IPCC:llä ja iImastoeliitillä massiivinen virhe hiilenkiertomalleissa

Media uutisoi tämän tästä, kuinka ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on taas noussut uuteen ennätyslukemaan. Jos olet pitänyt korvasi auki, niin olet todennäköisesti kuullut, kuinka Petteri Taalas tai joku ilmastotutkija on kertonut, että ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on noussut uuteen ennätykseen ihmiskunnan hiilidioksidipäästöjen seurauksena ja se on todella kaikki ns. antropogeenistä eli fossiilisten polttoaineiden seurauksena syntynyttä. Samaan Taalaksen kertomukseen yleensä liittyy, että tuo antropogeeninen hiilidioksidi säilyy ilmakehässä yli 10 000 vuotta. Tarina kerrotaan vielä sillä tavalla, että juuri tuo antropogeeninen on pahaa hiilidioksidia, koska se ei lähde kulumallakaan pois ilmakehästä, mutta se luonnollinen hiilidioksidi on jotenkin parempaa laatua. Yritän jälleen kerran oikoa näitä ilmastoeliitin tarinoita.

En ole huomannut, että tuota tietoa, että kaikki ilmakehän lisääntynyt hiilidioksidi olisi antropogeenistä CO2:ta, kukaan tutkija olisi julkisuudessa kiistänyt, koska tuntuuhan se ihan uskottavalta, että hiilidioksidiemissioiden syytä sen täytyy olla. Suuri yleisö ei ole koskaan kuullut puhuttavan ilmakehän hiilidioksidin (CO2) permille-arvosta. Hyvin harva edes näistä ilmastoaktivisteista tietää, mikä kumma se permille on. Kerronpa syyn, miksi siitä vaikenevat niin tutkijat ja IPCC. Heillä on luuranko kaapissa ja se on osa tieteellistä ilmastohuijausta. He noudattavat Wittgensteinin oppia, että ”Mistä ei voi puhua, siitä täytyy vaieta” (Wovon man nicht sprechen kann, darüber muss man schweigen).

Kertaan aluksi perusasiat hiilen isotoopeista. Luonnossa esiintyy kolme hiilen isotooppia, jotka ovat 12C, 13C ja 14C. Isotooppi 12C on yleisin ja sitä on n. 98,9 % kaikesta hiilestä. Isotoopissa 13C on yksi ylimääräinen neutroni ja sitä on n. 1,1 % hiilen kokonaismäärästä. Sen määrä kuitenkin muuttuu ilmakehässä ja meressä koko ajan – kiitos ihmisen CO2-emissioiden. Isotooppi 14C on radioaktiivinen. Sitä syntyy luonnossa kosmisen säteily halkaistaessa typpiatomeja. Sen puoliintumisaika on 5730 vuotta ja sitä käytetään hyväksi radiohiiliajoituksessa.

Ilmastonmuutoksen kannalta on mukavaa, että kasvit luonnossa suosivat kevyempää isotooppia 12C. Tämän johdosta kasveissa ja niistä peräisin olevissa fossiilisissa polttoaineissa on erilainen 13C/12C-suhdeluku kuin muualla luonnossa. Tästä on sellainen etu, että antropogeeninen hiili tai hiilidioksidi voidaan tunnistaa tämän suhdeluvun perusteella.

Jotta asia hieman monimutkaistuisi, niin fiksut tutkijat ovat päättäneet, että pelkkä suhdeluku 13C/12C ei kelpaa mittayksiköksi. Tällä tekaistulla mittayksiköllä on monta nimeä, mutta yleisin on permille (merkitään myös 13C). Suhdeluku 13C/12C muutetaan permille-luvuksi seuraavalla kaavalla:

Permille = ((13C/12C) / (13C/12C)standard -1 ))*1000                                (1)

Standardiarvo 13C/12C löytyy eräästä merifossiilista nimeltä Pee Dee Belemnite (PDB) ja sen arvo on erityisen korkea 0,0118. Kokemusperäinen mittaustieto on, että kasvien ja fossiilisten polttoaineiden permille-arvon on -28 ‰ (13C/12C = 0,010922) ja merissä ja ilmakehässä permille arvo oli -6,5 ‰ (13C/12C = 0,01164) vuonna 1750 ja vuonna 1960 permille-arvo ilmakehässä oli -7,0 ‰ (13/12C = 0,01158), kuva 1.
Kuva 1. Ilmastomallien antamia permille-arvoja.

Kuten permille-arvoista näkee, niin kaikki mittausarvot ovat negatiivisia. Ilmakehässä esiintyy sekä fossiilista hiilidioksidia että vanhaa luonnon hiilidioksidia ja sen vuoksi emissioiden kasvaessa ilmakehän permille arvo laskee koko ajan. Kuvassa 2 on kaksi permille-arvokäyrää eli etelänapa ja Mauna Loa. Mauna Loan arvoa pidetään hyvin maapallon keskiarvoa edustavana aivan kuin CO2-pitoisuusmittauksissakin.
Kuva 2. Mitattuja permille-arvoja paikossa Mauna Loa ja etelänapa.

Kuvan 2 permille-arvoista näkee, että niissä on vuosittainen vaihtelu aivan kuten CO2-pitoisuudessakin. Pohjoisen pallonpuolisko kasvukausi näkyy CO2-pitoisuuden kasvuna talviaikana ja koska talviaikaan ilmakehään tulee enemmän fossiilisista polttoaineista olevaa CO2:ta, niin permille-arvo laskee. Syynä on fossiilisen polttoaineen pieni permille-arvo -28‰ ja ilmakehän nykyinen permille-arvo on paljon suurempi eli -8,5‰.

IPCC kirjoittaa vuonna 2013 raportissaan AR5 sivulla 467: ”Noin puolet emissioista jäi ilmakehään 240 PgC (=GtC) ± 10 PgC vuoden 1750 jälkeen”. IPCC viittaa Joos et al. tutkimukseen vuodelta 2013 (Viite 1) päätyessään tähän arvoon 240 antropogeenistä CO2:ta. (Tähän kohtaan välihuomatus IPCC:n toiminnasta. AR5:n aineistovuosi oli vuosi 2011, mutta joillakin IPCC:n kannalta oleellisilla tutkimuksilla on oikotie IPCC:n raporttiin ja joissakin tapauksissa jopa julkaisemattomia tutkimuksia on referoitu.) Koska vuonna 2011 CO2:n kokonaismäärä oli 835 GtC, niin antropogeenisen CO2:n osuus on IPCC:n ja Joos et al.:n mukaan 28,8 % ilmakehässä. Saman tuloksen ilmoittaa myös tutkimus viitteessä 2. Nyt tullaan siihen ydinkysymykseen, että pitääkö tämä arvo kutinsa verrattuna ilmakehän arvoon vuonna 2011, joka oli -8,35 ‰.

Ilmakehän permille-arvo voidaan laskea yksinkertaisella kaavalla, jolla päädytään varsin lähelle oikeaa arvoa ja siihen soveltuu tämä kaava

Permille = ((100- CO2ant) * (-6,5) / 100 + (CO2ant) * (-28)) / 100                        (2)

CO2ant on antrogeenisen CO2:n prosenttiosuus ilmakehässä eli 28,8 – siis IPCC:n mukaan. Tämä laskutapa antaa permille-arvoksi -12,7 ‰. Toinen tapa laskea asia on esitetty kuvassa 3.  Saatu permille-arvo on todella kaukana mitattusta arvosta -8,35 ‰. Yksi kysymys tietysti saattaa herätä, että mistä tiedämme, että ilmakehän ei-antropogeenisen osuuden permille-arvo on nykyisin todella -6,5 ‰. Se onkin yksinkertaistava oletus, ja permille-arvo on muuttunut jonkin verran, jonka lasken omassa hiilenkiertomallissani tarkemmin. Muutos on kuitenkin tapahtunut niin, että kaavan (2) antama permille-arvo olisi vielä pienempi ja virhe sitä kautta vieläkin suurempi, jos käytetään tätä tarkempaa laskentatapaa.

Kuva 3. Permille-arvot laskettuna tarkasti

Toinen kysymys on, että voidaanko permille-arvoja laskea seokselle näin yksinkertaisella kaavalla (2). Kyllä voidaan. Permille-luku ei ole esimerkiksi logaritminen kuten pH, jonka kanssa tilanne ei olisi yhtä yksinkertainen.

Kolmas kysymys saattaa tulla mieleen, että mitä IPCC ja Joos et al. toteavat mallin antamasta permille-arvosta verrattuna todelliseen mitattuun arvoon? Arvatkaas mitä? Kummatkaan tahot eivät totea asiasta yhtään mitään. Virhe on niin ammottava (lue kammottava), että sehän vie pohjan kokonaan tältä mallilta. Kuitenkin se on IPPC:n valinta parhaaksi malliksi hiilidioksidin kierrosta. Antaahan se mahdollisimman ison määrän antropogeenista hiilidioksidia ilmakehään (suuri pelotevaikutus) ja malli vielä osoittaa, että n. 22 % kaikista hiilidioksidiemissioista jää pysyvästi ilmakehään. Taalas vähän yksinkertaistaa, kun hän sanoo, että viipymäaika on yli 10 00 vuotta, mutta se on iskevämpi kuin, että 22 % emissioista jää pysyvästi llmakehään.

Tilanne on sellainen, että IPCC ja ilmastoeliitti on saavuttaneet sellaisen aseman, että heidän tarvitse välittää tällaisista ”pienistä” epäoleellisuuksista. Oma mallini 1-DAOBM antaa täysin oikean antropogeenisen CO₂:n määrän ilmakehässä ja meressä. Ilmakehässä vuonna 2017 antropogeenisen CO2:n osuus oli vain 73 GtC (kuva 6).

Kuva 4. Hiilidioksidin kierto ilmakehän, merten ja kasvillisuuden kesken.

Miksi Joos et al.:n malli antaa näin ison virheen? Syynä näyttää olevan se, että malli ei huomioi merestä tulevaa CO₂-virtausta, kuva 4. Ilmakehän hiilidioksidista vaihtuu vuosittain n. 20-25 %  meren ja kasvillisuuden kesken, koska kokonaishiilenkierto on n. 220 GtC/vuosi. Meriin on siirtynyt merkittävä määrä antropogeenista CO₂:ta, jonka todistaa tehdyt mittaukset, mutta samaan aikaan meristä on siirtynyt ilmakehään melkein sama määrä luonnollista CO2:ta, jonka myös todistaa jatkuvat permille-mittaukset. Lopputulos on, että meri ei ole lainkaan kyllästynyt hiilidioksidin imeytymisen suhteen, kuten Joos et al. väittää. Sen verran kuitenkin asian tueksi, että kuva 5 osoittaa, kuinka hyvin trooppisen meren lämpötilan muutos korreloi ilmakehän CO₂-pitoisuuden muutoksen kanssa. Kylmät merialueet absorboivat ilmakehän hiilidioksidia, kylmät merivirrat kuljettavat sen pinnan allan trooppiselle alueella, jossa meriveden korkeamman lämpötilan johdosta hiilidioksidia vapautuu ilmakehään. CO₂:n imeytyminen ja vapautuminen noudattaa Henryn lakia, joka on käytössä mallissani.

Kuva 5. Trooppisen meren ja hiilidioksidin trendit

 Olen päivittänyt oman hiilenkiertomallini versioon 1-DAOBM-3 (Viite 3). Mallini käsittää 26 yhtälöä ja perustuu fysiikan lakeihin,j joista tärkein on Henryn, joka kuvaa, miten hiilidioksidia siirtyy ilmakehästä merten sekoittumiskerrokseen. Mallin avulla pystyn laskemaan ilmakehässä, merissä ja kasvustossa olevat erilaiset CO₂-määrät (luonnollinen, antropogeeninen ja kokonaismäärä) sekä näiden kolmen osatekijän väliset virtaukset, kuva 6.

Kuva 6. Vuosittaiset virtaukset hiilenkierrossa eri hiilivarastojen välillä

Yksikään referoimistani tutkimusmalleista ei pysty tähän, vaan ne käsittelevät CO₂-määriä ja -virtauksia epäselvästi antropogeenisina määrinä jas sen vuoksi kuvan 6 tarkkuudella olevaa esitystä en ole löytänyt mistään mallista.

Kuva 7. Ilmastomallini 1DAOBM-3 antamat tuloksdet vuodelle 2017.

Kuvasta 7 käy ilmi, että vuonna 2017 ilmakehästä valtamereen absorboituu antropogeenista CO2:ta 7,1 GtC/v ja samaan aikaan valtamerestä ilmakehään tulee 1,1 GtC/v. Tämä johtuu siitä, että valtamerten sekoittumiskerroksessa antropogeenisen CO2:n määrä vähitellen lisääntyy ja sitä alkaa siirtyä myös takaisin ilmakehään. Tämän vuoksi ei voida vedota siihen, että CO2-emissioiden koko on n. 5 % (10/220) hiilenkierrosta, joten ilmakehän CO2-määrän lisäyksestä ihmisen aiheuttamaa on vain 5 %. Se ei pidä paikkaansa ja se on fysikaalisesti väärä peruste. Hiilen kierto on monimutkaisempi asia. Vuonna 2017 antropogeenisen CO2:n osuus ilmakehän kokonaishiilidioksidista oli 8,4 %.

IPCC ja ilmastoeliitti esittää, että vuosittaisesta CO2-emissiosta noin puolet jää ilmakehään ja loput absorboituu valtameriin ja kasvillisuuteen eli hiilinieluihin. Tämä voi kuulostaa perustellulta, koska näin näyttää käyvän vuodesta toiseen keskimäärin. Todellisuus on kuitenkin ihan muuta. Ensinnäkään hiilinieluilla ei ole älykkyyttä eli ne eivät tiedä, kuinka paljon vuosittain ilmakehään tapahtuu CO2-emissioita. Hiilinielut reagoivat vain ilmakehän kokonaismääriin eikä vuosittaisiin lisäyksiin. Ilmakehä on erinomainen sekoittaja ja merien absorboivat CO2:ta varsin tarkkaan siinä suhteessa kuin siellä on antropogeenista ja luonnollista CO2:ta.

Ilmastoeliitin väite tarkoittaa sitä, että vuonna 2017 emissiot olivat noin 10 GtC ja siitä olisi hiilinieluihin mennyt 5 GtC ja hiilinielut olisivat jättäneet kokonaan absorboimatta ilmakehässä selvänä enemmistönä olevaa luonnollista CO2:ta. Fysikaalisesti täysin mahdoton väite. Itse asiassa fysikaalisissa perusteissa ilmastotiede ei ole koskaan todennut näin, mutta asia unohdetaan hiilenkiertomallien toiminnassa.

Teen vielä yhteenvedon kolmesta tutkimuksesta, joista yksi on omani koskien antropogeenisen CO2:n osuutta ilmakehässä. Olen sovittanut kaikki tulokset vuoden 2017 hiilidioksidiemissioihin (GtC), jotta tulokset olisivat mahdollisimman hyvin yhteismitallisia ja suoraan vertailukelpoisia.

Tutkimus             Emissiot               Ilmakehä             Valtameret  Kasvillisuus

IPCC                       443                         269                         174                         0

GCB 2019             443                         255                         161                         0

Ollila                      443                         73                           233                         127

Sekä IPCC että GCB 2019 toteavat selkokielellä, että kaikki ilmakehään kertynyt CO2 sitten vuoden 1750 on antropogeenista. Molempien tutkimusten tarkoitus on osoittaa, miten antropogeeninen CO2 jakautuu kolmen eri maapallon kohteen välillä eli CO2-jakaantumisen pitää olla tasapainossa suhteessa emissioihin. Tosin GCB 2019 toteaa, että epätasapainoa on 30 GtC.

Tutkimuksessani (Viite 3) vertasin kolmen eri hiilenkiertomallin viipymäaikoja keskenään. Oman mallini lisäksi mukana oli Bern2.5CC, joka oli IPCC:n valinta raportissa AR4 ja Joos2013, joka oli viitteen 1 mukainen malli. Kyseinen malli on itse asiassa keskiarvoinen yhteenveto 15 erilaisesta mallista. Tein kolme eri simulaatiota. Kuvassa 8 on skenaario, jossa CO₂-emissioiden kokonaismäärä on yhteensä 1000 GtC, koska nykyiset tunnetut öljy- ja kaasuvarat ovat tuota luokkaa. Kuvan mukaisesti oman mallini CO₂-pitoisuus ilmakehässä pysyy selvästi alhaisemmalla tasolla kuin kaksi verrokkia.

Kuva 8. Hiilidioksidiemissio skenaario1000 GtC tulokset kolmelle mallille.

Viipymäaikoja on helpoin verratta ns. impulssivasteen avulla. Siinä oletetaan, että valittuna vuonna CO₂-emissiot loppuvat kokonaan, ja sitten lasketaan, miten ilmakehän CO₂-pienenee, kuva 9.

Kuva 9. Viipymäajat impulssivasteelle.

Tämä kuva vahvistaa, että oma mallini antaa selvästi lyhyemmän viipymäajan. Edellisen versioni mukainen viipymäaika oli 55 vuotta. Versiossa 3 se on hieman kasvanut. Mallissa on kaksi aikavakiota 12 vuotta ja 150 vuotta. Tämä tarkoittaa sitä, että lyhyellä aikavälillä muutos on suhteellisen nopeaa, mutta sitten se hidastuu loppuvaiheessa.

Ihmiskunta on vahingossa suorittanut yhden täysimittakaavaisen kokeen ilmastolla ja se tapahtui ydinpommikokeiden muodossa , jotka lopettiin vuonna 1964. Kokeissa syntyi radioaktiivista hiilen isotooppia 14C, jonka määrä on laskenut koko ajan ilmakehässä on nyt enää murto-osa alkuperäisestä arvosta, kuva 10.

Kuva 10. Radioaktiivisen hiilen pieneneminen ilmakehässä osoittaa viipymäaikaa 16 vuotta.

Prosessidynamiikan lakien mukaan ns. asettumisaika saavutetaan ajassa, joka on neljä kertaa pitempi kuin viipymäaika eli 14C:n pitoisuus on laskenut 98-prosenttiseen arvoon nollasta ajassa 4*16 = 64 vuotta.

Ilmakehässä oleva kokonaishiilidioksidi ja antropogeeninen hiilidioksidi käyttäytyvät eri tavalla. Kuvassa 8 on esitetty kokonais-CO₂:n trendi. Mallini antama tulos antropogeeniselle CO₂:lle näkyy kuvassa 11. Selitys näille erilaisille käyttäymisille löytyy siitä seikasta, että antropogeenista CO₂:ta ei ollut ennen vuotta 1750 lainkaan hiilenkiertosysteemissä. Sen vuoksi sen poistuminen syvään mereen on paljon nopeampaa kuin kokonaishiilidioksidin. Radioaktiivinen hiilidioksidi on tässä suhteessa täysin samassa tilanteessa.

Kuva 11. Hiilidioksidijakeiden viipymajat impulssivasteelle eri mallien mukaan.

 Tällaisia hiilenkiertomalleja on siis tutkijat tehneet useita. Mallien kohdalla on tärkein kysymys, että onko niiden oikeellisuudesta eli validoinnista minkälaista näyttöä.

Validointi

Oman mallini kohdalla voin esittää neljä erilaista validointitulosta:

1. Merestä mitatun antropogeenisen CO₂:n määrä vuonna 1994 on tutkimusten mukaan ollut 118-140 GtC ja mallini antama tulos on 123 GtC.
2. Maapallon vihertymistä koskevat tutkimukset osoittavat kasvuston määrän lisääntyneen, mutta laskelmat osoittavat suurta hajontaa maksiarvion ollessa 158 GtC, kun mallini antaa arvoksi 127 GtC.
3. Ydinpommikokeiden lopettamisen jälkeen vuonna 1964 syntyi ainut täysimittakaavainen ihmisen tekemä koe ilmastossa. Radioaktiivisen hiilen isotoopin 14C viipymäaika on osoittautunut olevan 16 vuotta eli se on nyt melkein poistunut ilmakehästä lähinnä mereen. Tämä radioaktiivisen hiilen muutos on täydellinen merkkiainekoe ajatellen antropogeenisen CO₂:n käyttäymistä. Mallini antaa täsmälleen saman arvon eli 16 vuotta. Sitäpä kelpaa verrata muiden mallien antamaan arvoon, jossa puhutaan 10 000 vuodesta tai enemmästä.
4. Mallini antaa CO₂-pitoisuuden kehittymiselle korrelaatiokertoimen 0.999 ja standardivirheen 0.79 ppm. Mallini ei käytä hyväksi mitattuja CO₂-pitoisuuksia ilmakehässä, vaan malli laskee pitoisuudet perustuen CO₂-emissioihin.
5. Ilmakehän permille-arvo seuraa mitattuja ilmakehän permille-arvoja erittäin hyvin, kuva 12.

Kuva 12. Antropogeenisen CO₂:n määrän ja permille-arvon kehitys.

Ajatellen kahta verrokkimallia, niin niiden suuri ja massiivinen virhe on antropogeenisen CO₂:n määrä ilmakehässä: vuonna 2017 yhteensä 270 GtC, kun mittausten mukaan se on vain 73 GtC eli sama , jonka oma mallini antaa. Tilanne on sellainen, että IPCC ja ilmastoeliitti on saavuttaneet sellaisen aseman, että heidän ei tarvitse välittää tällaisista ”pienistä” epäoleellisuuksista. Media, poliitikot ja suuri yleisö eivät tästäkään asiasta tiedä mitään.

Viitteet:

Viite 1. Joos, F., Roth, R., Fuglestvedt, J.S., Peters, G.P., Enting, I.G. et al., 2013. Carbon dioxide and climate impulse response functions for the computation of greenhouse gas metrics: a multi-model analysis. Atmos. Chem. Phys. 13: 2793–2825. DOI:10.5194/acp-13-2793-2013.

Viite 2. Friedlingstein, P. et al. Global carbon budget 2019. Earth Syst. Sci. Data, 22,2783-1838,2019.

https://www.earth-syst-sci-data.net/11/1783/2019/

Viite 3. Ollila, A. Analysis of the simulation results of three carbon dioxide (CO₂) cycle models. Ph. Sc. Int. Jl. 23(4), 1-19, 2020. http://www.journalpsij.com/index.php/PSIJ/article/view/30168.