Antroposeeni – palaamista perusasioiden äärelle osa 1. (kertausta)

Antroposeeni – palaamista perusasioiden äärelle osa 1. (kertausta)

Toistaiseksi antroposeeni on vielä vakiintumaton termi, joka joidenkin tieteilijöiden mukaan olisi holoseenin jälkeinen epookki, joka alkoi teollistumisen myötä 1800 -luvun puolivälistä. 

Ensimmäisenä antroposeeni-termin toi esille amerikkalainen biologi Eugene Stoermer jo 1980-luvulla, mutta Nobel-palkittu kemisti Paul J. Crutzen teki käsitteen yleisesti tunnetuksi vuonna 2000. Antroposeeni-termin kannattajat ovat esittäneet vuonna 2011, että uudelle geologiselle epookille on tarvetta, koska ihmisen toiminta on muuttanut luontoa niin monin tavoin ja osa muutoksista on geologian keinoin havaittavissa.

Joka tapauksessa, kun tarkastelee lämpötila-muutosta maapallon kehityshistorian ajalta, voi tehdä selvän havainnon. Kambrikauden alusta lähtien, lämpötila on vaihdellut ajan funktiona n. +14°C ja -6°C välillä. Viimeisin jääkausi eli pleistoseeni alkoi n. 1 milj. vuotta sitten ja päättyi n. 20000 vuotta sitten. Viimeisimmän geologisen epookin eli holoseenin aikana, maapallon lämpötila on asettunut lähelle nollaa (~ 0°C ±) ja lopulta päätynyt antroposeeniin.

Alla linkki: Paleoklimatologinen rekonstruktio

https://fi.wikipedia.org/wiki/Paleoklimatologia#/media/Tiedosto:All_palaeotemps.png

Mutta minkälaista analyysia tästä voisi tehdä? 

Ainakin sen, että maapallon kehityshistoria aina 500 miljoonan vuoden kuluessa, on seurausta sen omista geologisista syntymekanismeista, -auringon vaikutuksesta, -hydrologisesta kierrosta, -hiilen kierrosta,  -ratamuutoksista Auringon ympäri jne, kunnes muutokset ovat vähitellen asettuneet nykyhetkeen. 

On myös luonnollista, että muutokset tulevat jatkumaan myös tulevaisuudessa, mutta mitkä ovat ne tekijät, jotka vaikuttavat nykyhetkessä?

Luonnon dynamiikkaa hallitsee kolme päätekijää:

  1. Aurinko
  2. Hydrologinen kierto (veden kierto), sekä
  3. Hiilen kierto (luonnollinen kasvihuoneilmiö / kasvihuonekaasut)

Auringon aktiivisuutta voi seurata reaaliaikaisesti esim. Metsähovin radiotutkimusasemalta tai vaikkapa SpaceWeatherLive:stä.

Alla linkit: Metsähovin radiotutkimusasema ja SpaceWeatherLive

http://www.metsahovi.fi/sun/data/

https://www.spaceweatherlive.com

https://www.spaceweatherlive.com/en/news/view/400/20191210-official-solar-cycle-25-forecast-update

Hydrologinen kierto eli veden kiertokulku kuvaa veden olomuodon muutoksia nesteestä vesihöyryksi (pilviksi) ja jääksi tai päinvastoin. Veden kiertokulku on keskimäärin vakio jos oletetaan, että myös Auringon keskimääräinen säteilyenergia jollakin aika-välillä pysyy vakiona.

Hiilen kierrosta tuskin tarvitsee sen enempää mainita kuin sen, että jos hiili ei kiertäisi ja siitä muodostuneita luonnollisia kasvihuonekaasuja ei olisi, eläisimme n. -18°C pakkasessa eli pakastimessa. Mutta kasvihuonekaasujen ansioista tuo lämpötila onkin +14°C. Luonnollisen kasvihuoneilmiön takia saamme näin nauttia keskimäärin yli +30°C korkeammasta lämpötilasta kuin ilman sitä. Luonnollista kasvihuoneilmiötä hallitsee paitsi hiilen kierto ja kasvihuonekaasut, myös Aurinko. Voidaankin sanoa, että luonnollinen hiilen kierto ja kasvihuonekaasujen vaikutus pysyy jollakin aika-välillä vakiona, sillä luonnossa hiilen ja kasvihuonekaasujen osuudet ovat jakautuneet niissä olosuhteissa, missä antroposeenin vaikutusta ei vielä ole ollut.

Antroposeeni

Antroposeeni eli ihmisen toiminta (fossiilienergia) vaikuttaa ilmastoon maanpinnan ja ilmakehän välillä lähinnä kasvihuonekaasujen kuten CO2, CH4, ja N2O vaikutuksena, sekä veden kierron muutoksiin ts. antroposeeni muuttaa luonnollista kasvihuoneilmiötä. Vaikka Aurinko on kaiken energian lähde, se ei poista antroposeenin vaikutusta. 

Fossiilienergiaa on käytetty 1800 -luvun puolivälistä, joka esim. CO2 -emissioksi muunnettuna on n. 35 miljardia tonnia / vuosi. Eksaktilla määrällä ei sinänsä ole merkitystä. Mutta kun sitä verrataan vulkaaniseen toimintaan, vastaavana aikana purkaukset ovat tuottaneet emissioina vähemmän kuin 1 miljardia tonnia / vuosi. Antropogeeniset emissiot ovat siis olleet vähintään 35 kertaiset vulkaanisiin emissiohin verrattuna. Joidenkin tilastojen mukaan jopa 60 kertaiset. Muihin CO2 -lähteisiin kuten merenalaisiin purkauksiin on myös viitteitä, mutta ilmakehästä tehdyt reaaliaikaiset mittaukset ovat osoittaneet, että purkaukset eivät voi tuottaa lähes lineaarista kasvavaa muutosta, missä näkyy globaali vuotuinen vihertyminen ja maatuminen.

Alla linkit: NOAA 

https://www.climate.gov/news-features/climate-qa/which-emits-more-carbon-dioxide-volcanoes-or-human-activities

https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/

Alla kattava linkki kasvihuonekaasujen emissioista ja niiden vaikutuksista, sekä tulevaisuuden skenaarioita: University of Oxford

https://ourworldindata.org/co2-and-other-greenhouse-gas-emissions

Luonnon dynamiikka

Luonto ja sen dynamiikka puolestaan pyrkii vastaamaan antroposeeniin. Tätä luonnollista dynamiikkaa voisi kutsua erilaisten takaisinkytkentöjen (±) osa-summaksi, joista jokainen eri-suuri osa-summa muuttuu ja vaikuttaa kokonaissummaan, eli dynamiikka pyrkii lähestymään arvoa 100%. Jokapäiväisessä elämässä kohtaa tilanteita, missä energia muuttaa muotoaan ja ei koskaan häviä mihinkään. Kokonaisenergia pysyy siis muuttumattomana.

Miten sitten luonnon dynamiikka vastaa antroposeeniin?

Hydrologinen kierto vs. antroposeeni

Hydrologinen kierto on osa luonnollista kiertoa mihin ensisijaisesti vaikuttaa Aurinko, jolloin jollakin aika-välillä veden määrä eri olomuodoissaan pysyy keskimäärin vakiona sillä oletuksella, että Auringon säteilyenergia pysyy vastaavana aikana myös keskimäärin vakiona. Toinen tekijä joka vaikuttaa luonnolliseen hydrologiseen kiertoon on anroposeenin tuottamat kasvihuonekaasut.

Jos edelleen oletetaan, että Auringon säteilyenergia pysyy keskimäärin vakiona, mutta antroposeenin tuottamat kasvihuonekaasut lisääntyvät, silloin ilmakehän lämpötila nousee. Koska hydrologinen kierto on riippuvainen ilmakehän lämpötilasta, vesihöyryn osuus veden kokonaismäärästä lisääntyy, joka edelleen nostaa ilmakehän lämpötilaa. Tällöin syntyy vesihöyryn positiivinen palauteilmö. Jos taas vastaavasti antroposeenin tuottamat kasvihuonekaasut vähenevät, ilmakehän lämpötila laskee ja vesihöyryn määrä vähenee. Tällöin syntyy vesihöyryn negatiivinen palauteilmiö.

Hiilen kierto vs. antroposeeni

Kuten aiemmin mainitsin, fossiilienergiaa on käytetty 1800 -luvun puolivälistä, joka esim. CO2 -emissioksi muunnettuna on n. 35 miljardia tonnia / vuosi. Kun sitä verrataan vulkaaniseen toimintaan, vastaavana aikana purkaukset ovat tuottaneet emissioina vähemmän kuin 1 miljardia tonnia / vuosi.

Mihin tämä määrä sitten päätyy muualle kuin ilmakehään, -kasvillisuuteen, -meriin ja sieltä sedimentteihin, sekä osa takaisin maaperään. Eli kun maaperässä oleva hiilen varanto vähenee, sama määrä jakautuu eri tavalla koko ekosysteemiin (aineen häviämättömyyden laki). 

On kuitenkin huomioitava, kun maaperää on jo kerran muokattu, hiili ei enää palaudu sellaisenaan takaisin luonnolliseen kiertoon eli hiilinieluihin, jollei maaperää elvytetä niin, että hiilenkierto saadaan tasapainoon vähentyneen hiilinielun seurauksena. 

Näin ollen, osa hiilestä tai tässä tapauksessa CO2:sta (palamisen tuotteena) jää ilmakehään. Siitä on osoituksena prof. Charles Keelingin & prof. Ralph Keelingin suorittamat reaaliaikaiset mittaukset.

Alla linkki: Keeling käyrä

https://scripps.ucsd.edu/programs/keelingcurve/wp-content/plugins/sio-bluemoon/graphs/mlo_full_record.png

1.2°C vs. antroposeeni

Jos palataan linkkiin: University of Oxford, kohtaan ’Temperature increase’.

https://ourworldindata.org/co2-and-other-greenhouse-gas-emissions

Lämpötila-käyrästä voi todeta, että globaali lämpötila on mediaanin mukaan noussut vuodesta 1850 vuoteen 2018 n. 1.2°C. Miten tämä lämpötila sitten muutetaan teholliseksi arvoksi W/m2.

Auringon tulevasta energiasta n. 30% heijastuu takaisin avaruuteen ja loput n. 70% imeytyy maahan (~ 340W/m2 – ~ 100W/m2 = 240W/m2). Ilmakehässä oleva luonnollinen kasvihuoneilmiö (veden- ja hiilen kierto) pitävät maapallon lämpötilan keskimäärin +14°C [-18°C] + [14°C] = 32°C.

Lukuarvosta 240W/m2, -joka saapuu maahan, voidaan laskea termodynaamisen ”mustan kappaleen” emittoiman säteilyn intensiteettipinta-alayksikköä kohti seuraavasti:

F = σ T4

Missä σ = Stefan-Bolzmann vakio (5.67 x 10-8 W/m2 K -4) ja T = Lämpötila Kelvin-asteina (0K = -273°C).

Maapallon pintaa voidaan varsin hyvällä tarkkuudella pitää tällaisena mustana kappaleena. Jos maapallolla ei olisi kasvihuoneilmiötä, pinnan lämpösäteily pääsisi suoraan avaruuteen. 

Avaruuteen on myös poistuttava yhtä paljon lämpösäteilyä kuin auringonsäteilyä maapallolle absorboituu, eli tuo 240W/m2.

Ratkaistaan maapallon pintalämpötila:

F = σ T4 = 240W/m2 => 4√ [240W/m2] / [5.67 x 10-8 W/m2 K -4] = 255K ≈ -18°C

Havaittu keskilämpötila maapallon pinnalla on kuitenkin n. +14°C. Tämä runsas n. 32°C lämpötilaero johtuu ilmakehän aiheuttamasta kasvihuoneilmiöstä.

Entä sitten antroposeenin aiheuttama n. +1.2°C muunnettuna W/m2:ksi vuodesta 1850 näihin päiviin:

4√ xW/m2 / σ = 256.2K => xW/m2 / σ = 256.24K => xW/m2 = σ 256.24K = 244.3W/m2.

244.3W/m2 – 240W/m2 = 4.3W/m2 (n. 1.2°C)

Korvaavia energialähteitä

Itse asiassa, se on vain ajan kysymys, milloin fossiili-energiasta tullaan luopumaan kokonaan. Nyt on jo olemassa orastavia hankkeita uusiutuvista energialähteistä ja erilaisista energia-sieppareista. On myös hyvä muistaa, että kyseessä on tieteen tukeminen näissä hankkeissa, eikä sovi unohtaa kansainvälistä taloutta ja energiapolitiikkaa.

HannuSinivirta

Työura: (el. vanh. tut. / 2016) FMI / avaruusteknologia ja havaintopalvelut 1990 - 2016 (26v). Eflab Oy - Labsystems Oy / lääketieteellinen teknologia / tutkimus ja tuotekehitys 1980 - 1990v (10v). Nokia Oy / atomivoimalaitostekniikka ja militaaritekniikka 1975 - 1980 (5v). Planar Ky / tietoliikennetekniikka / tutkimus ja tuotekehitys 1968 - 1975 (7v). Kantavia voimia mm. Albert Einsteinin 10 kenttäyhtälöä.

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu