Ilmastonmuutos, osa 5: Hiilidioksidi on heikko kasvihuonekaasu nykyilmakehässä

  Motto: Nihil in verbis, omnia probate – Älä luota pelkkään puheeseen, testaa kaikkea

Käsittelin osiossa 3 kasvihuonekaasujen osuutta kasvihuoneilmiössä. Tulos oli, että %-osuudet ovat: vesi 82 %, hiilidioksidi 11 %, otsoni 5 %, ja metaani & typpioksiduuli 2 %. IPCC tietää tästä asiasta vain sen, että hiilidioksidin (CO2) osuus on jossain välillä 26 % – 33 %. Yleisesti siteerattu 26 % on laskettu ilmakehässä, jossa vettä on puolet liian vähän. Kasvihuonekaasujen suhteelliset osuudet käyvät ilmi kuvasta 1. Kunkin kaasun absorptiopiikin (tai piikkien) pinta-ala edustaa sen lämmitysvaikutusta, mutta pinta-aloja ei voi laskea suoraan yhteen. Esimerkiksi metaani ja typpioksiduuli menevät aallonpituusalueella 7-8 mikrometriä lähes täysin päällekkäin ja jäävät veden absorptioalueen alle. Tämän vuoksi kuvassa näkyvä kokonaisabsorptio (purppuraviiva) nousee vain hiukan veden absorptiota ylemmäs tällä alueella.

Koska muiden kasvihuonekaasujen kuin veden lämmitysvaikutus on erittäin epälineaarinen, niin nykyisessä ilmakehässä kasvihuonekaasujen lisäykset käyttäytyvät eri tavalla. Tätä tilannetta on havainnollistettu kuvassa 2. Vaaka-akselilla ovat hiilidioksidin, metaanin ja typpioksiduulin pitoisuudet yksikössä ppm (parts per million) aina 600 ppm:ään asti. Nykyiset pitoisuudet ilmakehässä ovat: CO2 400 ppm, CH4 1,8 ppm ja N2O 0,33 ppm. Punainen vaakasuora viiva kuvaa nykyilmakehän konsentraatioita. Koska metaanin ja typpioksiduulin pitoisuudet ovat aivan mitättömiä, tässä kuvassa näyttää, että niiden pitoisuudet ovat nollassa.

Veden lämmitysvaikutus (sininen käyrä) on aivan erilainen. Se leikkaa nykyilmakehän kohdassa 2,6 prcm. Mittayksikkö prcm (precipitated water in cm) tarkoittaa ilmakehän keskimääräistä vesipitoisuutta tiivistettynä vedeksi eli ilmakehässä on n. 2,6 cm vettä. Veden lämmitysvaikutus ei juuri pienene sen pitoisuuden kasvaessa ja sen vuoksi tropiikin vesimäärä 4,1 prcm on osatekijä tropiikin korkeisiin lämpötiloihin. Kun veden absorptio nousee, niin hiilidioksidi jää tropiikissa veden absorptiopiikin alle lähes täysin ja sen osuus kasvihuoneilmiössä on vain 5,9 %.

Kuvassa 2 näkyy hiilidioksidin jyrkästi vähenevä vaikutus maapallon lämpötilaan. Pitoisuudella 400 ppm sen lämmitysvaikutus on kuvan mukaisesti n. 3,3 °C eli n. 10 prosenttia kasvihuoneilmiön kokonaissuuruudesta 33 °C. Pitoisuudesta 400 pmm ylöspäin, hiilidioksidin suhteellinen vaikutus pienenee koko ajan. Tämän vuoksi sen suhteellinen voimakkuus verrattuna veteen heikkenee suhteesta 82 % / 11 % (eli vesi on n. kahdeksan kertaa voimakkaampi kasvihuonekaasu).

Mitä tapahtuu kokonaisabsorptiolle, kun hiilidioksidin määrä kasvaa? Sehän on ns. kasvihuoneteorian oleellisin kysymys. Tämän teorian mukaan, jota IPCC kannattaa, hiilidioksidin määrän kaksinkertaistuminen nostaa lyhyellä tähtäimellä maapallon lämpötilaa n. 1,75 °C ja vuosisatojen kuluessa, kun maapallon hakeutuu uuteen tasapainotilaan, sen vaikutus kaksinkertaistuu arvoon 3,5 °C. Näissä arvioissa on suuria virheitä, joita olen käsitellyt aikaisemmin. Tilannetta on havainnollistettu kuvassa 3. Tässä kuvassa on esitetty kokonaisabsorption lisääntyminen aallonpituusalueella 10 – 14 mikrometriä, koska muilla aallonpituusalueilla hiilidioksidi ei pysty lisäämään kokonaisabsorptiota.

Pelkästään silmällä voi havaita, että absorption lisäys välillä 280 – 379 ppm on kutakuinkin sama kuin välillä 379 – 560 ppm ja edelleen sama kuin välillä 560 – 800 ppm. Tämä lisäys voidaan laskea matemaattisen kaavan muotoon ja se on varsin yksinkertainen. Yleisimmin käytetty kaava on Myhre et al:n (myöhemmin Myhre) esittämä tulos vuonna 1998 ja se on, että RF = 5,35 * ln(C/280), jossa RF on CO2:n säteilypakote (W/m2) ja C on hiilidioksidin pitoisuus ppm:nä. Kun CO2:n pit oisuus kasvaa 560 ppm:ään, niin saadaan ns. ilmastoherkkyyden arvo, joka on 3,7 W/m2.  Kertomalla tämä luku IPCC:n virallisella ilmastoherkkyysparametrilla 0,5, saadaan tämä alempi ilmastoherkkyyden arvo asteina, joka on n. 1,85 °C.

Monet tutkijat – myös ilmastoskeptikot – käyttävät Myhren kaavaa lähtökohtana laskelmissaan. Niin minäkin tein, kunnes törmäsin ristiriitoihin. Tein oman tutkimuksen, jossa käytin kolmea eri menetelmää ja kahta spektrianalyysityökalua. Tein sen, jonka avulla tiede on huolehtinut tulosten ja teorioiden oikeellisuudesta eli toistin Myhren laskelmat.

Kuvaan lyhyesti laskennan vaiheet, koska sen avulla paljastuu, miten kasvihuoneilmiön lisäys kasvattaa maapallon lämpötilaa. Kun CO2-pitoisuus nostetaan 560 ppm:ään, lisääntyy ilmakehän kokonaisabsorptio ja minun laskuissani se nousi arvoon 2,16 W/m2 (Myhre 3,7 W/m2). Tämä tarkoittaa, että maapallo säteili avaruuteen 2,16 W/m2 vähemmän energiaa. Koska näin ei voi olla termodynamiikan 1. lain perusteella, maapallon lämpötila alkaa nousta, kunnes tuo 2,16 W/m2 ero poistuu. Laskennallisesti se tarkoittaa, että pitää löytää uusi lämpötila, jossa päästään samalle tasolle kuin pitoisuudella 280 ppm. Omissa laskelmissani tuo lämpötila oli 0,56 °C ja pyöristettynä 0,6 °C. Yhteenvetona siis CO2-pitoisuudella 280 ppm ja pintalämpötilassa 15 °C maapallo säteilee ulospäin yhtä paljon energiaa (238 W/m2) CO2-pitoisuudella 560 ppm ja lämpötilassa 15,6 °C. Minun kaavani on samaa muotoa kuin Myhrellä, mutta vakio on eri: RF = 3,12 * ln (C/280).

Kyllä kasvihuoneilmiön voimistuminen saa aikaan lämpötilan nousun, mutta arvo on lähes tarkalleen vain kolmasosa siitä, mitä IPCC laskee. Siihen on kaksi yksinkertaista syytä. Myhren kaavan antaa arvon, jonka pitäisi olla 41,6 % pienempi  ja IPCC:n oletus vakiollisesta suhteellisesta kosteudesta antaa ilmastoherkkyysparametrille arvon 0,5 W/m2, kun sen pitäisi lähes puolta pienempi 0,27 W/m2.

Vielä yhteenvetona kasvihuonekaasujen suhteelliset vahvuudet nykyilmakehässä verrattuna hiilidioksidiin: vesi 15, metaani 0,11, typpioksiduuli 0,17 ja otsoni 0,63. Vesi on siis 15 kertaa vahvempi kasvihuonekaasu nykyilmakehässä verrattuna hiilidioksidiin.

Onko tästä muita todisteita kuin omat laskelmani? On siitä IPCC:n omat tiedot. IPCC ilmoittaa, että suhteellisen kosteuden pysyminen vakiona kaksinkertaistaa kasvihuonekaasujen vaikutuksen. Otetaan IPCC:n raportti AR4 vuodelta 2007. Sen mukaan säteilyn kokonaispakote oli 1,72 W/m2 ja koska muut tekijät kompensoivat toisiaan, CO2:n pakote 1,66 W/m2 vastasi lähes täysin kokonaispakotetta. Koska lämpötila oli noussut 0,76 °C, niin CO2:n osuus oli 0,38 °C ja veden saman verran. CO2:n pitoisuus oli noussut arvosta 280 ppm arvoon 379 ppm eli 35,4 %. Kun käytetään maapallon keskimääräistä ilmakehää, niin on helppo laskea, paljonko ilmakehän kokonaisvesimäärää lisääntyy, kun lämpötila kasvaa 0,38 °C ja suhteellinen kosteus pysyy vakiona. Veden määrän lisäys on arvosta 2,6 prcm arvoon 2,66 prcm eli 2,3 %. Tämä tarkoittaa, että IPCC:n mukaan veden täytyy olla 15,4 kertaa voimakkaampi kasvihuonekaasu kuin hiilidioksidi. Muuten heidän laskelmansa ei toimi. Tämä on siis oikein, mutta IPCC:n oletus suhteellisen kosteuden vakiollisuudesta ei ole oikea, kuten suorat mittaukset osoittavat.

Ilmastoherkkyyden oikea arvo on siis 0,6 °C. IPCC:n alempi ilmastoherkkyys 1,75 °C on kolme kertaa liian suuri ja korkeampi ilmastoherkkyys on peräti kahdeksan kertaa liian suuri. Syynä on kolme tekijää: 1) CO2:n säteilypakotekaava laskee väärin, suhteellinen kosteus ei ole vakio, ja maapallon albedon muutokset ovat pelkkä oletus. Hiilidioksidinvaikutus lämpötilan nousuun esiteollisesta ajasta lähtien vuonna 2016 on vain n. 0,25 °C eli karkeasti 30 % kokonaislämpötilan noususta 0,85 °C.

Selvyyden vuoksi ilmoitan, että en ole ilmaston enkä ilmastonmuutoksen kieltäjä, joksi minua tavallisesti nimitetään englanninkielisillä nettisivustoilla. Olen eri mieltä IPCC:n kanssa siitä, kuinka paljon kasvihuonekaasut pystyvät nostamaan maapallon lämpötilaa. Olen julkaissut asiasta 10 vertaisarvioitua tieteellistä artikkelia viimeisen viiden vuoden aikana. Tämä juttu on nimensä mukaisesti 5. osa ilmastonmuutosblogeista, joita minulla on tarkoitus julkaista edelleen. Niissä blogeissa menen syvemmälle ilmastonmuutokseen.

Oma ilmastosivustoni, jossa on tarkempaa tietoa ilmastonmuutoksesta: www.climatexam.com