Yleisiä väärinkäsityksiä hiilenkierrosta ja sen viipymäajoista
Faktan tarkistuksia
Viimeisimmässä blogissaan Ollila kirjoitti hiilenkierrosta ja antropogeenisen (ihmisen aiheuttaman) CO2:n ilmakehässä olevasta viipymäajasta. Hänen tulkinnoissaan on pahoja aukkoja ja väärinkäsityksiä!
Ensinnäkin. Hiilenkierron määrittely riippuu eri altaiden (reservien) koosta ja niiden kyvystä kierrättää hiiltä.
Globaali hiilenkierto
Yhtenä esimerkkinä globaalista hiilenkierrosta voisi periaatteessa olla mikä tahansa malli, sillä hiilen suuruusluokat antavat jo suoria viitteitä, miten tuo kierto tapahtuu ja miten suurina määrinä. Ohessa globaali hiilen kiertokulku, jossa esitetään eri hiilivarastot ja niiden koot Gt:na.
(kuva 1)
Toinen kuva kertoo globaalin hiilen kiertokulusta, jossa näkyy eri hiilivarastot ja varastojen välinen vaihto Gt C:tä vuodessa. Fossiilisten polttoaineiden polttovirta on nyt >> 9 Gt C /v.
(kuva 2)
Ilmakehän hiilen viipymäaika
Tarkastellaan ilmakehässä olevan hiilen määrää 750Gt ja jaamme sen sisään- tai ulosvirtausten summalla. Otetaan ulosvirtauksena 100Gt C/v fotosynteesiinä + 90Gt C/v valtameristä, viipymäaika on:
τ = 750Gt / 190Gt /v = 3.9v
Tämä on luonnollisesti hyvin lyhyt viipymäaika, mutta jos otamme tarkasteluun syvän valtameren, viipymäaika on:
τ = 38,000Gt / 106.2Gt/v = 358v
Tuloksena on 358 v, mikä tarkoittaa, että hiiliatomi viettää keskimäärin 358 v kyseisessä säiliössä. Mutta jos ajattelemme valtameriä kokonaisuutena jättäen huomioimatta sisäisen pyörteilyn ja olettaen, että valtameren ja ilmakehän välinen nettovaihto on yleensä hyvin lähellä nollaa, näemme, että sisään on tulossa virtausta jokien kautta 0.6 GtC/v ja sedimenteistä virtausta ulos tuo samainen 0.6 GtC/v (tulivuorien purkaukset ilmakehään). Tässä tapauksessa hiilen viipymäaika olisi:
τ = 38,973Gt/0.6Gt /v = 64955v
Tämä viipymäaika on paljon pidempi kuin ilmakehässä, ja tämä kertoo, että hiilen kierrossa on osia, jotka reagoivat nopeasti, mutta taas toiset reagoivat hyvin hitaasti; eli erittäin hitaat osat yleensä vaimentavat, kuinka nopeasti muut osat voivat muuttua.
Toisin sanoen. Jos yhtäkkiä työnnämme CO2:ta ilmakehään, monet erehdyttävästi olettavat, että ilmakehän lyhyt viipymäaika tarkoittaa, että ylimääräinen CO2 voidaan poistaa erittäin nopeasti. Mutta totuus on se, että nämä säiliöt ovat yhteydessä toisiinsa, joten käy ilmi, että valtameren on palattava vakaaseen tilaan ennen kuin ilmakehä voi palata vastaavaan tilaan.
Joten Ollilan väitteistä on vedettävä johtopäätös; jos emissiot loppuisivat kokonaan, kokonais CO2 -taso palautuisi vuoden 1750 tasolle n. 220:ssa vuodessa, tai että ilmakehässä oleva antropogeeninen CO2:n määrä joka Ollilan arvioissa on n. 70 GtC:tä (?) poistuisi n. 65 vuodessa, että ne ovat virheellisiä arvioita!
Lisätään tähän blogiin myös hiilenkiertomalleista Naturen portfolio, vuodelta 2023:
Niin, mikäs se Sinivirran mukamas oikea viipymä aika sitten on?
Jäämmekö jälleen ilman vastausta!
Ilmoita asiaton viesti
Näitähän voi pyöritellä ja valikoida sieltä mieleisiään hiilen kierron haaroja.
Joka tapauksessa varsin merkittävältä näyttää pintamerivedestä syvään meriveteen menevä virtaus, 96,2 Gtn. Merkittävyyttä tällä on kahdesta syystä: sen suuruus on 10% luokkaa hyvinsekoittuneen pintameriveden hiilidioksidista ja toisekseen siksi, että tuo syvän meriveden kierto on joka tapauksessa satoja, ellei yli tuhat vuotta. Siis sinne joutunut antropogeeninen hiili on pääosin poissa näkyvistä. Kumpuava hiilidioksidi on vanhaa kamaa.
Tämä nielu siis vetää antropogeenista hiiltä pois näkyvistä gigatonneina karkeasti sen, mitä pintavedessä on antropgeenisen hiilen osuus. Ristiriita toki syntyy siitä, jos tuo antropogeenisen hiilen osuus olisi 30% pintavedestä (Ollilan artikkelista), niin poistuma olisi massana suurempi kuin savupiipuista tuleva massa. Osaselitys tälle voisi olla se, ettei kaikki hiilivirta mene niihin pohjavirtauksiin, vaan kiertää nopesempaan ylös.
Ilmoita asiaton viesti
Niin, hiilenkierrosta ja viipymäajoista sen verran, ettei ole hyvä paaluttaa mitään kovin eksakteja arvoja, sillä aihe ei ole niitä helpoimpia ratkaista. Mutta suuntaa antavia arvioita voidaan tehdä ja kuten IPCC:n raporteista voidaan todeta, viipymäajat voivat olla tuhansia vuosia.
Eikä ole myöskään syytä olettaa, että IPCC:n hiilenkierto on täynnä virheitä ja ristiriitaisuuksia. Eli IPCC:n mukaan antropogeenisen CO2:n viipymäaika ilmakehässä voi tosiaankin olla tuhansia vuosia ja osasta ei päästä koskaan eroon, on kyllä hyvin todennäköistä.
Ilmoita asiaton viesti
Ihmisen osuus on niin häviävän pieni, että se menee virhemarginaaliin jo miltei, jotenka mitä ihmettä täällä taas tapahtuu?
Ilmoita asiaton viesti
Puhuisit edes metaanista tai muusta kuin CO2 päästöistä. Metaanin osalta ihmisellä on paljon suurempi suhteellinen vaikutus.
CO2 on jo todettu olevan yhdentekevä ihmisen vaikutuksena. Suur-hiukkas päästöt tosin saattavat nopeuttaa jäätiköiden sulamista, mutta se on taas aivan eri asia kuin CO2 päästöt.
Ilmoita asiaton viesti
Kaaviokuvasta puuttuu yksi oleellinen virtaus (virtaukset) eli Surface Oceans ja Deep Ocean välinen vertikaalinen vesien vaihto.
Pohjois Atlantin vesien viipymäaika on n. 300 vuotta syvyydelle > 1000 m.
Pohjois Atlantilta lähtevät kylmät pohjavedet nousevat pintaan Antarktiksella, joten matkaan menee varmasti satoja vuosia. Joskus olen nähnyt luvun 1600 vuotta.
La Nina jaksot tapahtuvat useita kertoja sadan vuoden aikana.
Prosessi on hidas, mutta ei kymmeniätuhansia vuosia.
https://en.wikipedia.org/wiki/Upwelling
Ilmoita asiaton viesti
Hernesniemelle. Ehdit kommentoida ensin. Sinivirran hiilenkierto on täysin virheellinen. Ensin tämä yksinkertaistus, että on säiliö, jonka läpi CO2 virtaa. Hiilen kierron oleelliset elementit ovat kolme erillistä säiliötä, joiden välillä CO2 virtaa sisään ja ulos. Meressä on sekoittumiskerros, jossa on suurin piirtein saman verran CO2.ta kuin ilmakehässä, ja vain siitä
osasta tulee CO2:ta takaisin ilmakehään. Sekoittumiskerroksesta CO2 kulkeutuu valtameren syvään osaan omien kiertojensa kautta.
Sitten Sinivirta ottaa mukaan sedimentitkin, jolloin puhutaan jo miljoonien ja miljardien vuosien viipeistä.
Eihän noissa malleissa ja esityksissä ole juuri mitään logiikkaa, kun kirjoittaja ei selvästikään tunne edes perusasioita, mutta Sinivirralla onkin muut syyt esityksilleen.
Ilmoita asiaton viesti
Ensinnäkin. Tuo hiilenkiertomalli ei ole Sinivirran ja toiseksi, on oikeastaan yhdentekevää, mitä hiilenkiertomallia käyttää, sillä hiilen reservien arvot ovat suuruusluokaltaan suhteellisen samat. Hiilenkiertomalleja on periaatteessa myös yhtä monta, kuin on niiden esittäjiä.
On täysin väärin tulkita, että ilmakehässä olevan antropogeenisen CO2:n viipymäaika olisi vain ~65 vuotta, se on myös hyvin yksinkertaisella matematiikalla todennettavissa.
Mitä hiilenkiertomallien perusasioihin ja periaatteisiin tulee, sedimenttivirtaukset (tulivuorien purkausten kautta ilmakehään) ja joet ovat oleellinen osa hiilenkiertoa.
Kun eläimet kuolevat, ne hajoavat ja niiden jäännökset muuttuvat sedimentiksi, mikä vangitsee varastoidun hiilen kerroksiin, jotka lopulta muuttuvat kiviksi tai mineraaleiksi.
Osa tästä sedimentistä saattaa muodostaa fossiilisia polttoaineita, kuten hiiltä, öljyä tai maakaasua, jotka vapauttavat hiiltä takaisin ilmakehään.
Joten alleviivaan IPCC:n tulkinnan viipymäajoista, jotka voivat olla jopa tuhansia vuosia.
Eli se jälleen siitä logiikasta.
Ohessa vielä hiilenkiertomalleista Naturen portfoliossa:
https://www.nature.com/subjects/carbon-cycle
Ilmoita asiaton viesti
On useimmiten löydettävissä yksinkertainen kaava luonnon ilmiöihin perustuen tehtyihin mittauksiin. Esitän tässä tällaisen empiirisen laskentakaavan.
Otan tarkastelujaksoksi 50 vuoden aikavälin 1970-2019, jolta ajalta on varsin tarkat mittaustiedot olemassa. Ilmakehän CO2-määrä on kasvanut arvosta 234 ,7 GtC arvoon 280,6 GtC eli 45,9 GtC. Samaan aikaan fossiiliset kumulatiiviset CO2-emissiot ovat nousseet arvosta 148,5 GtC arvoon 494,6 GtC eli lisäys on ollut 346,1 GtC. Tämä tarkoittaa, että fossiilisista emissioista on jäänyt ilmakehään keskimäärin 54,5 % tuona ajanjaksona.
Hiilenkierto ei reagoi suoraan ilmakehään tulleisiin CO2-emissioihin, vaan se reagoi vain ilmakehässä olevaan kulloiseenkin CO2-määrään. Eihän luonto voi tietää emissioiden määrää, mutta se tuntee niiden vaikutuksen siitä, kasvaako ilmakehän CO2-määrä vai väheneekö se.
Jos oletetaan, että fossiiliset emissiot putoaisivat nykytasosta noin 10 GtC nollaan, niin paljonko seuraavan vuonna ilmakehän CO2-määrä pienenisi? Tämän empiirisen tiedon mukaan se pienenisi 5,45 GtC, jonka suhde vuoden 2020 ilmakehän ylimääräiseen CO2-määrään 286,1 GtC on 5,45/286,1 = 0,0191. Näin meillä on empiirinen kaava, millä vauhdilla ilmakehän CO2-määrä pienenee vuosittain
CO2(n) = CO2(n-1) – 0,0191 * CO2(n-1),
Jossa n tarkoittaa nykyistä vuotta ja n-1 tarkoittaa edellistä vuotta. Tämä on yksinkertaista, mutta joskus luonto on yksinkertaista.
Tällä yksinkertaisella kaavalla laskien, jos emissiot olisivat menneet nollaan vuonna 2020, niin vuonna 2235 ilmakehän ylimääräinen CO2-määrä sitten vuoden 1750 olisi pudonnut arvoon 4,88 GtC. Asettumisarvo on 98,3 % muutoksesta 286,1 GtC eli teoreettinen asettumisarvo olisi 4,86 GtC. Näin laskien asettumisajaksi tulee 215 vuotta eli viipymäaika olisi 215/4 = 54 vuotta. Oma fysikaalisiin yhtälöihin (yli 40 yhtälöä) perustuva malli antaa 55 vuotta. Ei paha.
Arvelen, että blogisti rakastaa tätä kommenttia, koska siinä on ainakin yksi kaava. Tosin sen heikkous on, että se ei ole teoreettinen vaan empiirinen.
Ilmoita asiaton viesti
Siitäkin huolimatta, vaikka tuo laskentatapa perustuu havaintoihin (?) aikavälillä 2019 – 1970 = 49 vuotta, harvoin luonto kuitenkin käyttäytyy lineaarisesti (ilmakehän CO2 ei myöskään lisäänny täysin lineaarisesti). Joten tuo kaavasi kaipaa epälineaarisia termejä, joten se ei täysin pidä paikkansa.
Toisaalta kun ilmakehässä kiertää hiilen eri reserveistä hiiltä, mihin on sekoittunut sekä antropogeenista, että luonnollista hiiltä erilaisilla muutosnopeuksilla ja pitoisuuksilla, siitä vääjäämättä syntyy erimittaisia viipymäaikoja eri reservien välillä.
Joten oikea tapa ilmakehän antropogeenisen CO2:n viipymäajan laskemiseksi, olisi lähinnä erilaisiin massa-sovituksiin perustuva tapa, kuten esim. tämä, joka vaatii myös differentiaaliyhtälöiden ratkaisuja:
https://www.mdpi.com/1099-4300/25/2/384
Ilmoita asiaton viesti
Tuo empiirinen kaava sisältää kaikenlaiset CO2-jakeet ja siksi kutsun sitä yleensä nimellä totaali CO2.
Ilmoita asiaton viesti
Kun differentioidaan ja kun puhutaan viipymäajasta, siinähän on kysymys ilmakehän CO2:n massan lisääntyvyyden hidastumisen muutosnpeudesta, ei niinkään totaali CO2:sta.
Ilmoita asiaton viesti
Onko blogisti Sinivirralla vaikeuksia ymmärtää luekemaansa:
”50 vuoden aikavälin 1970-2019”
Kun alkaa laskemaan väärin vuosia:
”2019 – 1970 = 49 vuotta”
Eihän kokonaisia kalenterivuosia noin lasketa. Jos tarkasteluaika olisi vuodet 2021 ja 2022, niin montako vuotta niitä nyt onkaan?
Tosin otsikossa puhutaan väärinkäsityksistä, että ehkä…
Ilmoita asiaton viesti
Minusta taas vaikuttaa siltä, että Jääskeläinen tekee kärpäsestä härkästä. Olet tainnut ottaa yhden kupin liikaa, vai mitä 😉.
Ilmoita asiaton viesti
Ihmettelimpähän vaan, pikku ”kärpänen” kokonaisuudessa toki, tästä pääsemme yksimielisyyteen.
Minulla ei muutoin ole havaintoa, että laskutaitoni paranisi kupittelulla, mistähän moinen uskomus on voinut blogistille syntyäkään?
Ilmoita asiaton viesti
En tietenkään varmuudella osaa sanoa, mutta jos lukee blogisi esittelyä, siellä lukee näin:
”Ajoittain raitis ja rehellinen vähemmistöön kuuluva eläkkeellä oleva vanhus ja informaatiovaikuttaja.”
😉
Ilmoita asiaton viesti
Näin se on. Kun Sinivirta joutuu oikeasti laskemaan, niin menee vituralleen.
Ilmoita asiaton viesti
Voitte konkeloida miten haluatte, mutta tämä on se oikea laskentatapa.
https://puheenvuoro.uusisuomi.fi/hannusinivirta/hiilenkierrosta-ja-sen-viipymaajoista/#comment-3886805
Ilmoita asiaton viesti