliver den tilbageblevne havis også tyndere og tyndere. Visse steder er tykkelsen af isen allerede reduceret med op til 50 %. Det ser desværre ud som om virkeligheden indhenter modellerne indenom. Havisen forsvinder hurtigere end modellerne spår, og fortsætter udviklingen i samme tempo, antager forskerne at Arktis er isfrit om sommeren før år Figur 4.4 Virkeligheden overhaler modellerne De fleste klimamodeller forudsiger at sommerens havis forsvinder fra de arktiske egne før slutningen af dette århundrede. Men reelle målinger af havisen viser, at det går hurtigere end modellerne fra FN s panel af klimaforskere IPCC spår. Fortsætter afsmeltningen i samme takt som nu, tyder alt på at Arktis er isfrit om sommeren allerede før år 2040 altså om få årtier. (Figur Wand & Overland 2009). Havisen er vigtig for havstrømme Når havvand fryser til is, fryser gasser og salte ud af isen. Saltene samles og opkoncentreres i den såkaldte brine (engelsk for saltopløsning), der pga. af det opløste salt har et lavere frysepunkt og en højere densitet end det øvrige havvand. Brinen løber i små kanaler inde i selve havisen ned mod undersiden af isen - og ender i havvandet under isen. Derefter synker brinen på grund af dens højere densitet ned mod havbunden. Det vil altså sige at når havisen dannes i de arktiske områder, så er det en medvirkende faktor til at danne vand med en højere densitet såkaldt tungt vand, og det har stor betydning for verdens havstrømme. Området ud for Nordøstgrønland, hvor tungtvandsdannelsen er særlig vigtig, kalder man også for oceanernes kolde hjerte. Området virker som en gigantisk pumpe, der er med til at holde nogle af de vigtigste globale havstrømme i gang. Det kolde og salte vand med den høje densitet falder til bunden og danner der en undersøisk strøm, der løber syd på. Samtidig trækker en overfladestrøm varmere vand nordpå i form af Den Nordatlantiske Strøm, som er en forlængelse af Golfstrømmen. Man kalder det enorme system af havstrømme for Den thermohaline cirkulation eller for Havets transportbånd. For at drive de globale havstrømme er det altså meget vigtigt, at der dannes koldt, saltholdigt vand med en høj densitet i forbindelse med at havisen dannes i de arktiske områder. Forskerne frygter, at Golfstrømmen bliver svækket når temperaturen stiger og dannelsen af havis bliver reduceret voldsomt. Sker det, får det en drama- 3

21 tisk effekt på hele klodens klima. I Danmark vil det trods den globale opvarmning blive koldere, da det er Golfstrømmen, der varmer os op. Figur 4.5 Den thermohaline cirkulation Når overfladevandet i Arktis nedkøles og bliver mere saltholdigt, får det en højere densitet og synker mod havbunden. Herfra løber det kolde vand sydpå som en gigantisk undersøisk havstrøm, der fortsætter gennem verdenshavene. Det kolde vand fra nord presses ind under det varmere vand i de tropiske områder af det Indiske Ocean og Stillehavet. Det skaber en varm nordgående overfladestrøm, der på et tidspunkt bliver til Golfstrømmen. Vandet løber hele vejen tilbage til Nordatlanten og Grønlandshavet. Her afkøles vandet atter og en ny cyklus starter. Turen rundt for et enkelt vandmolekyle med den thermohaline cirkulation tager flere hundrede år. (Figur fra Aktuel Naturvidenskab 1/2009). Havisen er også vigtig for kulstofkredsløbet Som nævnt bliver der også presset gasser ud af havvandet, når det fryser. Det gælder således også for det kuldioxid og den ilt, der er opløst i havvandet. Gasserne diffunderer til den salte brine, der løber mod isens underside, og de forsvinder sammen med brinen ned i dybhavet. Jo mere havis der dannes, jo mere CO 2 transporteres der mod dybhavet. Når isen smelter i foråret, bliver havvandet derfor undermættet med CO 2, og det trækker CO 2 ned fra atmosfæren. Dannelsen af havis fungerer altså indirekte som en fysisk pumpe, der trækker CO 2 ud af atmosfæren og sender det ned i dybhavet. Processen er derfor med til at reducere atmosfærens koncentration af CO 2, og jo mindre havis der dannes, jo mindre CO 2 vil der blive hevet ud af atmosfæren. Forskerne ved endnu ikke, hvor vigtig denne proces er, og hvad den betyder for det globale kulstofbudget. Når der bliver mindre is, kommer der også mere lys til havets alger, der så kan lave mere fotosyntese og dermed binde mere CO 2. Man må derfor vurdere begge processer samlet for at vurdere, hvad den mindre havis betyder for CO 2 -balancen mellem det arktiske havområde og atmosfæren. Andre konsekvenser af havisens forsvinden En række arktiske dyr er knyttet til havisen, og de går en uvis fremtid i møde i takt med at havisen forsvinder. Det gælder f.eks. sæler, der opdrætter deres unger i 4

22 huler i havisen. Isbjørnen har havisen som fangstområde, hvor den primært jagter sæler. Den klarer sig kun dårligt på land. Men mindre havis omkring Grønland åbner op for nye kommercielle interesser. Det gælder bl.a. eftersøgning af olie og mineraler. Mange firmaer er allerede i gang med jagten på det sorte guld, og mange står klar i kulissen. Muligheden for nye transportveje med store skibe er også rykket meget nærmere med den mindre havis. I 2008 observerede man for første gang siden satellitovervågningen af Arktis begyndte midt i 1970'erne, åbent vand og ingen is nord for Canada og nord for Sibirien på samme tid. Figur 4.6 Nye transportveje? Satellitbilleder viser i 2008 for første gang åbent vand både nord om Canada (Nordvestpassagen til venstre) og nord om Sibirien (Nordøstpassagen til højre). (Foto: ESA). Ruten nord om Canada kaldes populært Nordvestpassagen, mens ruten nord om Sibirien kaldes Nordøstpassagen. Nordøstpassagen har af og til været åben, mens Nordvestpassagen åbnede første gang for få år siden her var Nordøstpassagen imidlertid lukket. Figur 4.7 Sejlads gennem Arktis sparer tid og penge Åbent vand i Arktis åbner mulighed for at reducere sejltid og transportudgifter drastisk eksempelvis ved sejlads fra Rotterdam til San Francisco eller til Yokohama. (Figur UNEP). Kan man sejle gennem Arktis, sparer man masser af tid og ikke mindst brændstof. Men det er et risikofyldt farvand på grund af havisen, og ved påsejling kan der ske store miljøkatastrofer. 5

23 5. Indlandsisen smelter Af Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo Indlandsisen på Grønland Grønlands indlandsis er den næststørste ismasse i Verden kun overgået af Antarktis iskappe. Indlandsisen dækker 80 % af Grønlands areal og indeholder tre millioner km 3 frosset ferskvand. Den er i gennemsnit to km tyk og består af sammenpresset sne fra flere hundrede tusinde år. Den globale opvarmning får også Indlandsisen og gletsjerne fra Indlandsisen til at smelte. Man ser det tydeligt på Grønland, hvor gletsjerne i den sydlige del bliver tyndere ved randen hver år. Figur 5.1 Smeltende gletsjer Store mængder ferskvand tilføres havet, når Indlandsisen smelter, og det er medvirkende til at verdenshavene stiger. Men tilførslen af ferskvand kan på sigt også påvirke havstrømmene på hele kloden bl.a. ved at mindske tungtvandsdannelsen, se også kapitel 4. (Foto: Peter Bondo Christensen). 1

24 Når man skal vurdere hvor meget ferskvand, der netto løber fra Grønlands indlandsis og ud i havet, må man måle både på nedbør, på afsmeltning som vand fra gletsjere og på hvor mange isbjerge Indlandsisen kælver med. Klimaforandringerne betyder, at der kommer mere og mere nedbør over Grønland. Over Indlandsisen sker det primært som sne, og lige nu vokser den centrale del af Indlandsisen med ca. fem cm om året. Forskerne angiver tal mellem en og syv centimeter, for det er svært at måle den nøjagtige tilvækst på Indlandsisen. Man bruger primært satellitter til at måle hvor meget sne der kommer, men når det bliver varmere, ændrer sneen struktur og pakker sig på en anden måde. Det kan satellitterne ikke se. Indlandsisens massebalance Lige nu er der en positiv overflademassebalance for Indlandsisen der kommer mere sne til end der smelter fra overfladen. Men forskerne er bange for, at denne balance er tippet inden for bare 30 år. Så smelter der mere fra overfladen end der bliver tilført. Ved kanten af Indlandsisen er afsmeltningen af sne og is øget dramatisk, og der frigøres flere og flere isbjerge fra Indlandsisen. Disse størrelser er meget vigtige, når man skal vurdere hvor meget ferskvand, der samlet løber fra Indlandsisen og ud i havet. På satellitbilleder har man siden 1979 fulgt den rand af Indlandsisen, hvor sommervarmen smelter isen til sloss-ice eller vandpytter. Denne zone er blevet større og større, og især gennem de seneste år er området der tør op om sommeren, trukket meget længere ind i landet, se figur 5.2. Figur 5.2 Indlandsisen smelter Figuren viser det areal af Grønland i millioner kvadratkilometer (10 6 km 2 ), der hvert år siden 1979 er tøet op gennem sommeren. (Data fra Konrad Steffen og Russel Huff, CIRES, University of Colorado at Boulder). 2

25 Når smeltevandet trænger ned i sprækker af isen, tør isen endnu mere, og vi oplever igen en selvforstærkende effekt i opvarmningen af Arktis. I visse områder får det større mængder af is til at glide ud over klippekanten og ud i havet. Det øger ferskvandstilførslen til havet og får verdenshavene til at stige. Frem til 1990 var Indlandsisen nogenlunde i ligevægt. Der blev årligt tilført godt 500 GT (gigatons = 10 9 tons). Ca. halvdelen af det smeltede og den anden halvdel forsvandt som isbjerge. Iskappens sundhedstilstand Forskerne betegner den samlede balance i massen af Indlandsisen som iskappens sundhedstilstand. Den er god når der er ligevægt. Men gennem de seneste år har sundhedstilstanden ikke været god iskappen bliver nu gradvist mindre. De fleste forskere er enige om, at der nu i gennemsnit smelter ca. 350 GT fra Indlandsisen hvert år. Samtidig frigiver Indlandsisen ca. 430 GT som isbjerge. Den årlige produktion af isbjerge er steget med 30 % gennem de seneste ti år. Så selv om der kommer mere sne til Indlandsisen er massebalancen nu negativ, se tabel 5.1. Tabel 5.1 Mere sne men mindre Indlandsis Beregnede tal for til- og fraførsler af Indlandsisen i Grønland. Tallene er angivet dels som et gennemsnit for de sidste 50 år og dels for de sidste 5-10 år. Man ser en meget dramatisk udvikling, hvor nettotabet fra Indlandsisen vokser. (Data fra Dorthe Dahl-Jensen, Niels Bohr Institut, Center for Is og Klima, Københavns Universitet). Sne, der akkumulerer på Indlandsisen (GT per år) Afsmeltning af vand fra Indlandsisen (GT per år) Tab af isbjerge fra Indlandsisen (GT per år) Massebalance (GT per år) Gennemsnit for de sidste 50 år Gennemsnit for de sidste 5-10 år Et årligt tab på 430 GT isbjerge fra Indlandsisen svarer til, at hver person på Jorden kunne få 174 liter rent drikkevand hver dag året rundt. Ser man samlet over de sidste 50 år, er der ikke sket et væsentligt nettotab fra Indlandsisen. De 30 GT der er angivet i tabel 5.1, ligger indenfor de usikkerheder der er på sådanne opgørelser. Men indenfor de seneste år har Indlandsisen tabt betydelig masse til havet og i perioden 2007 til 2009 er tallet så stort som 260 GT per år. Det er værd at understrege, at der nu sker et nettotab af Indlandsisen til havet selv om overfladebalancen for indlandsisen er positiv. Indlandsisen vokser altså i højden, men da der smelter en masse vand ved kanterne og frigives en masse isbjerge taber Indlandsisen samlet masse. 3

26 Figur 5.3 Indlandsisen smelter (Foto: Magnus Elander). Vandstanden stiger i havene Nettotabet fra Indlandsisen er medvirkende til at vandstanden stiger i verdenshavene. Effekten er stor, både fordi der kommer mere ferskvand ud i havet, og fordi vandet fylder mere når det bliver varmere. For tiden stiger havniveauet med godt tre mm om året og gennem de sidste 20 år er havet steget med fire-fem cm, se tabel 5.2. Tabel 5.2 Vandstanden stiger i verdenshavene Den bedst mulige oversigt over tilførsel af ferskvand til verdenshavene fra de vigtigste kilder. Det er vigtigt at understrege, at der er stor usikkerhed på de enkelte tal. (Data fra Dorthe Dahl-Jensen, Niels Bohr Institut, Center for Is og Klima, Københavns Universitet). Kilde Bidrag til vandstandsstigning i mm per år Indlandsisen Grønland 0,5 Iskappen Antarktis 0,5 Mindre gletsjere (primært på den nordlige halvkugle) 1,1 Vand fra land 0,2-0,3 Termisk udvidelse 0,4-1,0 Samlet 2,7-3,7 I februar 2007 forudsagde FN s klimapanel, IPCC, at vandet i verdenshavene vil være steget med mellem 17 og 59 cm i år Men siden da har flere forskningsresultater peget på, at det er for optimistisk et skøn. De seneste vurderinger fra AMAP (Arctic Monitoring and Assessment Programme) siger, at verdenshavene vil være steget med en meter når vi når frem til år Det er meget alvorligt for mange lavtliggende lande, se figur

27 Figur 5.4 Vandstanden stiger Den globale vandstand gennem de sidste 2000 år og forudsigelser af vandstanden frem mod år IPCC forudsagde i 2007 en vandstandsstigning på cm i år Men forudsigelserne tog ikke højde for produktionen af isbjerge fra Indlandsisen en faktor der er steget med 30 % gennem de seneste ti år. De nyeste tal fra AMAP indeholder denne faktor og fortæller at vandstanden kan stige med op til en meter i (Fra A. Grinsted: Climate dynamics, 2009). Forskerne beskriver iskapperne på Grønland og ved Antarktis som de vågnende kæmper. Og det er tabet af is og vand fra disse kæmper, der for alvor er begyndt at sætte ind, og som kan give verdenssamfundet uoverskuelige problemer. Gennem de sidste ti år er stigningen i den globale vandstand øget fra 1,8 mm pr. år til nu 3,4 mm per år. Af denne havstigning regner forskerne med, at de store ismasser lige nu bidrager med ca. en mm pr. år, men at det tal vil stige med 0,1 mm pr. år hvert år fremover. Tabet af Indlandsisen på Grønland bidrager lige nu med ca. 15 % af den samlede globale havstigning. Iskappen på Antarktisk bidrager med lidt mere, mens gletsjere rundt om i verden bidrager med godt 30 %. Ud over de angivne bidrag, får de enkelte kilder vandstanden til at stige yderligere gennem den termiske udvidelse af vandet, da vandet fylder mere når det bliver varmere. Skulle al Indlandsisen på Grønland smelte, har man regnet ud at verdenshavene stiger med seks-syv meter, mens iskappen på Antarktis vil få verdenshavene til at stige med 57 meter, hvis den smelter. 5

28 6. Livsbetingelser i Arktis Af Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo Arktis er den del af den nordlige halvkugle, hvor gennemsnitstemperaturen i den varmeste måned (juli) er under C. På figur 6.1 kan man se udstrækningen af det arktiske område. Som man kan se, ligger Grønland i området. Figur 6.1 Arktis De arktiske zoner, som de er defineret af CAFF (Conservation of Arctic Flora and Fauna). Befinder man sig i Grønland i vinterhalvåret, oplever man store mængder sne, kulde og mørke, men heldigvis også frostklart vejr og nordlys. Om sommeren oplever man lyse nætter. Nord for Polarcirklen, der krydser Grønland ca. 1/3 oppe i landet, er der midnatssol om sommeren. Jo nærmere man kommer Nordpolen, jo større forskel er der på lyset og årstiderne. Helt mod nord i byen Qaanaaq er der midnatssol i knap fire måneder og tilsvarende fire måneder med mørke - men dog nordlys - om vinteren. 1

29 Figur 6.2 Nordlys over Grønland Nordlys opstår når Solens elektrisk ladede partikler støder sammen med molekyler og atomer i Jordens atmosfære. (Foto: Peter Bondo Christensen). Man definerer også Arktis som landet, der ligger nord for trægrænsen og med denne definition består Arktis af 7,5 millioner km 2 eller ca. 5,5 % af landoverfladen på Jorden. Dyr, planter og andre levende organismer må være godt tilpasset for at overleve i Arktis. Ud over de lave temperaturer både sommer og vinter og et langvarigt is- og snedække i vinterperioden, har Arktis som nævnt lange perioder med manglende eller kun lidt sollys. Det er temmelig ekstreme forhold at leve under, og kun få arter har tilpasset sig det miljø. Arktis er derfor fattig på arter. Man siger at området har en lav biodiversitet. Ved Grønland foregår det meste liv i den del af havet der ikke er frosset eller langs kysten. Længere inde på land er jorden dækket af et permanent snelag Indlandsisen, som nogle steder er flere kilometer tyk. Kuldetilpasninger Der er mange forskellige måder at være tilpasset kulde. Pattedyr og fugle, som er ensvarme dyr, producerer selv deres varme og opretholder derved en ensartet kropstemperatur. Men det er dyrt at holde varmen i Arktis, og dyrene forsøger at undgå et alt for stort varmetab ved enten at være udstyret med et tykt pels- og fedtlag, som fx isbjørnene, eller med et isolerende spæklag, som fx hvalrosserne har. 2

30 Figur 6.3 Isbjørn og hvalros Isbjørn, hvalros og sæl holder varmen bag et isolerende spæklag og en tyk pels. (Foto: Manuel Elviro Vidal og Peter Bondo Christensen). Men selv med en varm pels eller et tykt spæklag er varmetabet på dyrenes lemmer relativt større end på resten af kroppen på grund af lemmernes store overflade. Mange dyr reducerer dette varmetab ved hjælp af det såkaldte modstrømsprincip, der fungerer ved, at blodårerne med det varme blod, der løber fra kroppen mod arme og ben (arterier), ligger tæt omsluttet af blodårerne med det køligere modsatstrømmende blod (vener). Hermed overføres varmen fra arterierne til venerne, og blodet bliver varmet op, inden det løber tilbage i kroppen. På denne måde afgiver dyrene heller ikke så meget af varmen til de kolde omgivelser, se figur 6.4. Figur 6.4 Varme poter i en kold verden Cirkulationen af blod i et ben hos arktiske dyr sker som varmeudveksling ved modstrømsprincippet. Varmen overføres fra den tilførende arterie til den fraførende vene. 3

31 De små pattedyr overlever ved at tilbringe vinteren beskyttet under et tykt lag sne. Det er fx sådan lemmingerne overlever (se kapitel 10). Fuglenes fjer er en god isolering mod kulden. Nogle gange kan der være op til 100 graders forskel mellem temperaturen i luften og fuglenes høje kropstemperatur (-50 C og +45 C). Der er kun fire fugle, der kan overleve den barske højarktiske vinter: Ravn, sneugle, fjeldrype og hvidsisken. Ravn og sneugle er store fugle, og sneuglen har masser af fjer, der dækker ben og næb. Hvidsisken er derimod en lille planteæder og man ved faktisk ikke rigtig, hvordan den overlever vinteren i mørke, hvor det meste af vegetationen er dækket af sne. Figur 6.5 Sneugle og ravn Fuglene bruger fjer til at isolere sig mod kulden. (Foto: Gilg & Sabaed/GREA og Lars Holt Hansen). Alle andre organismer end pattedyr og fugle er vekselvarme. Det betyder at deres temperatur svinger i takt med omgivelsernes. Derfor er der som regel kun mulighed for aktivitet eller vækst i den korte frostfrie periode af året, og dyr som padder og krybdyr mangler da også helt i Arktis. De fleste vekselvarme smådyr overlever den arktiske kulde ved at lægge æg, som kan tåle kulden, mens andre smådyr eller fisk tilpasser sig frostgrader ved enten at lade sig underafkøle eller ved at være decideret frysetolerante. Ved underafkøling danner dyret enten glycerol eller nogle sukkerstoffer i kropsvæsken, som sænker væskens frysepunkt. De frysetolerante dyr danner nogle såkaldt antifryseproteiner, så kropsvæsken tåler at fryse, idet proteinerne sørger for, at der sker en kontrolleret dannelse af iskrystaller i kropsvæsken. Arktiske planter har udviklet en særlig strategi for at klare frosten. De sender hurtigt vand ud af cellerne, så der ikke når at blive dannet iskrystaller inde i cellerne, når det fryser. Nogle insekter har en slags anti-frostvæske i kroppen så de kan modstå temperaturer helt ned til 12 graders frost uden at fryse til is. Andre arter kan tåle at blive frosset ned, og for at beskytte sig mod iskrystallernes skadelige virkninger på cellerne i kroppen har insekterne en høj koncentration af bestemte sukkerstoffer i blodet og i kropsvæsken. Et varmere Arktis giver ændrede livsbetingelser Den lange kuldeperiode i Arktis udgør en naturlig barriere over for biologisk invasion fra andre egne af verden, da de fleste levende organismer har svært ved at 4