KØBENH AV NS UNIVERSITET Mentale landkort over klimasystemet skrevet af Philipp von Hessberg & Ole John Nielsen, (v 1.1, 5. 9. 009) Hvorfor er der så langt mellem 1) klimaforskernes forståelse af de menneskeskabte klimaforandringer og ) politikernes og den brede befolknings laden-stå til holdning overfor klimaforandringerne? Vi kan nok finde en del af forklaringen til vores og politikernes manglende handling i vores mangelfulde forståelse af klimasystemet og sammenhængen mellem drivhusgasudslip og påvirkningen af klimaet. Landkort i hovedet Mange af os ser ud til at have en tro på, at vi kan nå at løse klimaproblemet - ved at skære ned på drivhusgasudslippene - når de synlige problemer bliver store. Denne fejlagtige [højreboks der kvalificerer dette] - optimisme ser ud til at hænge sammen med en manglende forståelse af A) klimasystemets træghed og B) sammenhængen mellem bestand og strømning. Vores fejlagtige forståelse kan vi forstå som at have forkerte mentale modeller eller et forkert landkort af virkeligheden i hovedet. Det er selvfølgelig svært at finde en kort og nem rute til målet, når vi har fejlbehæftede landkort ved hånden (eller rettere: i hovedet). Målet er i denne forbindelse en løsning af klimaproblemet: Det kunne f.eks. være et stop af den globale opvarmning (stabilisering af temperaturen) eller et stop af den menneskeskabte stigning af oceanernes vandstand. Figur 1. Vi kan forstå vores opfattelse af virkeligheden - f.eks. klimasystemets virkelighed - som et landkort i hovedet eller en mental model. Træghed Mange af os har en manglende forståelse for trægheden i klimasystemet. Der går mange år fra ændringer i menneskers problem-opfattelse via reguleringer af drivhusgas-emissioner, ændringer i atmosfæriske koncentrationer, ændringer i lufttemperaturer, ændringer i havtemperaturer til forandringer i landbrugsproduktivitet, iskapper, havenes vandstand, arters uddøen og andre synlige konsekvenser.
Planetens energibalance Jorden er i energibalance når effekten af indkommende stråling fra solen balanceres af den udgående varmestråling fra jorden til verdensrummet. En forskydning af energibalancen resulterer i en ændret overfladetemperatur. Oceanerne som del af klimasystemet er faktisk karakteriseret ved en simpel termisk træghed, som vi nemt kan beregne. Oceanernes store samlede varmekapacitet betyder simpelthen at en forskydning i vores planets energibalance kun langsomt vil slå igennem som en målbar varmere temperatur ved jordens overflade. Oceanernes termiske masse dæmper klodens opvarmning - et regneeksempel på træghed Det er kun de øverste ca. 500 m af oceanerne der er i tæt termisk kontakt med overfladevandet; resten af oceanerne består af dybhavet, der udskifter varme med overfladen på en tidsskala af årtusinder. Lad os kigge på, hvor meget det 500 m tykke overfladelag kan bremse den mærkbare globale opvarmning: Vi antager at planeten jordens energibalance forskydes pludseligt med 1.66 W/m. Det svarer til effekten af stigningen i -koncentrationen fra det før-industrielle niveau (ca. 1750) på ca. 80 ppm til 005 niveauet på 380 ppm. Klimamodellerne regner almindeligvis med at en sådan forskydning svarer til en ændring af jordens ligevægtstemperatur på ca. 1.3 C. Lad os regne på, hvor lang tid, det ville tage at varme oceanernes overfladelag op med 1.3 C, hvis den overskydende varmeeffekt - fra forskydningen af jordens energibalance - udelukkende gik til at opvarme oceanernes overfladelag: Massen af oceanets overfladelag = m oc.ov. = 3.6*10 1 m * 500 m * 1000 kg m -3 = 1.8*10 0 kg Vands specifikke varmekapacitet = c vand = 186 J kg -1 K -1 Samlet planetarisk effekt af forskydning i energibalance = P planet = 1.66 W m - * 5.1*10 1 m = 8.5*10 1 W Opvarmning = ΔT=1.3 K Tid for opvarmning af oceanernes overfladelag = Δt oc.opv. 0 1 1 moc. ov T cvand 1.8*10 kg *1.3 K * 186 JK kg 9 toc. opv. = = = 1.*10 s = 37 år 1 1 P 8.5*10 Js planet Selv om klimasystemets virkelighed er mere kompleks, illustrerer dette regneeksempel, at der er en betydelig træghed forbundet med oceanernes store termiske masse. Det betyder, at vi først om mange år vil kunne mærke de fulde konsekvenser af nutidens udslip af drivhusgasser. Måske kender du til træghed fra dit eget liv eller fra nogle mennesker du kender? Fra at erkende at man har et problem med dårlig kondi, over at man beslutter sig at gøre noget ved det, begynder at løbetræne, til man så rent faktisk kan løbe 10 km på under 5 minutter kan der gå mange år. Bestand og strømning Vi har også ofte en mangelfuld forståelse af massebalance med andre ord: sammenhængen mellem bestand og strømning. Akkumulering er et udbredt fænomen i vores hverdag: - badekarret akkumulerer tilstrømningen af vand fra hanen minus frastrømningen gennem udløbet Figur. Et badekar. Ændring i vandbeholdning i karret pr. tidsenhed = tilstrømning - afstrømning. - vores pengebeholdning i banken akkumulerer indsættelser minus hævninger - vi regulerer vores kropsvægt ved at indstille tilstrømningen af kalorier i form af mad minus forbruget af kalorier til stofskiftet.
Forskning viser at vi generelt har svært ved at relatere til- og frastrømning til størrelsen af en bestand. Selv når det gælder hverdagsting som badekar og bankbeholdninger. Vi vurderer normalt sådanne systemer med en mønstergenkendende metode: Vi antager at outputtet af et system burde ligne dets input. Et eksempel på mønstergenkendelse kunne være, at vi tror, at når der løber vand ind i badekarret, så stiger vandstanden i badekarret. Altså: Der kommer noget ind så må der blive noget mere i karret. Men, måske glemmer vi, at der samtidig løber noget ud? Et andet eksempel på misvisende mønstergenkendelse: Siden 1950 er USAs budgetunderskud og statsgælden vokset voldsomt og de to størrelser har fulgt hinanden igennem tiden. En mønstergenkendende slutning kan få os til fejlagtigt at tro, at hvis bare man skærer det årlige budgetunderskud ned, så skulle statsgælden falde. I virkeligheden er det dog sådan, at statsgælden først falder når det årlige budgetunderskud er vendt til et overskud! i atmosfæren: Et eksempelsystem med bestand og strøming På de følgende sider finder du et par øvelser til at teste din forståelse af sammenhængen mellem -udslip og atmosfærens indhold af. Du bliver bedt om at gætte på en udvikling af globale - udslip, der resulterer i en stabilisering af atmosfærens - koncentration på hhv. 00 ppm og 30 ppm i 100. 3
Øvelse: Gæt en emissionsudvikling for at stabilisere I 007 har IPCC FNs klimapanel konkluderet at størstedelen af den globale opvarmning siden 1950 med stor sandsynlighed skyldes atmosfærens forhøjede indhold af og andre menneskeskabte drivhusgasser. Atmosfærens indhold af er påvirket af naturlige processer og menneskelig aktivitet. De menneskeskabte -udslip er for alvor steget siden ca. 1850 (se figuren nedenfor). Naturlige processer fjerner samtidig en del fra atmosfæren. I de sidste årtier svarede nettofjernelsen af fra atmosfæren ved naturlige processer til nogenlunde halvdelen af de menneskeskabte -udledninger. Som resultat af disse processer er -koncentrationen i atmosfæren steget fra 80 ppm (før 1850) til ca. 385 ppm idag (008). Stigningen i koncentrationen af og andre drivhusgasser bidrager til, at en større del af varmestrålingen som udsendes af jordens overflade til det ydre rum, bliver tilbageholdt i atmosfæren. Man kan tænke på det som et varmende tæppe, der bliver tykkere. Resultatet af højere drivhusgas-koncentrationer er en forskydning af jordens energibalance med en opvarmning af atmosfærens lavere luftlag og jordens overflade til følge. Som vist i figuren nedenunder er den globale gennemsnits-overfladetemperatur steget siden starten af 1900-tallet. udledning (Gt C/år) 6000 000 000 1850 1900 1950 000 koncentration (ppm) 360 30 30 300 1850 1900 1950 000 Globalt temperaturgennemsnit ( C) 1.5 1 13.5 1850 1900 1950 000 Figur 3. Øverst: Årlige globale -udledninger fra afbrænding af fossile brændsler og cementproduktion. I midten: Udvikling af koncentrationen i atmosfæren ekstraheret fra Law Dome iskernemålinger (1850 1958) og direkte målinger fra Mauna Loa (1959-005) 3. Nederst: Udvikling af den globale overfladetemperatur
00 ppm scenariet Se på et scenarie, hvor atmosfærens -koncentration stiger gradvist til 00 ppm. I 100 er atmosfærens -indhold stabilt på 00 ppm, som vist i følgende figur: Atmosfærisk (ppm) 0 0 00 380 360 30 30 300 målt scenario 00 ppm 80 Figur. Den observerede stigning af - koncentrationen i atmosfæren (1900 007) 3, samt hypotetisk udvikling af -koncentrationen hen mod en stabilisering på 00 ppm i 100. Opgave 1: Figuren nedenfor viser de menneskeskabte -udledninger fra 1959 til 005, og de naturlige processers nettofjernelse af. Skitser (tegn) på figuren for perioden 006 til 100 i overensstemmelse med det viste scenarie for udviklingen af - koncentrationen: a) Hvad bliver den sandsynlige fremtidige naturlige nettofjernelse af fra atmosfæren i perioden 006 100? b) Hvordan er udviklingen af menneskeskabte -udledninger som vil resultere i den viste hypotetiske udvikling af - koncentrationen? 10 8 udledning nettofjernelse fluxe (GtC/år) 6 0 År Figur 5. Udviklingen af menneskeskabte udledninger (blå) fra afbrænding af fossilt brændstof, cementproduktion og ændringer i arealanvendelse (f.eks. skovrydning) og nettofjernelse af i oceaner og biomasse på landjorden (sort). Tallene for nettofjernelsen er midlet over 9 år. Data fra: 5. N.B.: I modsætning til Figur er her kun data fra 1959 og fremover, fordi vi ikke kunne finde data for udledningen fra ændringer i arealanvendelse for perioden 1900 1958. 5
30 ppm scenariet Se nu på et scenarie hvor atmosfærens -indhold falder gradvist til 30 ppm i 100 som vist i figuren nedenfor: Atmosfærisk (ppm) 0 0 00 380 360 30 30 300 målt scenario 30 ppm 80 Figur 6. Den observerede stigning af - koncentrationen i atmosfæren (1900 007) 3, samt hypotetisk udvikling af -koncentrationen hen mod en stabilisering på 30 ppm i 100. Opgave : Figuren nedenfor viser de menneskeskabte -udledninger fra 1959 til 005, og de naturlige processers nettofjernelse af. Skitser (tegn) på figuren for perioden 006 til 100 i overensstemmelse med det viste scenarie for udviklingen af - koncentrationen: c) Hvad bliver den sandsynlige fremtidige naturlige nettofjernelse af fra atmosfæren i perioden 006 100? d) Hvordan er udviklingen af menneskeskabte -udledninger som vil resultere i den viste hypotetiske udvikling af - koncentrationen? 10 8 udledning nettofjernelse fluxe (GtC/år) 6 0 År Figur 7. Udviklingen af menneskeskabte udledninger (blå) fra afbrænding af fossilt brændstof, cementproduktion og ændringer i arealanvendelse (f.eks. skovrydning) og nettofjernelse af i oceaner og biomasse på landjorden (sort). Tallene for nettofjernelsen er midlet over 9 år. Data fra 5. N.B.: I modsætning til Figur er her kun data fra 1959 og fremover, fordi vi ikke kunne finde data for udledningen fra ændringer i arealanvendelse for perioden 1900 1958. 6
Online spil: Professor John Sterman fra det amerikanske universitet MIT har på sin hjemmeside en drivhusgas flysimulator : Et interaktivt spil, hvor man kan se, hvilken udvikling af - emissioner der kan føre til en stabilisering af koncentrationen i atmosfæren. http://scripts.mit.edu/~jsterman/management_flight_simulators_(mfs). html Prøv at lave øvelserne på de foregående sider først - før du kan komme frem til den rigtige løsning på internettet. Taksigelser: Tak til Professor John D. Sterman, hvis forskningsresultater om vores mangelfulde forståelse af klimasystemets dynamik danner grundlag for dette materiale. Tak til Kim Bertelsen for kritisk gennemgang af teksten og forslag til forbedringer. Kilder: 1 J. D. Sterman, Science 3, 53 (008), http://www.precaution.org/lib/mit_students_clueless.0810.pdf http://cdiac.ornl.gov/ftp/ndp030/global.1751_005.ems, accessed: 1.1.008. 3 http://cdiac.esd.ornl.gov/ftp/trends/co/lawdome.combined.dat, accessed: 1.1.008; http://cdiac.ornl.gov/ftp/trends/co/maunaloa.co, accessed: 1.1.008. http://www.cru.uea.ac.uk/cru/data/temperature/crutem3gl.txt, accessed: 1.1.008. 5 http://lgmacweb.env.uea.ac.uk/lequere/co/carbon_budget.htm, accessed: 1.1.008. 7