Vårt fossila bidrag
Något som vi har rätt bra koll på är användandet av fossila bränslen genom tiderna. Kol har visserligen brutits i flera tusen år men det är först på 1800-talet i och med den industriella revolutionen som kol började användas i någon större mängd. Vid mitten av 1800-talet var förbrukningen uppe i ca 50 Mt om året, en siffra som stigit till ca 500 Mt vid förra sekelskiftet. På 1900-talet började vi även använda gas och olja och användandet av fossila bränslen var på 60-talet upp i 2.5 Gt. Idag är vi uppe över 10 Gt fossila bränslen om året.
När man talar om mängden kol och koldioxid så blir man lätt förvirrad över de olika enheter som används. När det gäller fossila bränslen så är det enkelt om man använder ton kol eller tC som enhet. Världens konsumtion kan då uttryckas i miljoner ton kol, MtC, eller miljarder ton kol, GtC. När man talar om koldioxid i atmosfären så beskriver man den oftast som en koncentration, vilket är en väldigt liten siffra som bäst mäts i miljondelar, ppm. Vår atmosfär består till ca 410 ppm av koldioxid men om vi skall jämföra koncentrationen med vår användning av fossila bränslen så måste vi veta hur många ton kol det skulle motsvara. En enkel formel ger att om vi multiplicerar koncentrationen i ppm med 2.12 så får vi mängden uttryckt i GtC. Atmosfären skulle idag alltså innehålla ca 870 GtC i form av koldioxid.
Den sammanställning som vi skall titta på är gjord av Oak Ridge National Laboratory i USA.
Vi kan börja med att ta fram ett diagram som visar utvecklingen sedan 1850-talet. Som framgår av diagrammet så var kol det helt dominerande fossila bränslet fram till 50-talet då produktionen av olja och sedan gas växer. Notera vilken tillväxt kol hade under början på 2000-talet men att den på senare år planet ut.
Om man summerar all användning under åren så får man en siffra på hur mycket fossila bränslen som vi använt totalt. Denna siffra är, som det kommer visa sig, rätt så meningslös om vi vill förstå hur atmosfärens koldioxid växer men det kan ge en tankeställare. Fram till 1965 hade vi förbrukat ca 100 GtC, tjugotvå år senare, 1987, var siffran uppe i 200 GtC, sexton år senare, 2003, 300 GtC och 2014, elva år senare, bröt den 400 GtC. Denna siffra är dock inte så intressant i sammanhanget, det som är intressant (för klimatdiskussionen) är hur vi påverkar atmosfären.
Eftersom vi är intresserade av hur vårt fossila bidrag förändrar mängden koldioxid i atmosfären så kan vi jämföra den förändrings som vi kan mäta från år till år med vår årliga användning av fossila bränslen.
Jämförelsen visar sig ställa en del frågor - den ökning vi ser (gröna kurvan) stämmer inte så väl in på mängden fossila bränslen vi använder.För det första ser vi hur vårt årliga bidrag ökar från år till år men ökningen i atmosfärens är allt från jämn. Vi har kanske i bakhuvudet att de snabba förändringarna drivs av temperaturförändringarna men även om vi tänker bort dessa så finns det frågetecken.
I början på sextiotalet (under åren 1960-1964) så använde vi totalt 13.7 GtC, atmosfärens ökning var under den perioden totalt sett 7.7 GtC dvs 56% av vårt fossila tillskott. Under början på 2010-talet (2010-2014) så var vår fossila användning 49.7 GtC men ökningen i atmosfären vara endast 11.2 GtC dvs 22% av vårt bidrag.
Den enkla idén att ökningen i atmosfären skulle vara direkt beroende av vårt fossila bidrag haltar rejält. För att förstå sambandet mellan dessa storheter måste vi hitta en modell för vad som verkligen händer.
En enkel modell
Vi kan, för enkelhetens skull, modellera atmosfärens koncentration av koldioxid som ett utbyte mellan atmosfären och ett mycket stort hav. Detta är inte så som det ser ut i verkligheten, men det visar sig att denna modell fungerar utmärkt för att beskriva hur koncentrationen i atmosfären utvecklas.
När vi tillför koldioxid till atmosfären så påbörjas en process för att återställa en balans mellan den koldioxid som finns i atmosfären och den som finns i haven. Förhållandet mellan dessa två reservoarer är i storleksordningen 1:40 eller 1:50. Haven innehåller bra mycket mer kol än vad atmosfären gör; hur mycket som finns i haven är en grov uppskattning men mängden i atmosfären har vi desto bättre koll på. Keeling-kurvan ger besked och genom att multiplicera med 2.12 så kan vi omvandla ppm till GtC. Om vi idag har ca 410 ppm så skulle det motsvara 870 GtC. Om vi jämför det med de dryga 400 GtC som vi bidragit med så blir man kanske lite orolig.
Om vi för ögonblicket gör det enkelt för oss och funderar över var de ca 400 GtC som vi bidragit till skulle befinna sig då en jämvikt åter har infunnit sig. De skulle med all sannolikhet också fördela sig i förhållandet 1:40 eller 1:50. Detta är på inget sett kontroversiellt och även den mest klimattroende skulle skriva under på den slutsatsen. Den stora frågan är hur lång tid det skulle ta; om det skulle ske på några årtionden så kan vi fortsätta att använda fossila bränslen utan att koldioxidnivån höjs, är det frågan om tusen år så kommer vi se en markant ökning med de konsekvenser (mest positiva) som det skulle leda till.
I vår enkla modell kommer vi att anta att haven är så stora att vårt lilla bidrag till dess koldioxidinnehåll är försumbar. Det är inte långt från sanningen om haven innehåller 38.000 GtC och vi har bidragit till maximalt 400 GtC. Atmosfären är det vi är intresserade av och där kan naturligtvis vårt bidrag göra en stor skillnad. För att förstå hur stor skillnad måste vi göra ett antagande om hur snabbt balansen mellan de två reservoarerna inställer sig. Detta avgörs av hur stort utbytet mellan reservoarerna är per år: ett litet utbyte ger en lång tid, ett stort utbyte ger en kort tid.
Det finns olika uppskattningar på hur stort utbytet är mellan atmosfären och havet men för att visa på ett exempel så skall vi ta en siffra (som det finns stöd för) som säger att ca 7% (ca 60 GtC) av atmosfärens koldioxid transporteras ner i haven varje år. Detta ersätts naturligtvis av en transport från haven så att vid jämvikt är koncentrationen oförändrad. Om du börjar leta efter uppskattningar på utbytet mellan hav och atmosfär så kommer du hitta siffror som är bra mycket högre än de vi antar här men vi har råd att vara lite konservativa.
Vi börjar i en värld i jämvikt så har vi en viss mängd kol i atmosfären, en transport från atmosfären till haven på X GtC och en lika stor transport från haven till atmosfären varje år. Antag nu att vi tillför atmosfären 10 GtC koldioxid, vad kommer att hända? I vår enkla modell så kommer transporten från atmosfären till haven att öka så att den nu är X GtC plus 7% av de 10 GtC som vi tillför. Atmosfären kan inte göra skillnad på naturligt koldioxid och det som har fossilt ursprung utan transporterar gladeligen 7% av allt till haven. Vad kommer nu att hända med transporten från haven till atmosfären - den förblir X GtC. Transporten från haven till atmosfären är proportionell mot mängden kol i haven, men vårt lilla bidrag på 7% av 10 GtC gör ingen mätbar skillnad.
Man kan redan nu invända och påpeka att jorden minsann består av mer än hav och att haven hur stormiga de än må vara inte på något sätt är en välblandad reservoar. Dessa invändningar är helt riktiga men vi väntar ett tag med dem till vi förstår hur vår enkla modell fungerar.
I vår enkla modell så finns efter ett år ett mänskligt bidrag i atmosfären på 9.3 GtC (0.7 GtC gick ner i haven). Efter ytterligare ett år har denna siffra minskat till 8.6 GtC, året efter till 8.0 GtC. Efter tio år är mängden nere i 5 GtC, vi har en halveringstid på 10 år. Efter 20 år har vi 2.5 GtC och efter 30 år 1.25 GtC ... osv. Efter 50 år är vi ner i i 0.02 GtC dvs inte mätbart med de instrument vi har.
Hmm, ok - kanske sant, men nu släpper vi inte ut 10 GtC och sen ingenting utan vi släpper ut 10 GtC per år, år efter år!
Vad händer om vi släpper ut 10 GtC år efter år så att alla bidrag sakta men säkert höjer mängden koldioxid i atmosfären? Efter första året finns det 9.3 GtC kvar, andra året 8.6 + 9.3 GtC, tredje året 8.0 + 8.6 + 9.3 GtC …. varje år trycker vi ut 10 GtC men det som återstår från de tidigare åren har ännu inte försvunnit. Om vi ser hur mycket utav vårt bidrag som tillförs haven så är det första året 0.7 GtC, andra året 1.35 GtC (7% av 9.3 GtC + 7% av 10 GtC), tredje året 1.95 GtC (7% * 8.6 + 7% * 9.3 + 7% * 10). För varje år som går kommer vårt total bidrag att öka men det kommer även den mängd som vi för varje år för ner i haven.
Antag att vi har kommit upp i en nivå där vi har tillfört atmosfären 143 GtC. Hur mycket av det kommer försvinna ner i haven ... 7% av 143 .. 10 GtC - vi tillför då haven lika mycket som vi släpper ut. Om vi håller en fossil användning till 10 GtC om året kommer vårt maximala bidrag till atmosfären vara 143 GtC eller 67 ppm.
Vårt bidrag hittills
Om vår modell stämmer med verkligheten så kan vi räkna ut hur stort vårt bidrag till den koldioxidökning vi ser som verkligen kommer från fossila källor. Vi utgår från de utsläppsdata vi har och räknar oss framåt från 1750 tills idag. Vi lägger varje år till våra utsläpp men låter samtidigt 7% av den totala mängden försvinna ner i haven. Om vi sen gör en jämförelse med hur Keeling-kurvan förändras så får vi följande diagram; här ser vi våra årliga utsläpp och också vårt årliga bidrag till atmosfären.
Vi släpper alltså ut 10 GtC men bidrar bara med 2 GtC utav den ökning på 4 GtC som vi observerar. Man kan och ska ställa sig frågan varifrån det övriga bidraget kommer ifrån och svaret på det är kanske haven. En ökad temperatur får haven att avge mer koldioxid och den ökning vi ser kan mycket väl förklaras med ett varmare hav.
Hur mycket har vi bidragit med hittills? Vi kan räkna om vårt totala bidrag i ppm och jämföra med Keeling-kurvan. Vi ser att under tiden från 1959 då mätningarna startade så har koldioxiden i atmosfären ökat från 316 ppm till 399 ppm (2014) dvs en ökning på 83 ppm. Under den perioden har den vårt fossila bidrag vuxit från 10 ppm till nästan 50 ppm dvs 40 ppm.
Utav den ökning vi sett sedan 1959 står vi för mindre än hälften, ökningen vi ser är mer beroende av temperaturförändringar än användning av fossila bränslen. Vårt bidrag är inte obetydligt men det är kanske bra mycket mindre än vad man tror om man följer medias larmrapportering.
Nota bene
Den uträkning vi har gjort är baserad på en mycket förenklad modell av vad som sker i utbytet mellan atmosfär, hav och biosfär. Det är dock så att en modell alltid är en förenkling och vi skall försöka använda oss av den enklaste modellen som kan förklara de observationer vi gör. Vi har gjort några antagande som att transporten från atmosfären till haven skulle vara 7% om året, denna siffra är inte gripen ur luften utan har vetenskapligt stöd. Vi kan diskutera om den är 6% eller 10% men den är inte 1%. Gör vi om beräkningarna med en högre siffra så kommer vårt bidrag att bli mindre. Vi har även gjort förenklingen och antagit att jorden endast består av hav och att dessa fungerar som en omblandad reservoar vilket inte är sant; dock så visar det sig att i många av de observationer vi gör så beter sig jorden faktiskt som att så vore fallet.
Framtiden
Hur kommer framtiden att te sig givet vår enkla modell? Om vi fortsätter med våra utsläpp om 10 GtC om året å kommer vårt bidrag till atmosfären plana ut vid 67 ppm från dagens 50 ppm dvs obetydligt. Om vi ökar vår användning till det dubbla så kommer vi sluta på det dubbla 134 ppm. Om vi antar att vi i övrigt har ett naturlig nivå på 350 ppm så ger det ett totalt värde på 484 ppm. Mycket? Ja - men långt ifrån en fördubbling från dagens nivåer. Vi kan titta närmare på vad en ökad mängd koldioxid i atmosfären verkligen bidrar till men man kan börja med att konstatera att nivån inte kommer att skena iväg.
