Drivhuseffekten
Solens stråler varmer Jorden op, men ikke i sig selv nok til at gøre den beboelig, for varmen stråler tilbage ud i rummet.
Drivhusgasser fanger noget af varmestrålingen, og gør Jordens overflade varmere og beboelig – det som hedder drivhuseffekten. Uden drivhuseffekten ville der være meget koldere på Jorden.
Menneskeskabt udledning giver ekstra drivhusgasser i atmosfæren. Det skaber en ubalance og får temperaturen til at stige. Dette kaldes global opvarmning.
Drivhuseffekten er Jordens varmetæppe
Drivhuseffekten betegner atmosfærens evne til at lade solens varmende stråler passere gennem atmosfæren og nå jordens overflade, samtidig med at en del af varmen fra jorden forhindres i at slippe ud af atmosfæren.
Drivhuseffekten skabes af atmosfærens indhold af drivhusgasser såsom vanddamp (H2O), kuldioxid (CO2), metan (CH4) og lattergas (N2O). Disse gasser virker som en dyne, der holder varmen inde, hvilket resulterer i en opvarmning af jordens overflade.
Uden den naturlige drivhuseffekt ville Jorden være tæt på ubeboelig med en gennemsnitstemperatur på -18 °C i stedet for de nuværende +15 °C. Uden drivhuseffekten ville temperaturforskellen mellem dag og nat desuden være enorm.
Drivhusgasser
Drivhusgasser er en fællesbetegnelse for en række luftarter i Jordens atmosfære, der har den egenskab til fælles, at de tillader kortbølgede stråler fra solen at passere igennem sig, samtidig med at de optager og tilbageholder en del af den langbølgede infrarøde udstråling (varme) fra Jorden.
De væsentligste drivhusgasser er vanddamp (H₂O), kuldioxid (CO₂), metan (CH₄) og lattergas (N2O), men der findes også andre drivhusgasser såsom ozon (O3) og CFC-gasser (klor-fluor-kulstof-gasser).
Drivhusgasserne har en stor indflydelse på Jordens energibalance, selvom de kun udgør en meget lille del af gasserne i atmosfæren.
Atmosfæren består hovedsageligt af kvælstof (N2), der udgør 78%, og ilt (O2), som udgør 21 %. Til sammenligning udgør CO2 kun lidt over 400 milliontedele af atmosfæren (0,04 %), og de øvrige drivhusgasser er endnu sjældnere.
Alligevel resulterer stigende mængder af drivhusgasser i atmosfæren i en øget drivhuseffekt og dermed i en opvarmning af jordoverfladen. Den stigende mængde drivhusgasser i atmosfæren har allerede opvarmet kloden med mere end 1 °C i gennemsnit.
Jordens energibalance – flere detaljer om drivhuseffekten
Jorden modtager energi fra Solen i form af kortbølget elektromagnetisk stråling – i gennemsnit cirka 340 watt per kvadratmeter.
Når solindstrålingen passerer gennem atmosfæren, reflekteres noget af den tilbage ud i rummet, f.eks. når den rammer skyer, eller absorberes i atmosfæren. Resten af strålerne der når overfladen, hvor de enten reflekteres eller absorberes og opvarmer overfladen.
Hvor meget af solindstrålingen, der reflekteres, afhænger af overfladens refleksionsevne, det som hedder albedo. Lyse overflader som f.eks. sne har en høj albedo og reflekterer op til 90 procent af indstrålingen tilbage ud i atmosfæren, mens mørkere overflader på hav og landjord absorberer en større del af indstrålingen.
Samlet set reflekteres ca. 30 % af den samlede solindstråling, mens 20 % optages af atmosfæren, og de resterende 50 % absorberes af landoverfladen og i havet.
Den energi, der absorberes ved overfladen, returneres til atmosfæren ved varmeledning (sensibel varme), fordampning (latent varme) og varmestråling (infrarød stråling).
Størstedelen af den infrarøde udstråling fra Jorden bliver optaget i atmosfæren af drivhusgasser og skyer, som dermed forhindrer en stor del af varmen i at undslippe atmosfæren.
Forholdet mellem den indkommende energi fra Solen og den udgående energi til verdensrummet ved toppen af atmosfæren beskriver, om klimasystemet er i balance.
Hvis den udgående energi fra toppen af atmosfæren er lige så stor som den indkommende energi fra solen, er klimasystemet i balance. Er den udgående energi derimod mindre end den indkomne energi fra solen, er der ubalance i systemet, som vil medføre global opvarmning.
Menneskers aktiviteter forandrer energibalancen
Udledningen af drivhusgasser fra menneskers aktiviteter har siden industrialiseringen givet en øget mængde drivhusgasser i atmosfæren. Det forstærker den naturlige drivhuseffekt, forandrer energibalancen og medfører opvarmning af jordoverfladen og atmosfæren.
I et klima i balance vil forskellen mellem indkommende og udgående energi ved toppen af atmosfæren være nul. Men på grund af den forstærkede drivhuseffekt er denne forskel nu positiv.
Den gennemsnitlige opvarmning af klimasystemet var 0,79 watt per kvadratmeter (i perioden 2006-2018). Den overskydende energi går hovedsageligt til opvarmning af havene (91 %), mens 1 % går til opvarmning af atmosfæren, 5 % til opvarmning af landjorden og 3 % til at smelte is og sne.
Opvarmningen af klimasystemet fortsætter så længe der kommer mere energi ind fra solen end den varmestråling, som Jorden udsender til verdensrummet fra toppen af atmosfæren. En gradvist varmere overflade udsender gradvist mere varmestråling, og til sidst ender energiregnskabet med en ny balance – men med et varmere klimasystem. Balance vil først indfinde sig, når overfladen bliver så varm, at der selv med de ekstra drivhusgasser i atmosfæren, undslipper den samme mængde varmestråling fra toppen af atmosfæren som den indkommende solstråling.
De væsentligste drivhusgasser
De forskellige drivhusgasser påvirker ikke opvarmningen af Jorden ens – effekten afhænger af deres levetid i atmosfæren og af deres opvarmningspotentiale.
Gasserne kan forblive i atmosfæren i forskellige tidsrum, fra få år til tusindvis af år. Hvor længe drivhusgassen er i atmosfæren, afgør, hvor længe den giver en opvarmende effekt på klimaet.
Drivhusgassens opvarmningspotentiale beskriver hvor effektiv gassen er til at absorbere varmestråling i atmosfæren. Dette potentiale giver sammen med levetiden et mål for hvor meget gassen påvirker klimaet. Det angives oftest i CO2-ækvivalenter. Betegnelsen er en standard for gassernes drivhuseffekt og, som navnet antyder, set i forhold til effekten af CO2. Fællesnævneren gør det muligt at sammenligne deres opvarmningspotentiale. Ofte vurderer man opvarmningspotentialet over 100 år.
Kuldioxid (CO₂)
Kulstof indgår i et naturligt kulstofkredsløb på Jorden og findes primært i atmosfæren som kuldioxid (CO₂) og metan (CH4).
Selvom de menneskeskabte CO2-udledninger er små i forhold til naturens kulstofkredsløb, har de stor effekt.
CO₂-udledning udgør nemlig det største bidrag til den menneskeskabte globale opvarmning. CO₂-udledninger alene har medført en global temperaturstigning på ca. 0,75 °C fra perioden 1850-1900 til 2010-2019. Koncentrationen af CO₂ i atmosfæren er steget fra omkring 320 milliontedele (ppm) i begyndelsen af 60’erne til 420 ppm i begyndelsen af 2020’erne. Før den industrielle revolution, og dermed før væsentlige menneskeskabte udledninger, var koncentrationen omkring 280 ppm.
Billedtekst: Koncentrationen af CO₂ i atmosfæren i ppm (parts per million) observeret på Mauna Loa Observatory (Hawaii) fra 1958 til 2024. Se den nyeste version på NOAA’s hjemmeside: Global Monitoring Laboratory - Carbon Cycle Greenhouse Gases (noaa.gov)
Menneskeskabt udledning af CO₂ til atmosfæren skyldes især afbrænding af fossile brændstoffer. Fossile brændstoffer står for ca. 80 % af den totale udledning. Den næststørste kilde skyldes ændringer i hvordan vi bruger landarealer. Når skov rejses eller fældes, byer etableres eller landbrugsarealer ændres, så påvirker det også udledning og optag af CO2. Samlet bidrager den type ændringer med ca. 15 % til den totale CO₂-udledning, særligt gennem afskovning (træfældning og skovbrande). CO₂ udledes også som følge af visse kemiske processer – særligt cementproduktion, der står for omkring 4 % af den globale udledning.
Naturlige kilder til CO₂-udledning tæller respiration fra dyr og planter, nedbrydning af organisk materiale, afgasning fra havet samt vulkanudbrud. I et balanceret kulstofkredsløb opvejes disse udledninger af kulstofoptag i biosfæren, havet og det geologiske kulstofkredsløb. Derfor har CO₂-indholdet i atmosfæren været relativt stabilt de seneste 10.000 år (Holocæn-perioden), men er steget drastisk siden den industrielle revolution på grund af menneskeskabt udledning.
CO₂ har ingen entydig levetid, fordi den fjernes gennem flere processer i atmosfæren, oceanerne og biosfæren, der foregår over meget forskellige tidsskalaer. En del optages hurtigt af planter og havoverfladen i løbet af årtier, mens en stor del først forsvinder over flere århundreder gennem langsommere udveksling med dybhavet og jordoverfladen. En rest kan dog blive i atmosfæren i mange tusinde år, hvilket gør CO₂ til et næsten permanent klimadrivhusgas på menneskelige tidsskalaer.
Metan (CH₄)
Drivhusgassen metan (CH₄) findes naturligt i atmosfæren i meget små koncentrationer. Metans levetid i atmosfæren er kun omkring 12 år, hvilket betyder, at ændringer i metan udledninger medfører en relativt hurtig ændring i de atmosfæriske koncentrationer.
Til gengæld er den kortlivede metan en hidsig drivhusgas med et højt globalt opvarmningspotentiale. For at sammenligne drivhusgassers klimaeffekt anvendes deres globale opvarmningspotentiale, der angiver, hvor meget opvarmning ét kilo af en given udledt gas bidrager med over en fastsat tidsperiode (f.eks. 100 år), sammenlignet med ét kilo CO2. Metans globale opvarmningspotentiale er 27-30 over en 100-årig periode – dvs. 27-30 gange større end CO2. Valget af tidsperiode har stor betydning for, hvordan bidragene måles. Pga. metans korte levetid har gassen stort opvarmningspotentiale på ”kortere” tidsskalaer (f.eks. 100 år), mens opvarmningspotentialet for metan falder, når tidsskalaen forlænges til fx flere århundreder.
Samlet set estimeres det, at menneskeskabt metan-udledning alene har ført til en opvarmning på cirka 0,5 °C når klimaperioderne 1850-1900 og 2010-2019 sammenlignes.
Størstedelen af metan i atmosfæren stammer fra nedbrydning af organisk materiale fra både naturlige og menneskeskabte kilder.
Over halvdelen af metan-udledningen skyldes menneskelig aktivitet (60 %), hvoraf 90 % kommer fra tre kilder: landbrug (40 %), fossile brændstoffer (35 %) og affaldshåndtering såsom afgasning fra lossepladser og spildevand (20 %). Metan-udledningen fra landbruget stammer primært fra husdyr, da metan frigives fra håndtering af gødning og fra tarmene på køer og andre drøvtyggere. Der er også en væsentlig udledning af metan fra risdyrkning.
Den primære naturlige kilde til metan er nedbrydning af organisk materiale i iltfattige miljøer, særligt i vådområder. Store mængder metan er ophobet i permafrost og på havbunden, og disse risikerer at afgasse til atmosfæren i takt med at stigende temperaturer.
Lattergas (N2O)
Lattergas (N2O) findes i atmosfæren i meget små mængder, men er omkring 300 gange så kraftig en drivhusgas som CO2 set over 100 år. Gassen har en levetid i atmosfæren på omkring 120 år. Menneskets udledning af lattergas stammer hovedsageligt fra landbrug og industrielle aktiviteter, der tilsammen står for 1/3 af den totale udledning.
Landbrug står for langt størstedelen af den menneskeskabte udledning (ca. 70 %), hvilket primært stammer fra omsætning af kvælstofgødning i landbrugsjord.
Lattergas udledes naturligt fra oceaner, tropiske skove og jordbakterier.
Vanddamp (H₂O)
Vanddamp (H₂O) er den største bidragsyder til drivhuseffekten. Men modsat nogle af de andre drivhusgasser er mængden af vanddamp i atmosfæren primært bestemt af lufttemperaturen og ikke af menneskers udledning af vanddamp. Vanddampen i atmosfæren indgår i et hydrologisk kredsløb af fordampning og nedbør, mens atmosfæriske dynamikker (vejrsystemer) fordeler vanddampen rundt på kloden.
Vanddamps opvarmningskraft er omkring 100 gange mindre end potentialet i CO₂, men den enorme mængde af vanddamp i atmosfæren gør det til den dominerende drivhusgas.
Varm luft kan indeholde mere vanddamp end kold luft. Dette skaber en positiv feedback-mekanisme i klimasystemet, da opvarmning af atmosfæren skaber mere vanddamp, som derved skaber yderligere opvarmning.
Ozon (O3)
Ozon findes både i troposfæren, hvor det virker som en drivhusgas, og i stratosfæren, hvor det dannes naturligt og beskytter livet på Jorden mod Solens ultraviolette stråling.
I atmosfærens nederste lag, troposfæren, som strækker sig fra jordoverfladen til omkring 10 kilometers højde, er ozon en effektiv drivhusgas, der er omkring 1.000 gange så kraftig som CO₂. Til gengæld bliver ozon kun i atmosfæren i nogle uger.
Troposfærens ozon dannes typisk ved industriel udledning af kemiske forbindelser, der under sollysets ultraviolette stråling reagerer med ilt og danner ozon. Ozon er en bestanddel af den luftforurening (smog), der findes som grå tåge i mange store byer. Udover at være en drivhusgas, kan ozon ved jordoverfladen også være skadelig for mennesker, dyr og planter.
Industrigasser (CFC-gasser)
Industrigasser som CFC-gasser (klor-fluor-kulstof-gasser) forstærker også drivhuseffekten.
Nogle af dem er over 1.000 gange så effektive som CO₂ og har en levetid i atmosfæren på over 1.000 år. Til gengæld forekommer de kun i uhyre små mængder.
Industrigasserne er menneskeskabte, og nogle af dem blev førhen brugt i spraydåser, køleskabe og frysere – bedre kendt under navnet ’freon’. I Montreal-protokollen fra 1987 blev lande forpligtet til at udfase brugen af stofferne og de blev senere hen forbudt – bl.a. i lovgivning i Danmark og EU.
CFC-gasser estimeres at have bidraget med omkring 0,1 °C til den observerede opvarmning når klimaperioderne 1850-1900 og 2010-2019 sammenlignes.
Kilder
- IPCC, 2021: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 3−32, doi:10.1017/9781009157896.001
- M. Pathak, R. Slade, P.R. Shukla, J. Skea, R. Pichs-Madruga, D. Ürge-Vorsatz,2022: Technical Summary. In: Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [P.R. Shukla, J. Skea, R. Slade, A. Al Khourdajie, R. van Diemen, D. McCollum, M. Pathak, S. Some, P. Vyas, R. Fradera, M. Belkacemi, A. Hasija, G. Lisboa, S. Luz, J. Malley, (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA. doi: 10.1017/9781009157926.002
- IPCC, 2007: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
- United Nations Environment Programme and Climate and Clean Air Coalition (2021). Global Methane Assessment: Benefits and Costs of Mitigating Methane Emissions. Nairobi: United Nations Environment Programme
- NOAA, 2024: Monthly Average Mauna Loa CO₂. Trends in CO2, CH4, N2O, SF6. gml.noaa.gov/ccgg/trends/
