Minua on jo pidemmän aikaa askarruttanut oheinen kuva.
Kysyin siitä jo aikaisemminkin täällä näkökulmasta ”kuinka kansantajuistaa ilmastokysymystä?”. Silloin sitä kyllä kommentoitiin ihan asiallisesti, mutta mielestäni asian käsittely jäi kesken. Toisella keskustelupalstalla tuntematon asiantuntija kiteytti tuon kuvan sisällön hyvin säätötekniikan näkökulmasta toteamalla, että ”hyvin toimineen säätöpiirin pohja-asetusta on muutettu lisäämällä sivusta CO2 kasvihuonekaasua.”
Kun katselen tuota kuvaa tuosta näkökulmasta, avautuu sangen mielenkiintoinen näkymä.
Kuvan pohjana on siis ilmatieteenlaitoksen ilmasto-oppaan kuva, jota on pelkistetty lisää. Oheisessa kuvassa valkoisin nuolin osoitetaan luonnollinen hiilen kierto. Ilmasto-oppaan kuvan numeeriset arvot ovat kuitenkin epätasapainossa niin että kierrosta poistuu 4 gigatonnia vuodessa. Tällöinhän ilman hiilidioksidipitoisuus alentunut miljoonassa vuodessa lähelle nollaa, joten oheisen kuvan tekijät ovat lisänneet kolmisakaraisen nuolen kuvaamaan stokastisia hiilivirtoja. Näin tulivuoret, metaanklatraatit, metaanivuodot ja muut satunnaiset tulovirrat pitämävät systeemin tasapainossa( CO2-pitoisuus pysynyt miljoona vuotta lähes vakiona välillä 200-300ppm). Tekijät tähdentävät että noiden stokastisten virtojen suuruus ei perustu tutkimukseen, vaan on pelkkä hypoteesi.
Kun tuohon tasapinossa olevaan systeemiin tulee sitten ihmisen toimesta häiriöimpulssi fossiilisen hiilen muodossa, niin miten onko mahdollista mallintaa esimerkiksi sitä miten lämpötila kehittyy, kun empiirisiä kokeita on mahdoton tehdä.
Liittyykö tähän mitenkään tuo kirjan johdannon lopussa oleva, ainakin minulle kryptinen lause: ”Maapallon hiilidioksiditasapaino on nimittäin liian monen toisistaan riippumattoman osatekijän muodostama dynaaminen kokonaisuus, jonka matemaattinen mallintaminen johtaa niin monimutkaisiin osittaisdifferentiaaliyhtälöihin, että niiden ratkaisemisessa parhaatkin tietokoneet tukehtuvat. Ja kun sitten joskus saadaan avuksi kvanttitietokone, joka ei tukehdu, ei löydy sitä neroa, joka osaisi tulkita sen antamia tuloksia ”,
Onko mahdollisesti esimerkiksi WMO:n pääsihteerin Petteri Taalaksen ulostulojen takana juuri tietoisuus tuon häiriöimpulssin luonteesta? Hänhän hyvin suorasanaisesti sanoo, että vain fossiilisen hiilen polttamisesta luopuminen voi olla ilmastokysymyksen ratkaisu.
Hei Kai,
Kiitos tästä kuvasta. Vastasin tosiaan tähän aiemmassa ketjussa (Miten kansantajuistaa ilmastokysymystä), ja asia jäi silloin hieman auki tai ainakin viimeistelemättä. Jatketaan siis nyt!
Tässä pointit:
Perusajatus hiilen kierrosta säätöpiirinä mielestäni on aivan toimiva, eli asiaa voi kyllä havainnollistaa näin. Ja ongelma on juuri tuo, minkä kuva esittää: ilmakehään tulee koko ajan ylimääräinen vuo CO2:sta, joka on peräisin maankuoressa olevien fossiilisten polttoaineiden polttamisesta. Tämä vuo on se ongelma, joka pitää ratkaista, ja tähän Petteri Taalas myös viittaa: fossiiliset polttoaineet ovat ongelma. Ne tuovat uutta hiilidioksidia ilmakehään - hiilidioksidia joka ei kuulu ilmakehä-biosfääri-meret-systeemiin.
Myös viittaamasi nimettömän asiantuntijan kommentti ”hyvin toimineen säätöpiirin pohja-asetusta on muutettu lisäämällä sivusta CO2 kasvihuonekaasua” on hyvä kiteytys asiasta. Tämä sivuvirta pitää saada pois eli luopua fossiilisten käytöstä.
Tämä ajatus uudesta sivuvirrasta tulee vielä ymmärrettävämmäksi, kun asiaa tarkastelee ilmakehän arvioitua CO2-pitoisuutta vasten miljoonien vuosien aikaskaalalla (ks. Kuva 1). Fossiiliset polttoaineet muodostuivat miljoonia vuosia sitten - ja tuolloin ilmakehän CO2-pitoisuus (erilaisista havaintoaineistoista arvioiden) oli 400-1000 ppm eli sillä tasolla kuin nyt ja tulevaisuudessa olemme, jos emme saa CO2-pitoisuuden nousua taittumaan. Tuolloin saniaismetsät ja muinaiset eläimet kukoistivat (joiden jätteistä fossiiliset polttoaineet sittoin muodostuivat) ja maapallon lämpötila oli reilusti korkeampi kuin nyt. Silloin ilmakehässä ollut hiilidioksidi sitoutui biomassaan ja eliöstöön, joiden jäänteet painuivat maahan fossiilisten polttoaineiden raaka-aineiksi. Nyt siis vapautamme tuota fossiilisiin sitoutunutta hiilidioksidia, joka aikanaan oli ilmakehässä, ja juuri perus-säätöteorian mukaisesti olemme palaamassa kohti sitä ilman CO2-pitoisuutta joka vallitsi saniaismetsien ja dinosaurusten aikaan. Ympyrä siis sulkeutuu aika hienolla (tai kylmäävällä) tavalla!
Kuva 1. Maapallon ilmakehän CO2-pitoisuus viimeisten 400 miljoonan vuoden aikana erilaisista datoista arvioituna [1].
Ilmastonmuutoksen hillinnässä puhutaan paljon meren ja ilmakehän sekä kasvillisuuden ja ilmakehän välisistä virroista (valkoiset kaarinuolet kuvassa) eli hiilinielujen kasvattamisesta. Tällä voidaan ostaa aikaa ilmastonmuutoksen hillintään (kasvattamalla kasvillisuuden hiilinielua, mutta josta vapautuu 50-200 vuoden ajan jälkeen vastaava määrä CO2:a ilmakehään kun kasvillisuus hajoaa). Jos metsien puun määrä pysyvästi kasvaa (hiilivarasto kasvaa), tämä sidottu hiilidioksidi voidaan saada pysyvästi pois ilmakehästä. Hiilivarastoa ei voida kuitenkaan kasvattaa loputtomiin, joten ainoa pysyvä keino laskea ilmakehän CO2-pitoisuutta on poistaa tuo ylimääräinen fossiilisten polttoaineiden vuo.
Tuosta kuvasta on hyvä huomioida vielä se, että merten ja kasvillisuuden kautta menevät nuolet (nielu eli hiilidoksidin sitoutuminen sekä palaava vuo ilmakehään) ovat molemmat dynaamisia eli vaihtelevat olosuhteiden mukaan. Meriin liukenee tällä hetkellä enemmän CO2:sta kuin sieltä vapautuu (perustuen kemialliseen tasapainoon pintaveden ja ilmakehän välillä sekä liuenneen hiilen kulkeutumiseen merien syviin kerroksiin). Liukeneminen kuitenkin hidastuu lämpötilan ja merten happamuuden noustessa, joten merten nielu voi pienentyä tulevaisuudessa. Samoin metsien hiilinielu voi pienentyä tulevaisuudessa, jos metsätuhot (metsäpalot) tai kuivuuskaudet lisääntyvät huomattavasti. Eli nuo valkoisten nuolien luvut eivät ole mikään vakio eivätkä ole historiassa olleet samat kuin nyt. Tällä hetkellä meriin ja kasvillisuuteen sitoutuu noin puolet ihmiskunnan tuottamista päästöistä (kuvassa 4 yksikköä (Gt) on noin puolet 6+1,6=7,6:sta (Gt) eli fossiilisista ja maankäytön muutoksista (metsien hakkaaminen) tulevista päästöistä).
Nuo nielut (meret ja kasvillisuus) ovat tärkeitä ja ne auttavat ilmastonmuutoksen hillinnässä, mutta ne eivät poista perusongelmaa eli tuota ylimääräisen fossiilisen CO2:n vuota.
Syy siihen, miksi tämä säätöpiiriajattelu toimii hiilidioksidin kanssa erityisen hyvin, on se että hiilidioksidi ei reagoi ilmakehässä minkään kaasun kanssa eli se ei muutu toisiksi aineiksi (poislukien hidas poistuminen kiviaineksen rapautumisen kautta, mutta sen merkitys kokonaisuudessa varsin pieni). Näin CO2 virtaa maapallosysteemissä eri varastojen (meret, kasvillisuus) välillä eikä häviä mihinkään. Maapallo on suljettu systeemi ja hiilidioksidi ei voi täältä karata minnekään.
***
Tuosta loppulauseesta sanoisin, että se on runollisesti muotoiltu lause, joka osittain pitää paikkansa, mutta antaa virheellisen vaikutelman siitä, miten asioita (ilmakehäsysteemiä ja hiilidioksidin vaikutusta siinä) osataan mallintaa. Osittaisdifferentiaaliyhtälöitä ja niiden varsin monimutkaisia systeemejä osataan nykyään ratkaista varsin hyvin erilaisia matemaattisia numeerisia integrointimenetelmä ja supertietokoneiden laskentavoimaa käyttäen. Koska yhtälöitä on paljon, ja maapallo suuri kooltaan, kuluu kattavimman ilmastomallin pyörittämiseen päivien tai viikkojen aika. Mutta kvanttitietokoneita ei tähän tarvitse odottaa ja CO2-tasapainoa pystytään kyllä kohtuullisesti mallintamaan. Toki mallinnuksessa monet tekijät (esim. CO2:n vuot eri ilmasta mereen ja takaisin, tai ilmasta kasvillisuuteen ja takaisin) sisältävät epävarmuuksia, mutta epävarmuudet eivät ole niin suuria etteikö nykyisten mallien perusteella pystyttäisi tekemään käytännössä riittävän luotettavia ennusteita.
Sitten vielä loppuun oma tiivistykseni ilmastonmuutoksesta, joka on tuon säätöpiiriajattelulle sukua siinä, että se pelkistää asian. Tiivistän ilmaston lämpenemisen siis näin:
-
systeemiin tulee ylimääräistä hiilidioksidia maan uumenista (fossilisten polttamisesta)
-
hiilidioksidi on kasvihuonekaasu eli molekyyli absorboi lämpösäteilyä
-
lisääntynyt hiidioksidin määrä johtaa lisääntyneeseen maan lämpösäteilyn absorptioon ilmakehässä
-
lisääntynyt lämpösäteilyn absorptio ilmakehässä vastaa sitä, että lisäisit päälläsi olevan peiton paksuutta => alla oleva kappale (tässä maapallo) lämpenee
-
tämä johtaa maapallon lämpenemiseen
Päättely menee siis yksinkertaisuudessaan näin ja mielestäni tämä riittää perusteluksi ilmastonmuutosta vastaan taistelemiselle (eli CO2-pitoisuuden palauttauttamiseksi luonnolliselle tasolle 280-300 ppm). Lopulta on hienosäätöä, kuinka paljon lämpötila nousee. Tähän toteutuvan lämpötilan nousun ennustamiseen tarvitaan ilmastomalleja differentiaaliyhtälöineen - ja se on se asia jossa on epävarmuuksia.
Varmaa kuitenkin on, että lämpötila nousee jos systeemiin tulee tuo ylimääräinen vuo hiilidioksidia. Itselleni tämä yksinkertainen perusteluketju on se keskeinen. Ilmiön syy-seuraussuhteet CO2 pitoisuus --> maapallon lämpötila ovat selvät.
Toteutuvaa lämpötilan nousua per tietty hiilidioksidipitoisuuden kasvu voidaan arvioida historiallisen datan perusteella (mm. CO2-pitoisuudet jäätiköihin loukkuun jääneissä ilmakuplissa) ja sen perusteella mitä tiedämme löytöjen perusteella maapallon kasvillisuusvyöhykkeistä (tieteenalan nimi on paleoklimatologia). Näiden perusteella on päädytty arvioon, että lämpötila nousee 2-3 astetta per hiiilidoksidipitoisuuden kaksinkertaistuminen. Tätä arvoa kutsutaan ilmastoherkkyydeksi [2].
Eli kyllä näitä asioita (CO2-pitoisuus ja lämpötilan nousu) pystytään mallintamaan ja arvioimaan havaintoihin (historialliset kasvillisuuslöydöt ja ilmakuplat, ym.) perustuen, vaikka empiirisiä kokeita ei tässä ja nyt pysytä toki ilmastolla tekemään.
Kaikkien vakuuttavin perustelu asioille on se, jos syy-seuraus-suhteet pystyy pelkistämään yksinkertaiseksi, mutta kuitenkin olennaiset asiat sisältäväksi kokonaisuudeksi. Tuo esittämäsi kuva ja säätöpiirivertaus, yhdistettynä tuohon omaan pelkistykseeni fysikaalisista prosesseista (CO2 pitoisuus nousee --> enemmän absorptiota ilmakehässä --> maapallo lämpenee) on juuri sellainen toimiva ja olennaiset asiat sisältävä yksinkertaistus.
Sen varassa voi lähteä tekemään kunnianhimoista ilmastopolitiikkaa, tavoitteena palauttaa noin 300 ppm:n CO2-taso.
Riittikö tämä vastaamaan avoimiin kysymyksiisi?
Terveisin,
Sanna-Liisa
Viitteet:
[1] How the World Passed a Carbon Threshold and Why It Matters, Yale Environment 360, January 26, 2017
Lainaus:
The last time the planet had a concentration of 300 to 400 ppm of CO2 in the atmosphere was during the mid-Pliocene, 3 million years ago — recently enough for the planet to be not radically different than it is today. Back then, temperatures were 2 degrees C to 3 degrees C (3.6 to 5.4°F) above pre-industrial temperatures (though more than 10 degrees C hotter in the Arctic), and sea levels were at least 15-25 meters higher. Forest grew in the Canadian north and grasslands abounded worldwide; the Sahara was probably covered in vegetation. H o m o habilis (aka “handy man”), the first species in the H o m o line and probably the first stone-tool users, got a taste of this climate as they arrived on the scene 2.8 million years ago. (H o m o sapiens didn’t show up until 400,000 years ago at the earliest.)
To find a time when the planet’s air was consistently above 400 ppm you have to look much farther back to the warm part of the Miocene, some 16 million years ago, or the Early Oligocene, about 25 million years ago, when Earth was a very different place and its climate totally dissimilar from what we might expect today.
Uusi tutkimus, joka rajaa ilmastoherkkyyden todennäköistä arvoa (todennäköisimmin välillä 2-3,9 C), tästä kannattaa lukea ”Plain Language Summary”:
[2] Sherwood, S. C., Webb, M. J., Annan, J. D., Armour, K. C., Forster, P. M., Hargreaves, J. C., et al. (2020). An assessment of Earth’s climate sensitivity using multiple lines of evidence. Reviews of Geophysics, 58, e2019RG000678.
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2019RG000678
Kiitos. Nyt asettuvat palikat paikalleen päässäni (ainakin tuon kuvan suhteen). Ja esitän erityiskiitoksen sinulle tuon kryptisen matemaattisen lauseen avaamisesta. Kun mainitsit sen olevan ”runollinen”, oivalsin, että tuon mallintamisen äärimmäistä monimutkaisuutta ovat tekijät käyttäneet ”aasinsiltana” siirryttäessä faktojen maailmasta tulevaisuuden fiktiiviseen maailmaan. Kirjan sanoin: ”Toivomme lukijan suhtautuvan tuohon kaaviokuvaan äärimmäisellä vakavuudella, mutta seuraavassa tarinassa ovat muutamat tieteelliset faktat saaneet taipua tarinan vaatimuksiin.”
Ja siellä fiktiivisessä maailmassa sitten irrotellaan mustan huumorin keinoin ja kerrotaan opettavainen ”satu aikuisille”. Mustan huumorin keskeltä olen löytävinäni suurtakin elämänviisautta ja ohjetta ihmiskunnalle kunnioittaa luontoa ja kanssaihmisiä. Mutta se on sitten jo toisen messun aihe.
Tosin ei ihminen osaa niin mustaa huumoria keksiä, että ei tosielämä pane paremmaksi. Kirjassa feminismin kaapuun puetut fasistit aloittavat maailmanvalloituksen anastamalla vallan Capitol-kukkulalla käyttäen Qanon tyyppistä uskonlahkoa hyväkseen. USA:n vallanvaihtoa seuratessa paatuneenkin humoristin hymy hyytyi.
Tuo hiilenkiero tuli nyt selväksi, mutta niin kuin aina, selvä asia tuo mukanaan uusia kysymyksiä. Kehotit tutustumaan tutkimusraporttiin: ”Plain Language Summary”:
Tein työtä käskettyä, mutta teoreettinen tietäykseni herkkyysanalyysista on vajavaista, joten joudun käyttämään ymmärrykseni apuna jälleen tuota kirjaa, jonka kautta kiinnostuin ilmastokysymyksestä ja jonka kieltä ymmärrän muilta osin kuin noiden osittaisdifferentiaaliyhtälöiden osalta.
Esiin noussut kysymys koskee, miten nuo kirjan kolmisakaraisen nuolen osatekijät voidaan ottaa huomioon mallinnuksissa?
Yritän selkeyttää mitä tarkoitan
Ymmärränkö oikein, että tuo mainitsemasi tutkimus tarkoittaa sitä, että matemaattisten mallinnusten mukaan maapallon keskilämpö suurella todennäköisyydellä ylittää 2 astetta. mutta vastaavasti jää suurella todennäköisyydellä alle 3,9 asteen. Sehän tarkoittaisi sitä että virallinen tavoite 1,5 astetta ei olisi enää realistinen?
Tuo kirja esittää tuon asian paljon kansantajuisemmin. Se sanoo miksi alle 2 ei päästä, ja miksi jäädään alle ylärajan. Ymmärrän ,että tällainen määrittely ei riitä tieteelliseksi tarkasteluksi.
Alarajan 2 astetta suhteen kirja toteaa (fiktiivisessä osiossa) vuoden 2042 tilannekatsauksessaan:” Uskottiin, että lämpötila saataisiin jäämään alle kahden asteen, jos vain kaikki ihmiset ryhtyisivät kasvissyöjiksi ja alkaisivat kierrättää tavaroitaan. Sinänsä hyviä asioita, mutta näin itse ongelma karnevalisoitiin. Ihmiset kierrättivät ja neuvoivat toisiaan. Kirjoittivat toisilleen opaskirjoja ja järjestivät seminaareja siitä, kuinka hiilidioksidi saadaan siirtymään paikasta toiseen… kaikkialla nähtiin hiilinieluja, ja koko ajan kaiken tämän hälinän takana virtasi lisää fossiilista hiiltä biosfääriin, josta sillä ei ollut ulospääsyä .” Eli alarajan lukitsee se tosiseikka, että hiilivirtaa ei tulla tyrehdyttämään ajoissa!
Ja tuon ylärajan suhteen he toteavat: ”Emme suinkaan usko maailmanloppuun. Lapsia maailmanlopulla pelottelevat aikuiset ovat vastuuttomia. Ei ole olemassa sellaista viisautta, jonka perustella maailmanlopun tiedettäisiin olevan ovella, mutta hiilidioksidin äkillinen lisäys ilmakehässä nostaa vääjäämättä lämpötilaa lyhyellä aikavälillä… Ja loppujen lopuksi lämpötilan nousu pysähtyy. Kun maapallon pinta lämpenee, se säteilee voimakkaammin energiaa avaruuteen. Kasvava säteily avaruuteen löytää tasapainon auringosta tulevan lämpösäteilyn kanssa, ja lämpötila maanpinnalla asettuu uuteen arvoon. Mikä on se lämpötila, jossa näin tapahtuu, sitä ei osaa ennustaa tarkasti kukaan.” Yksinkertaistettu melkoisesti, mutta kertoo sen, että yläraja on olemassa, ja sen määrittää joku luonnon suurempi vastavoima.
Kuitenkin tuon ylärajan osalta löytyy kirjasta toinen merkittävä lause (edelleen fiktiivisessä osassa) vuoden 2042 tilannekatsauksesta: ” Poliitikkojen keskuudessa on aiheuttanut paniikin tieto, että maahan tulevan auringon säteilyvoimakkuus on lisääntynyt yli kymmenen wattia neliömetriä kohden. Tätä tekijää ei ilmastomalleissa ole osattu ottaa huomioon. Uudet ilmastoennusteet näyttäisivät nostavan maapallon lämpötilaa vuosisadan loppuun mennessä reilusti yli viisi astetta esiteollisesta ajasta laskettuna.” Lause kertoo, että tekijät tuntevat tuon tieteellisen ylärajan 3, 9 astetta ja siksi tarvitsevat tuon yllätystekijän ! Tämän lauseen jälkeen olen vakuuttunut siitä, että kirjan tekijät ovat syvällisesti perillä matemaattisista malleista, koska he tarvitsevat lisää energiaa auringosta saadakseen lämpötilan nousemaan yli viiden asteen. Ilman tätä fiktiivistä lisää, lämpötila asettuisi tuohon samaan haarukkaan kuin mainitsemasi tutkimuskin, eikä kirjan tarinassa tarvittava ilmastokaaos olisi uskottava. Eli onko niin, että syylliset tuon kirjan tekemiseen löytyvätkin sieltä tieteen huipulta? Hehän ovat ujuttaneet tuohon hiilenkierron ”karvalakkimalliin” hiilivirtoja joiden luulisi näin arkijärjellä ajatellen tuovan harmaita hiuksia tieteellisille ennustajille.
Olenko oikeassa kun ajattelen, että tuo kirjan ala- ja ylärajojen tarkastelu on rahvaanomaisesti käsiteltyä herkkyysanalyysiä, jolla halutaan sanoa, että alle 2 asteen ei jäädä ja yli 4 asteen tuskin mennään?
Eli edellä mainituin perustein kysyisin, millä tavalla nuo satunnaiset hiilipurkaukset voidaan ottaa huomioon noissa matemaattisissa malleissa? Tarkoitan suurten tulivuorenpurkausten lisäksi sellaisia asioita, joista Max Planck -instituutin ympäristöfyysikko Efstratios Bourtsoukidis toteaa Helsingin sanomien tiedepalstalla 31.01.2020:Mikko Puttosen artikkelissa: ”Lopulta päädyimme odottamattomaan johtopäätökseen. Suuret ilman etaani- ja propaanipitoisuudet ovat peräisin Punaisenmeren pohjoisosan pohjasta.”
P.S. Olen tähän saakka epäillyt yhdeksi kirjan tekijöistä Osmo Soininvaaraa, koska hän kuvaili vuosi sitten joulukuun blogisssaan ilmaston muutoksen tapahtuvan lähes identtisellä tavalla tämän kirjan kanssa (perui kyllä myöhemmin puheitaan). Kirja ilmestyi vasta Soininvaaran blogin jälkeen . Mutta vaikka hän saattaisi käyttää mustaa huumoria fasismin kuvaamiseen, niin feminismin tai uskonnon ääri-ilmiöiden kohdalla hän varmasti käyttäisi jo itsesensuuria
Minusta alkaa tuntua, että kirjan tekijät löytyvätkin jostain sieltä tiedemaailmasta. Joten tarkkailkaa toisianne 