Levetiden til CO2 i atmosfæren

Det vil ta i størrelsesorden hundre tusen år før CO2 konsentrasjonen i atmosfæren har falt ned mot førindustrielt nivå selv om de menneskeskapte utslippene stopper nå.

Det tar i gjennomsnitt ca fem år før et CO2 molekyl i atmosfæren oppløses i havets overflate eller blir tatt opp av vegetasjonen gjennom fotosyntesen. Mange tror derfor på myten om at CO2 konsentrasjonen i atmosfæren vil gå tilbake til førindustrielt nivå i løpet av noen tiår hvis de menneskeskapte utslippene stopper nå. David Archer forklarer opphavet til myten før han knuser den [Archer 2005]. Men myten lever videre, og Klimarealistene gjentok den nylig i et innlegg på hjemmesiden deres.

Andre CO2 molekyler kommer tilbake til atmosfæren. Noen kommer fra havet, og noen kommer fra karbonet i vegetasjonen gjennom respirasjon, forbrenning og forråtnelse. I pre-industriell tid var det balanse mellom disse naturlige overføringene til og fra atmosfæren.

De menneskeskapte CO2 utslippene er vesentlig mindre enn de naturlige overføringene nevnt over. Men vi mennesker overfører karbon til atmosfæren uten å åpne en tilsvarende retur, noe som fører til økt karbonmengde i atmosfæren. Over tid vil den økte karbonmengden fordele seg mellom atmosfæren, havet, vegetasjonen og jordsmonnet. Etter ca tusen år vil det oppstå likevekt i denne fordelingen, men en betydelig del av den økte karbonmengden vil fremdeles være igjen i atmosfæren. Deretter vil det ta i størrelsesorden hundre tusen år før den økte karbonmengden er avsatt som sedimenter på havbunnen og dermed ikke lenger bidrar til forhøyet CO2 konsentrasjon i atmosfæren.

Figur 1 viser hvordan CO2 konsentrasjonen i atmosfæren vil falle etter en stor CO2 injeksjon. Vertikal akse viser gjenværende økning i CO2 konsentrasjonen som prosent av den opprinnelige økningen.

Figur 1: En stor CO2 mengde injiseres til atmosfæren ved tiden null. Figuren viser hvordan den forhøyete CO2 konsentrasjonen i atmosfæren avtar med tiden. De dominerende prosessene og deres tidskonstanter er tegnet inn. Figuren er basert på Figure 10-4 i [Archer 2011], som også er basisen for Nature artikkelen Carbon is forever.

CO2 konsentrasjonen i atmosfæren vil falle raskt i de første månedene og årene etter CO2 injeksjonen fordi mye CO2 vil bli tatt opp av vegetasjonen, jordsmonnet og de øvre lagene av havet. Men CO2 fluksen tilbake til atmosfæren fra disse lagrene vil øke, så reduksjonen går gradvis langsommere. Havet vil fortsette å ta opp CO2 når vann i de øvre lagene erstattes med vann fra de dypere lagene. Også andre prosesser overfører karbon nedover i dypet. Men havet er et tregt system, og det vil ta i størrelsesorden tusen år før vannmassene er blandet. Det grønne området i figuren illustrerer CO2 opptak i vegetasjonen, jordsmonnet og havet. Etter tusen år vil ca 25% av den opprinnelige CO2 økningen fremdeles være igjen i atmosfæren.

Etter tusen år vil andre prosesser dominere for å bringe atmosfærisk CO2 innhold ned mot nivået det ville hatt uten injeksjonen. Disse prosessene er langsomme.

Havet er basisk, men det blir mindre basisk når CO2 konsentrasjonen øker. Dette kalles havforsuring. Det forårsaker at kalsiumkarbonat i sedimenter på visse dyp av havbunnen løses opp. Disse reaksjonene reduserer CO2 mengden i havet, og dermed også i atmosfæren. Prosessen kalles karbonat-kompensasjon. Det blå området i Figur 1 illustrerer når karbonat-kompensasjonen er den dominerende prosessen i å redusere atmosfærisk CO2.

Karbonat-kompensasjonen bidrar til å stabilisere havet surhetsgrad. Det er en treg prosess som tar i størrelsesorden ti tusen år. Forsuringen av havet skjer nå mye raskere enn det, og karbonat-kompensasjonen klarer derfor ikke å stabilisere surhetsgraden. Vi vil få en topp i havets surhetsgrad i de neste tusen årene.

Kalsiumkarbonat er en viktig bestanddel i skallet til skalldannende alger og plankton. Et surere hav vil gjøre det vanskeligere for dem å danne og å vedlikeholde skallene sine. Det er først i den senere tiden at vitenskapen har begynt å forstå konsekvensene som dette kan ha for økosystemet i havet. Mange er bekymret for dette, noe som gjenspeiles i kapitel 3.2.8 i [IPCC AR5 WG1].

Etter ti tusen år vil ca 10% av den opprinnelige CO2 økningen fremdeles være igjen i atmosfæren. Da vil forvitring av vulkanske bergarter overta som den dominerende prosessen for å fjerne de siste restene av CO2 injeksjonen i atmosfæren. Rødt område i Figur 1 illustrerer denne prosessen. Den trenger mye mer tid enn de 25 tusen årene som figuren dekker. Prosessen kalles jordens silikat termostat. Den har regulert jordens temperatur gjennom geologiske tider. Perioder med stor vulkansk aktivitet fører til at atmosfærens CO2 innhold stiger. Det blir varmere og våtere, og is smelter. Alt dette bidrar til at forvitringen øker og drar atmosfærens CO2 innhold nedover igjen. Jorden har tidligere vært i snøball tilstand med sne og is helt ned til ekvator. Da eksponeres lite vulkansk fjell for sur nedbør, og forvitringen er liten. Men vulkanene fortsetter som før med å slippe ut CO2 til atmosfæren. Atmosfærens CO2 innhold stiger, det blir varmere, is smelter og avdekker vulkanske bergarter, og forvitringen øker igjen [Archer 2011].

CO2 utslippene fra vår brenning av fossilt brennstoff er mye større enn både CO2 utslippene fra vulkanene og karbonmengden som avsettes permanent som sedimenter på havbunnen. Derfor øker atmosfærisk CO2 konsentrasjon nå så raskt som den gjør. US Geological Survey anslår i artikkelen Volcanic Gases and Climate Change Overview at de menneskeskapte CO2 utslippene i 2010 var 135 ganger større enn CO2 utslippene fra vulkansk aktivitet.

Figur 1, og figuren i [Archer 2011] som den baserer seg på, sier hverken noe om usikkerheter eller om eksakt størrelse på karbonutslippet ved tiden null. Usikkerhetene er betydelige, noe TFE.7 Figure 1 i [IPCC AR5 WG1] viser. Den viser også at store utslipp er dobbelt skadelige. Etter tusen år vil ca 15% av et moderate utslipp være igjen i atmosfæren, men 40% av et stort utslipp vil være igjen. Det moderate utslippet er et hundre PgC, som tilsvarer ti års utslipp fra dagens brenning av fossilt brennstoff. Det store utslippet er fem tusen PgC, som tilsvarer utslippene fra brenning av de antatte lagrene av fossilt brennstoff. Ett PgC er det samme som ett GtC, som er en milliard tonn karbon. Utslippet ved tiden null i Figur 1 er mellom tusen og to tusen PgC. Anslaget er basert på [Archer 2005] og på nevnte figur i [IPCC AR5 WG1]. Summen av de menneskeskapte utslippene vil sannsynligvis være i den størrelsesorden før vi får kontroll over utslippene.

Referanser

Archer 2005: Archer, David, Fate of fossil fuel CO2 in geologic time.
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2004JC002625/full

Archer 2011: David Archer, Global Warming: Understanding the Forecast,
http://www.amazon.com/Global-Warming-Understanding-David-Archer/dp/0470943416

IPCC AR5 WG1: IPCC, Climate Change 2013 - The Physical Science Basis
http://www.ipcc.ch/report/ar5/wg1/