Miksi lämpötila ei noudata CO2 pitoisuuden nousua ilmastomuutosteorian mukaisesti?

ilmastonmuutos
(Eero Wallenius) #1

Miksi lämpötila ei seuraa CO2 pitoisuuden nousua vaikka niin väitetään?

(Sanna-Liisa Sihto-Nissilä) #2

Hei,

Valitsemasi kuva on malliesimerkki siitä, miten mittausdatasta voidaan saada esiin silmällä katsoen vakuuttavan oloinen korrelaatio (tai tässä tapauksessa ei korrelaatiota), kun kuvan akselit valitaan tarkoitushakuisesti. Tässä ajanjaksoksi on valittu 2001-2018 eli 17 vuoden jakso. Hiilidioksidin pitoisuuden akseli (oikea y-akseli) on huomattavan pieni, vain väli 365-410 ppm (pitoisuus esiteollisena aikana oli noin 280 ppm). On totta, että tällä aikavälillä lämpötila ei näytä noudattavan hiilidioksidipitoisuuden nousua.

Korrelaatioiden tarkastelussa ajanjakson pitäisi olla mahdollisimman pitkä. Erityisesti hiilidioksidin ilmastovaikutuksen kohdalla ajanjakson tulisi olla vähintään useita kymmeniä vuosia, koska ilmasto reagoi hiilidioksidin pitoisuuden muutoksiin viiveellä ja vasta pidemmällä ajanjaksolla säähän liittyvä, melko suurikin vuosien välinen vaihtelu globaalissa lämpötilassa suodattuu pois.

Kun tarkasteltavaa aikaväliä pidennetään, hiilidioksidin ja maan pintalämpötilan välinen korrelaatio on hyvin selvä, kuten ao. kuvasta nähdään. Samassa kuvassa on kysyjän esittämä data, eli aivan viime vuosina lämpötila ei ole noussut CO2-pitoisuuden kanssa käsi kädessä. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että korrelaatio olisi murtumassa, vaan liittyy ilmaston/sään normaaliin, osittain kaoottiseen sisäiseen vaihteluun, johon vaikuttavat mm. ilmastojärjestelmän oskillaatiot (El Nino/La Nina, North Atlantic Oscillation), auringon aktiivisuuden normaali vaihtelu (11 vuoden auringonpilkkusykli) ja tulivuorenpurkausten määrä (jotka viilentävät säitä). Kun muutamia vuosia kuluu, on odotettavissa että lämpötilan nousu korreloi jälleen paremmin CO2:n kanssa myös 2000-luvun osalta.

On myös tärkeää huomata, että hiilidioksidin suhteen tiedämme paljon enemmän kuin tämän havaitun korrelaation maan pintalämpötilan kanssa. Pelkkä korrelaatiohan ei automaattisesti osoita syy-seuraus-suhdetta. Hiilidioksidista tiedämme kuitenkin, että se molekyylirakenteensa perusteella imee lämpösäteilyä infrapuna-aallonpituuksilla. Tällainen lämpösäteilyä imevä (absorboiva) kaasu ilmakehässä estää maapallolta lähtevän lämpösäteilyn karkaamista avaruuteen ja aiheuttaa näin kasvihuonevaikutuksen, joka nostaa maapallon pintalämpötilaa. Tällaista kaasua kutsutaan kasvihuonekaasuksi (tärkeimpiä ovat hiilidioksidi, metaani ja ilokaasu sekä vesihöyry) ja kun sen pitoisuus nousee ilmakehässä, niin ilmakehässä tapahtuu enemmän lämpösäteilyn absorptiota mikä taas lämmittää maapalloa. Hiilidioksidin tapauksessa ilmaston kannalta tärkein absorptio tapahtuu aallonpituuden 15 mikrometriä ympärillä. Ilmiö siis tunnetaan hyvin molekyylitasolta lähtien ja sen toteutuma havaitaan mitatun CO2-pitoisuuden ja maapallon pintalämpötilan korrelaationa.

Myös jääkairauksista saatu data osoittaa, että lämpötila ja hiilidioksidipitoisuus korreloivat myös hyvin pitkällä, satojen tuhansien vuosien aikaskaalalla.

Lyhyesti sanottuna: Maapallon pintalämpötila korreloi hyvin ilmakehän CO2-pitoisuuden kanssa, kun tarkasteltava ajanjakso on riittävän pitkä. Ilmiö tunnetaan ja osataan selittää hyvin molekyylitasolta lähtien.

Kuvan lähde: http://medialibrary.climatecentral.org/resources/national-climate-assessment-resources-2018

2 Likes
(Kim Palmroos) #3

Miksi sitten aina ensin nousee lämpötila ja sitten vasta viiveellä CO2-pitoisuus?

1 Like
(Kimmo Hellstr) #4

Olisi ehkä hyvä mainita että niissä jääkairaus näytteissä hiilidioksidin nousu seuraa lämpötilan nousua, eli päinvastoin kuin nykyään.

1 Like
(Sacrebleu) #5

Hei Sanna-Liisa! Vastauksestasi heräsi paljon lisäkysymyksiä. Kerroit että hiilidioksidin ja maalämpötilan korrelaation on hyvin selvä, mutta kuitenkaan pelkkä korrelaatiosuhde ei automaattisesti osoita syy-seuraus-suhdetta. Itsekin olen kuullut, tuon että pitkällä aikavälillä on huomattu että CO2-pitoisuus seuraa lämpötilan nousua eikä toisin päin. Pitääkö tämä paikkansa, ja mitä siitä ajattelet? Myös tuo sinunkin jakamassa kuvassa näkyvä 1930-luvun lämpöpiikki tapahtui ennen ja ilman ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden nousua, ja herättää kysymyksiä onko korrelaatio tulkittu oikein. Lisäksi aiemmin historiassa olleet lämpimät jaksot (mm.keskiajalla) kertovat että lämpötilaa nostavia tekijöitä on muitakin kuin hiilidioksidi jota esität pääsyylliseksi lämpötilan nousuun.

Lisää kysymyksiä heräsi tuosta syy-seuraus-suhteesta ja CO2:n tutkituista ominaisuuksista. Hiilidioksidin pitoisuus ilmakehässä on vain 0,04%, josta vain n.4% on ihmisen tuottamaa (Luonto 772Gt/y, ihminen 32Gt/y,IPCC AR4). Kasvihuonekaasuista vesihöyryllä on hiilidioksidin sijaan tutkitusti suurin vaikutus kasvihuoneilmiöön (CO2 1-5% pitoisuus kasvihuonekaasuista, josta ihmisperäinen 0,05-0,2%). Miksi nostat hiilidioksidin vesihöyryn yläpuolelle? Lisäksi olen ymmärtänyt että vesihöyryn absorbtio toimii samoilla aallonpituuksilla hiilidioksidin kanssa, joten eikö sen pitäisi myös vähentää CO2:n vaikutusta? Kuten sanoit, että CO2 tunnetaan hyvin molekyylitasolta lähtien. Olen ymmärtänyt että sen absorbtiovaikutus on lineaarisen sijasta logaritminen (IPCC AR1), eli 20ppm vaikuttaa eniten, ja saman vaikutuksen tarvitaan aina tuplamäärä. Eikö nämä asiat yhdessä aseta teorian ihmisperäisen CO2:n merkittävästä vaikutuksesta kasvihuoneilmiöön erittäin kyseenalaiseksi?

Kiitos jo valmiiksi vastauksistasi :).

1 Like
(Sanna-Liisa Sihto-Nissilä) #6

Hei,

kiitos jatkokysymyksestä, jossa on monia hyviä pointteja tai myyttejä murrettaviksi.

Yleiskuva on se, että hiilidioksidi on tärkein kasvihuonekaasu ja toimii ikäänkuin maapallon lämpötilan “termostaattina”. Ihmiskunnan päästöt ovat yksiselitteisesti syy sen viime vuosisatojen aikaiseen nousuun. Vesihöyry on myös tärkeä kasvihuonekaasu, mutta sen pitoisuutta säätelee ilman lämpötila (kylläisen höyryn paine kasvaa lämpötilan mukana), eivät päästöt ilmakehään. Jos vesihöyryä yritettäisiin päästää ilmaan paljon, se sataisi pian pois tai vastaavasti jos sitä yritettäisiin poistaa ilmasta, niin sitä heti haihtuisi vastaava määrä takaisin. Näin vesihöyryn vaikutus on palautemekamismi, joka vahvistaa muiden kasvihuonekaasujen aiheuttaman lämpenemisen noin kaksikertaiseksi.

Jääkausien yli ulottuvassa datassa CO2:n ja lämpötilan korrelaatio menee toisinpäin, eli ensin on lähtenyt lämpeneminen käyntiin, sitten vapautunut hiilidioksidia ilmakehään (meristä, kun ne ovat lämmenneet) ja tämä CO2:n lisääntyminen on edelleen vahvistanut lämpenemistä. Eli tässäkin CO2 vaikutus on samanlainen kuin nykyään (fysiikkahan ei muutu ajassa), mutta alkusyy lämpenemiselle on ollut eri (muutokset maan rataparametreissa eli maan pinnalle saapuvan auringonsäteilyn määrässä). Jääkauden muuttumiseksi interglasiaaliksi (ja toisinpäin) tämä vapautuneen hiilidioksidin aiheuttama lämpeneminen on kriittinen, sillä muutokset maan rataparametreissa yksinään eivät riittäisi aiheuttamaan muutosta jääkaudesta lämpimään kauteen tai päinvastoin.

Linkkaan tähän toisen kysymysketjun, jossa on selostettu hieman CO2:sta kasvihuonekaasuna.

https://kysymykset.kysyilmastosta.fi/t/miksi-co2-on-kasvihuonekaasu/

Lisäksi liitän kuvan, jossa näkyvät eri kaasujen absorptiospektrit (vaikuttaa siltä että sinulla on osaamista niin että pystyt tätä ainakin jossain määrin tulkitsemaan). Siitä voit verrata eri kaasujen vaikutusta ja nähdä että vesi on todellakin tärkein kasvihuonekaasu (se absorboi useammilla aallonpituuksilla). Tästä huolimatta hiilidioksidi (sekä metaani, ilokaasu ja otsoni) ovat niitä, jotka kontrolloivat kasvihuoneilmiön suuruutta. Vesihöyry on vahvistava (positiivinen) palautemekanismi, johon emme päästöillä voi suoraan vaikuttaa.

Tässä siis alkuun vastauksia, toivottavasti näistä on apua. Palaan mahdollisesti lähiaikoina vielä hieman tarkemmin asiaan. Jos joku tässä herätti heti kysymyksiä, niin laita vain kysymys tähän perään.

Atmospheric_Absorption_Bands

(Sanna-Liisa Sihto-Nissilä) #7

Tässä vielä hyvä sivusto, josta saa luotettavaa tietoa ilmastonmuutoksesta ja ilmaston toiminnasta. Nimi voi johtaa harhaan eli tämä ei ole skeptikkosivusto! Sieltä esimerkiksi vastaus tämän ketjun kysymykseen:

https://skepticalscience.com/co2-lags-temperature-basic.htm

#8

Millaiseen analyysiin perustuu käsitys, että juuri CO2 olisi ilmastoa ohjaava? Vesihöyryn merkitys kasvihuonekaasuna on kuitenkin olennaisesti suurempi kuin hiilidioksidin. Onhan ylläolevassa kuvassakin vedellä paljon laajemmat absorptiovyöt kuin CO2:lla. Esim. tässä arvioidaan vesihöyryn vastaavan 70% ilmakehän absorptiosta: https.//physicsworld’com/a/the-climatic-effects-of-water-vapour
Veden ja vesihöyryn säteilyfysiikasta lisää tällä Wikisivulla
https.//en’wikipedia’org/wiki/Electromagnetic_absorption_by_water
ja täällä http.//www1’lsbu’ac’uk/water/water_vibrational_spectrum.html

Yleisesti ottaen ilman suhteellinen kosteus ei ole 100%. Niinpä vesihöyryn määrässä voi olla suurtakin vaihtelua ilman, että tapahtuu kondensoitumista. Veden vaikutusten arviointia vaikeuttaa, että kondensaation seurauksena syntyy pilviä, joiden säteilyominaisuudet poikkeavat olennaisesti kirkkaasta vesihöyrystä - eikä kyse ole ainoastaan auringonvalon heijastamisesta.

Vedellä on vahvoja absorptiovöitä koko IR-spektrin alueella lähelle näkyvää valoa. Vesihöyry voi vaikuttaa näin myös auringonsäteilyn absorptioon. Ilman kosteus vähentää maanpinnalle tulevaa säteilyä ja lämmittää ylempää ilmakehää?

Kaiken kaikkiaan ilmakehän säteilylämmönsiirron mallintaminen on niin monimutkaista, että kokonaisuutta ei voida laskea tarkasti vaan on tehtävä rankkojakin yksinkertaistuksia. Voidaanko olla varmoja, että ei ole yksinkertaistettu liikaa, jotta saadaan laskettua edes jotain?

Mitä tulee ylempänä mainittuun “1930-luvun” lämpimään kauteen, niin ainakin NASA:n datassa se on vuosina 1940-46, eli juuri WW-2:n aikaan. Onkohan ilmiö ylipäänsä todellinen vai johtuuko se siitä, että tuona aikana on kerätty paljon hyvää dataa alueilta, jotka eivät rauhan aikana kiinnosta ketään?
ftp.//ftp’ncdc’noaa’gov/pub/data/noaaglobaltemp/operational/timeseries/

1 Like
(Sacrebleu) #9

Kiitos Sanna-Liisa vastauksesta!

Jäin miettimään seuraavia asioita. Jos ja kun CO2 pitoisuus ilmakehessä on nyt tuo arvioitu 0,04%, ja sen vaikutus kasvihuonekaasuna on huomattavasti vesihöyryä pienempi, miten on fyysisesti mahdollista että CO2 aiheuttama lämpövaikutus olisi kuitenkaan merkittävä? Eikö sen pieni pitoisuus ja logaritminen absorptio-käyttäytyminen johda väistämättä vain pieneen vaikutukseen? Ja jos CO2:n fysikaalinen vaikutus olisikin pitoisuutta suurempi ja vesihöyryn efektiä voimistava, eikö ihmiskunnan osuus CO2-pitoisuudesta (n.4%) ole kuitenkin joka tapauksessa ole liian pieni että toimilamme olisi suurta vaikutusta?

Kerroit että on tiedossa että jääkausien loppumiseen on vaikuttanut maan rataparametrimuutokset, mutta ne eivät yksinään riittäisi aiheuttamaan muutosta jääkaudesta lämpimään. Miksi maan rataparametrimuutoksista ei puhuta enää yhtenä ilmastonmuutoksen tekijän, vaan keskustelu keskittyy hiilidioksidiin? Kuten sanoit, fysiikkahan ei muutu ajassa.

Entä tämä: maan rataparametrimuutokset eivät yksinään riitä lopettamaan jääkautta, mutta kuitenkin hiilidioksin vapautuminen on tapahtunut vasta jääkauden loppumisen jälkeen. Eikö tässä ole looginen ristiriita?

Kiitos taas valmiiksi vastauksistasi :).