Loftlagsbreytingar – Hvað og af hverju?

Frá upphafi iðnbyltingarinnar, seint á 18. öld, hefur mannkynið haft veruleg áhrif á loftslag jarðar, einkum með losun gróðurhúsalofttegunda út í andrúmsloftið. Notkun jarðefnaeldsneytis hefur margfaldast síðan þá, sem hefur leitt af sér mikla losun koltvísýrings (CO2 ) sem áður hafði varðveist í jarðlögum í tugi og hundruð milljónir ára í formi kola og olíu. Losun metans og nituroxíðs hefur jafnframt aukist vegna landbúnaðar og annarrar starfsemi og þá hefur losun einnig hafist á nýjum manngerðum gróðurhúsalofttegundum. Aukning í ákveðnum lofttegundum breytir varmageislun frá jörðinni þannig að neðri hluti lofthjúpsins og yfirborð jarðar hlýna.

Eðli gróðurhúsalofttegunda og áhrif þeirra hefur verið þekkt í áratugi. Lofthjúpur jarðar ver líf á jörðinni fyrir útfjólubláum geislum sólarinnar og viðheldur jöfnu hitastigi. Sólarorkan (með stutta bylgjulengd) fer gegnum lofthjúpinn og breytist þar í varmageislun sem endurkastast frá jörðinni (með langa bylgjulengd) og á því ekki greiða leið út úr lofthjúpnum. Geislun frá jörðinni rekst á gassameindir í loftinu sem senda þessa geislun tilbaka til yfirborðs jarðar. Þannig er lofthjúpurinn eins og gildra sem hleypir sólarorkunni inn, en ekki út.

Gróðurhúsalofttegundir í andrúmsloftinu taka í sig eða endurvarpa miklum hluta varmageislunarinnar frá jörðinni og draga þannig úr varmatapinu frá henni. Vegna þessa er meðalhiti jarðar um 33°C hærri en hann væri án lofthjúps, eða 15°C í stað -18°C. Aukin losun gróðurhúsalofttegunda hefur raskað því efnajafnvægi sem ríkt hefur í andrúmsloftinu og styrkur koltvísýrings er nú meiri þar en í að minnsta kosti 650.000 ár, eða svo lengi sem vísindamenn geta greint efnasamsetningu andrúmsloftsins, t.d. með rannsóknum á ískjörnum.

Fimmta yfirlitsskýrsla Milliríkjanefndar Sameinuðu þjóðanna um loftslagsmál (IPCC) var gefin út árið 2014. Skýrslur IPCC eru byggðar á vinnu þúsunda vísindamanna og eru lang viðamestu vísindalegu samantektir sem gerðar eru um loftslagsbreytingar. Niðurstöður síðustu skýrslu frá 2014 styrktu enn frekar niðurstöðu 4. skýrslunar frá 2007, sem markaði tímamót í umræðunni um loftslagsmál. Síðan þá hefur þorri vísindamanna talað afdráttarlaust um að hlýnun jarðar frá iðnbyltingu sé staðreynd og að hún sé að mestu leyti tilkomin vegna athafna manna.
Loftslagsbreytingar eru vel þekktar í jarðsögunni enda hafa skipst á köld og hlý skeið í gegnum tíðina. Við lifum á ísöld (sem hófst fyrir um 2,7 milljónum ára) þar sem skiptast á hlýskeið og kuldaskeið. Loftslag sveiflast vegna þess að styrkur geislunar sem jörðin fær á braut sinni um sólu breytist og er þrennt sem veldur því:

1. Á hundrað þúsund árum breytist braut jarðar um sólu (sporbaugur) frá því að vera nánast hringlaga í að vera sporöskjulaga. Þegar brautin er nær hringlaga er jörðin allt árið jafnlangt frá sólinni og styrkur sólgeislunar alltaf jafn, en þegar brautin er sporöskjulaga er fjarlægðin mismunandi eftir árstíðum.
2. Jörðin hallast einnig mismikið að sólinni. Um 41.000 ár líða milli þess að snúningsás jarðar (möndulásinn) hallast mest og minnst.
3. Jörðin vaggar eins og skopparakringla og tekur það 22.000 ár fyrir snúningsásinn að fara einn hring.

Hafa þarf í huga að þó að sólgeislun ráði mestu um hitastig á jörðinni þá er loftslag breytilegt frá einu ári og áratug til annars, vegna náttúrulegra sveiflna, straumar sem bera varma í hafi, lofti og ís eru stöðugt á iði. Sólgeislun á norðurhveli jarðar jókst stöðugt frá því fyrir átján þúsund árum og varð mest fyrir níu þúsund árum. Hlýnunin batt enda á síðasta kuldaskeiðið ísaldar (kallað Weichselian) fyrir um tíu þúsund árum og markaði upphaf núverandi hlýskeiðs, sem kallast Nútími. Fyrir sjö til fimm þúsund árum var mun hlýrra á norðurhveli en nú er en þá fór minni sólgeislun að segja til sín vegna breytinga á lögun sporbaugs og möndulhalla jarðar. Fyrir þrjú þúsund árum var orðið svo kalt að jöklar tóku að myndast á ný á Íslandi.

Vísbendingar um kulda- og hlýskeið ísaldar er að finna í íslögum Grænlandsjökuls og á Suðurskautslandinu, ásamt setlögum á sjávarbotni og í stöðuvötnum víðsvegar á jörðinni. Þótt hitastig á fyrri hlýskeiðum hafi náð svipuðum gildum og mælast í dag, þá er hraði breytinganna, einkum frá iðnbyltingu, sérstakur áhyggjuvaldur nú. Vísindamenn telja að hlýnunin frá iðnbyltingu hafi verið allt að 10 sinnum hraðari en að jafnaði á fyrri hlýskeiðum og hraði hlýnunarinnar virðist enn fara vaxandi.

Á síðustu 100 árum nemur hlýnun loftslags að meðaltali um 0,8°C við yfirborð jarðar, en er mun meiri á norðlægum slóðum. Frá því að samfelldar mælingar hófust á Íslandi fyrir miðbik 19. aldar hefur hlýnað verulega á landinu og nemur hlýnunin um 0,8 °C á öld. Síðustu áratugi hefur hlýnun verið mjög áköf og frá 1980–2015 nam hún 0,5°C á áratug, mest vestan og norðvestan til á landinu.Innan við ein gráða á Celcius virðist ekki há tala, en þar sem um vik frá meðalárshita er að ræða eru áhrifin víðtæk og birtast m.a. í bráðnun hafíss og jökla, hækkun sjávarborðs, lengri vaxtartíma gróðurs og breytingum á farháttum dýra. Árið 2016 var heitasta ár síðan mælingar hófust og árið 2017 hið næstheitasta.

Ástæða þessarar hröðu hlýnunar er fyrst og fremst aukinn styrkur koltvísýrings (CO₂) og fleiri gróðurhúsalofttegunda í andrúmsloftinu. Aukningin er af mannavöldum og stafar einkum af bruna á kolum og olíu til raforkuframleiðslu, í samgöngum og iðnaði, minni bindingu koltvísýrings vegna gróðureyðingar og losun metans í landbúnaði. Af þessum umfram koltvísýringi er áætlað að 40% séu enn bundin í andrúmsloftinu, um 30% hafi sjórinn tekið upp en 30% verið bundið í jarðlög eða plöntur. Ljóst er að aukin losun gróðurhúsalofttegunda raskar því jafnvægi sem áður var til staðar. Meðan losunin er ekki takmörkuð með einhverjum hætti, eða binding aukin, mun magn þessara lofttegunda í lofthjúpnum halda áfram að aukast og hitastig hækkar að sama skapi. IPCC spáir hækkun á hitastigi á bilinu 0,3–4,8°C næstu hundrað árin, allt eftir magni losunar gróðurhúsalofttegunda og mótvægisaðgerðum til bindingar þeirra.

Samantekt þessi var unnin af Nýheimum þekkingarsetri