Klima er vanligvis definert som det gjennomsnittlige været over en periode som kan strekke seg fra noen måneder, tiår og enda lengre tidsskaler. Det er vanlig å beskrive klimaet ved gjennomsnittsverdier av temperatur, nedbør og vind. En klimaendring vil da være en endring i gjennomsnittsverdien i en gitt periode, sammenlignet med en referanseperiode (for eksempel brukes perioden 1991-2020 ofte som «normalperiode»).
Klimasystemet endres over tid gjennom indre naturlig variasjoner som omfordeler energi i klimasystemet (for eksempel omfordeling av energi mellom hav og atmosfære) og gjennom ytre påvirkning som reduserer eller øker mengden energi som kommer inn og går ut av klimasystemet. Ytre påvirkning inkluderer naturlige effekter som endringer i innkommende solinnstråling og vulkanutbrudd samt menneskeskapte endringer i atmosfærens sammensetning og jordoverflatens evne til å reflektere sollys (som for eksempel vegetasjonsendringer og urbanisering)
I et stabilt klima er det balanse mellom absorbert strålingsenergi fra sola og stråling tilbake til verdensrommet. Forandringer i energibalansen kan forekomme ved endringer i:
- Innkommende solstråling pga langsomme forandringer i jordens tilt, jordens bane rundt solen og solaktivitet
- Atmosfærens og bakkens evne til å reflektere solstråling tilbake til verdensrommet
- Langbølget utstråling mot verdensrommet
Hva er drivhuseffekten?
Alle ting sender ut stråling. Både mengden energi som sendes ut per kvadratmeter og bølgelengden er avhengig av temperaturen. Varme objekter som solen sender ut mye energi med korte bølgelengder, mens kaldere objekter som jorden sender ut mindre energi med lengre bølgelengder.
Mens drivhusgassene slipper kortbølget solstråling relativt uhindret gjennom atmosfæren, absorberer de samme gassene langbølget strålingen (noen ganger kalt varmestråling eller terrestrisk stråling) som sendes ut fra jordoverflaten og atmosfæren.
Kort fortalt er drivhuseffekten forskjellen i mengden langbølget stråling som prøver å nå ut til verdensrommet fra overflaten og den totale mengden langbølget stråling fra overflaten og atmosfæren som faktisk greier det.
Når atmosfæren absorberer langbølget stråling (varmestråling) fra jorden, blir også atmosfæren varmet opp og sender ut mer langbølget stråling – både ned mot jorda og ut i verdensrommet. Men fordi atmosfæren er kaldere enn jordoverflaten, sender atmosfæren mindre stråling mot verdensrommet enn det bakken ville gjort hvis strålingene hadde gått rett ut. Dermed blir strålingstapet ut til verdensrommet mindre enn det ville vært uten atmosfæren. For å ha en effektiv drivhuseffekt er det altså ikke nok at atmosfæren har drivhusgasser, atmosfæren må også være kaldere enn jordoverflaten for at drivhuseffekten skal ha en oppvarmende effekt.
De viktigste drivhusgassene er vanndamp (H2O), karbondioksid (CO2), metan (CH4), troposfærisk ozon (O3), lystgass (N2O) og halogener som for eksempel klor-fluor-karbon gasser (KFK). I tillegg virker skyer som drivhusgasser. Noe vi lett merker om vinteren da en skyet dag ofte er varmere enn en klarværsdag, akkurat motsatt av om sommeren da solinnstrålingen er høyere og skyenes evne til å reflektere solstråling dominerer over evnen til å absorbere langbølget stråling. Nitrogen, oksygen og argon utgjør tilsammen 99,96 % av atmosfæren, men er uten betydning som drivhusgasser fordi de ikke absorberer langbølget stråling
I dagens klima prøver jordoverflaten å slippe ut ca. 390 W/m2 med langbølget stråling (W/m2 er Watt per kvadratmeter der Watt er energimengde (Joule) per sekund så W/m2 er den mengden energi som stråles ut per sekund per kvadratmeter). Men det er bare 235 W/m2 som slippes ut på toppen av atmosfæren. Dvs at det er 155 W/m2 som blir igjen i klimasystemet. Det er dette som utgjør dagens drivhuseffekt. Dette kommer i tillegg til de 235 W/m2 solstråling som absorberes enten på bakken eller i atmosfæren. Resultatet er at den gjennomsnittlige temperaturen på jorden er rundt 14° Celsius. Noe som er over 30°Celsius mer enn det vi ville hatt om atmosfæren ikke hadde hatt noen drivhusgasser. Flere detaljer om jordas energibalanse finner du i Figur 1.
Drivhuseffekten er ikke noe som er spesielt for jorden, I motsetning til på jorden der 0.04% av atmosfæren er karbondioksid, består atmosfæren på vår naboplanet Venus av 96.5% karbondioksid og har en overflatetemperatur på rundt 460° Celsius.
Ordet drivhuseffekt kan være ganske forvirrende siden det ikke er slik et drivhus virker og er en språkbruk som henger igjen fra 1930 tallet. Før kalte man effekten for «teppe-effekten» som er en bedre beskrivelse av hvordan effekten faktisk virker. Man kan tenke på drivhusgassene som en dyne som ligger over jorden. Under dynen er det varmt og over dynen er det kaldt. En økning av drivhusgassene vil virke på samme måte som å legge et tynt teppe over dynen for at det skal bli varmere.
Hva skjer når mengden av drivhusgasser og aerosoler øker?
Atmosfærekonsentrasjonen av de langlivede drivhusgassene som karbondioksid, metan og lystgass stiger som følge av menneskelig aktivitet (først og fremst økt forbrenning av olje, kull og gass samt matproduksjon). Ved å analysere luftbobler i isen i Antarktis og på Grønland kan vi se hvordan mengden drivhusgasser har økt de siste 2000 årene (Figur 2). Siden varm luft kan holde på mer vanndamp enn kald luft før det dannes skyer vil en oppvarming medføre en økning i vanndamp som i seg selv er en kraftig drivhusgass. Denne økningen er altså et resultat av en økning i de langlivede drivhusgassene og gjør at oppvarmingen blir enda større enn den ville vært om bare de langlivede drivhusgassene hadde økt. Dette er en såkalt positiv tilbakekobling i klimasystemet som forsterker den opprinnelige oppvarmingen. Resultatet er at vi får en økning ikke bare i de langlivede drivhusgassene, men også i de kortlivede (vanndamp har en typisk levetid på 1-2 uker i atmosfæren før vannet kondenserer og danner skyer som til slutt regner ned). De økte konsentrasjonene av drivhusgasser gjør at sannsynligheten for at langbølget utstråling skal treffe et drivhusgassmolekyl øker og det blir vanskeligere for energien å unnslippe til verdensrommet. Når mindre energi unnslipper vil vi få en oppvarming.
Det er ikke bare drivhusgassene som øker. Mengden små forurensningspartikler i atmosfæren (såkalte aerosoler) øker også på grunn av økte utslipp av svovel og sot partikler knyttet til forbrenning av fossile brennstoff. Svovelet danner små sulfatpartikler som vil reflektere innkommende solstråling (før de faller ned som sur nedbør). De påvirker også dannelsen av skyer og begge effektene gir en reduksjon i oppvarmingen. På den andre side vil sotpartikler absorbere sollys og gi en økning i oppvarmingen. Den totale effekten av økte mengder forurensningspartikler er en avkjøling som gjør at oppvarmingen vi observerer er litt mindre enn den ville vært hvis vi bare hadde sluppet ut drivhusgasser.
Den globale temperaturen viser en tydelig oppstigende kurve, men det er også variasjoner fra år til år. Det er ikke slik at hvert år blir varmere enn det forrige. De aller varmeste årene kan ofte knyttes til en varm fase i det naturlige fenomenet El Niño (se eget faktaark), som gir høye temperaturer i Stillehavet ved ekvator og forsterker oppvarmingen som skyldes drivhuseffekten De noe kaldere årene kan ofte knyttes til den negative fasen, La Niña, som gir lavere temperaturer samme sted og delvis motvirker oppvarmingen som skyldes drivhuseffekten. Kraftige vulkanutbrudd i tropene som fyller atmosfæren over skyene med svovelpartikler som reflekterer sollys vil også gi en avkjøling. Disse partiklene faller ned igjen etter ett til tre år og har derfor ingen direkte langtidsvirkning på klima.
Den globale middeltemperaturen har steget med litt over 1°C i løpet av de siste 140 år. De siste tiårene har temperaturen økt spesielt raskt, med 2023 som det varmeste året etterfulgt av 2016, 2020, 2019 og 2017.som de varmeste årene (dette er skrevet i 2024). Det er stor enighet blant forskerne om at oppvarmingen de siste 60 år skyldes akkumulering av drivhusgasser i atmosfæren. Figur 3 viser estimerte bidrag til den globale temperaturforandringen fra den industrielle revolusjon og fram til 2019. Her ser vi den oppvarmende effekten som kan knyttes til økningen i de forskjellige drivhusgassene og den avkjølende effekten av økte utslipp av forurensningspartikler og arealforandringer som har økt jordoverflaten sin reflektivitet (i hovedsak avskoging).
Figur 3: Modellerte bidraget til den globale temperaturforandringen fra 1750 til 2019 i °Celsius fra forskjellige drivhusgasser, forandring i innkommende solstråling, vulkanutbrudd, forandring i arealbruk (urbanisering, avskoging etc.) og forurensningspartikler (aerosoler). Dette er en forenklet versjon av figur 7.7 i IPCC WGI Sixth Assessment Report, 2021.
Referanser
Intergovernmental Report for Climate Change (IPCC) Fourth Assessment Report 2007.