För att avgöra vilken beräkning av klimatets känslighet för växthusgaser som ligger närmast sanningen kanske man studera hur klimatet faktiskt har påverkats av koldioxidhalt och andra faktorer genom tiderna?

Det finns data som ger indikationer på temperatur och koldioxidhalt i atmosfären långt tillbaka i tiden – även om osäkerheten blir större ju längre tillbaka vi kommer – så att man kan göra någorlunda kvalificerade gissningar om hur de korrelerar med varandra.​ Hur starkt verkar sambandet vara?

800 miljoner år

​(Temperatur efter C.R. Scotese. CO2-halten efter R.A. Berner, 2001 (GEOCARB III)).

Sett över större delen av livets historia på jorden framgår det att vi, tvärtemot vad många kanske tror, inte lever i en ovanligt varm period, utan tvärtom ovanligt kall. Tekniskt sett är vi fortfarande inne i en istid. Och koldioxidhalten i atmosfären är också historiskt extremt låg, på gränsen till vad jordens växter klarar.

Både medeltemperaturen och koldioxidhalten har varit betydligt högre än idag (dvs c:a 14,5 grader C resp. 400 ppm) samtidigt som livet blomstrat, exempelvis under den ”kambriska explosionen” av nya arter (22 grader C resp. 4 000 – 7 000 ppm).

Men det verkar inte finnas något starkt samband mellan koldioxidhalten och temperaturens växlingar genom jordens geologiska tidsåldrar. Men det beror faktiskt på att koldioxid samspelar med andra faktorer, framför allt solen. Om man tar hänsyn till solens betydelse är korrelationen tydlig (Royer et al, 2009):

Sol o koldioxid geologiskt ny

Koldioxid verkar alltså, över dessa långa tidsspann, ha ett samband med jordens medeltemperatur, och därmed med klimatet. Men det är svårt att säga hur sambandet närmare bestämt ser ut. Över så här långa tidsperioder blir upplösningen låg, och det skulle lika gärna kunna vara temperaturen som styr koldioxidhalten som tvärtom – eller båda som styrs av en tredje faktor. Jag återkommer till denna fråga i diskussionen av data med högre upplösning över kortare tidsperioder som ligger närmare nutiden i nästa kapitel (kap. 9).

Bra eller dåligt med höga koldioxidhalter?

Höga koldioxidhalter i atmosfären och värme har inte självklart varit något negativt. Den geologiska historien visar att livet blomstrat under förhållanden med betydligt högre temperaturer, och med mångdubbelt högre koldioxidhalt i atmosfären än idag, till exempel under Kambrium och Ordovicium:

Geologiskt liv

Det finns dock exempel på att både global uppvärmning och nedkylning teoretiskt kan tänkas ha orsakats delvis av förändringar av atmosfärens koldioxidhalt och medfört ekologiska katastrofer.

Men det är inte alltid så lätt att reda ut exakt vad som hände, i alla fall när det gäller det fåtal tillfällen då det förekommit katastrofal global uppvärmning. Det handlar i så fall om mycket ovanliga och extrema händelser, till exempel det gigantiska vulkanutbrott som under den geologiska epoken Perm för 250 miljoner år sedan förvandlade halva Sibirien till ett kilometerdjupt hav av lava.

Perm-katastrofen

Det frigjorde tusentals gigaton koldioxid, och även enorma mängder andra giftiga gaser, i en atmosfär som redan var rik på koldioxid.

Den gången dog 95% av alla livsformer ut. Men livet återhämtade sig, trots allt.

En global uppvärmning på grund av extremt hög koldioxidhalt kan också ha inträffat i övergången mellan Paleocen och Eocen för 55 miljoner år sedan, dock med jämförelsevis milda effekter på livet (10% dog ut, medan de flesta arter anpassade sig och några faktiskt tillkom). Och vid de tillfällen då jorden kylts ner och förvandlats till en ”snöboll” kan en dramatiskt minskande koldioxidhalt i atmosfären ha haft en betydelse. Liksom även när dessa djupa istider till slut bringades till ett slut genom att små, potenta mängder koldioxid från vulkanutbrott kan ha skapat en uppvärmande växthuseffekt.

Allt detta har dock skett i ett samspel med flera andra faktorer, framför allt cykliska variationer i jordbanan runt solen och jordaxelns lutning, de s.k. Milankovich-cyklerna, som påverkar instrålningen av solljus mot jorden och med stor sannolikhet har haft en avgörande betydelse för klimatet. Vi ska återkomma till det:

Milankovich AR4

Det är svårt att dra några säkra slutsatser om hur mycket koldioxidhalten bidragit till dessa ovanliga katastrofer, och därmed hur känsligt klimatet är för denna växthusgas. I själva verket beror nog tolkningen av orsakerna till katastroferna till stor del på vilka antaganden man redan gör om klimatkänsligheten.

Under de senaste fem miljoner åren har jorden blivit så kall att det förekommit en serie djupa istider, som i flera fall lett till att hela jorden blivit till en ”snöboll”. Under de senaste 400 000 åren har det varit fyra långa istider, avbrutna av korta perioder av mildare klimat. Det är inte längre sedan än att vi kan få en mycket god uppfattning om klimatet och atmosfären genom att borra i inlandsisarna i Arktis och på Grönland. Jag ska gå närmare in på vad som kan tänkas ha gett upphov till och bidragit till att avsluta istiderna i nästa kapitel, som zoomar in tidsperspektivet på de senaste 400 000 åren.

Över geologiska tidsspann är det i alla fall teoretiskt möjligt att koldioxidhalten i atmosfären främst har haft betydelse för jordens klimat under extrema förhållanden och i samspel med andra faktorer. Det faktum att dessa katastrofer är så ovanliga och jordens klimat inte ens då spårat ur helt talar dock starkt för att klimatet inte är särskilt känsligt för koldioxidhalten. Det verkar som om negativ feedback balanserar positiv feedback på uppvärmning, vare sig den beror på en växthuseffekt eller inte.

Den svaga, tidiga solen (nytt avsnitt 2018-10-06)

I jordens allra tidigaste historia var solen mycket svagare än idag. Jorden borde ha varit en isboll, men var ändå tillräckligt varm för att ha flytande vatten och förutsättningar för liv. För 4-3,5 miljarder år sedan, när de första encelliga livsformerna uppstod, var det antagligen ungefär 10 grader varmare än idag, trots att solen hade kanske 75-80% av dagens styrka. Sedan dess har det alltså blivit kallare, samtidigt som solen blivit varmare.

Det verkar ju inte gå ihop.

En förklaring skulle kunna vara att halterna av koldioxid i atmosfären var betydligt högre och har sjunkit stadigt till dagens nivåer. Det skulle i så fall bevisa att växthuseffekten från koldioxid har en avgörande betydelse för jordens temperatur och klimat.

Det framstår som ett starkt argument.

Men, först och främst är det förstås inte det enda argumentet i klimatfrågan. Så länge det finns så mycket som talar emot att koldioxidhalten i atmosfären styr klimatet är det berättigat att förhålla sig skeptisk.

För det andra är det inte självklart att argumentet håller.

Det är svårt att veta något säkert om förhållandena på jorden under dess allra tidigaste geologiska historia. Det är ingen tvekan om att solen var svagare, och att det fanns flytande vatten redan för 4-3,5 miljarder år sedan – det framgår av fossilerade sediment och var naturligtvis en förutsättning för att livet skulle uppstå. Men denna paradox skulle kunna förklaras på fler än ett sätt, och frågan är vad vi kan veta säkert om atmosfärens sammansättning för så länge sedan. Att det skulle ha varit halten av koldioxid som skapade en växthuseffekt som höll jorden tillräckligt varm är en hypotes, inte ett faktum.

Vilka andra förklaringar är tänkbara?

1. Även om solen var svagare så var den antagligen mer aktiv, med en kraftigare solvind. Enligt en hypotes kan det ha bidragit till att det bildades färre moln som reflekterade solljuset, som därmed kunde värma jorden mer än idag. Antagandet är att solvinden skyddar jorden från kosmisk strålning, som har betydelse för molnbildning. Här kan, enligt samma teori, frekvensen av supernovor och solens position i Vintergatan, ha spelat in.

2. Den starkare solvinden kan också ha bidragit till höga halter av kväveoxid i atmosfären, som kan ha haft en mycket kraftigare växthuseffekt än koldioxid, men som inte är något vi behöver oroa oss för idag.

3. Det är mycket som var väldigt annorlunda i jordens barn- och ungdom. Månen låg betydligt närmare jorden, jorden roterade snabbare och kontinenterna låg inte som idag. Hur dessa faktorer påverkat jordens klimat är svårt att säga, men de kan mycket väl ha bidragit till ett varmare klimat på olika sätt.

4. Om atmosfärens täthet har den avgörande betydelsen för temperaturen så kan det ha varit den viktigaste förklaringen, snarare än dess sammansättning.

Även dessa hypoteser är osäkra, men med tanke på att det finns så många andra, oberoende skäl att tvivla på koldioxidens roll, bör man inte avfärda vare sig dem eller möjligheten till andra, ännu okända, förklaringar.

Å andra sidan har jag inte uteslutit att koldioxidhalten har någon betydelse alls för klimatet, framför allt inte vid förändringar på mycket låga nivåer eller vid extremt höga nivåer. Men för att kompensera för den svaga solen skulle det ha krävts att halterna låg tusen gånger högre än idag, vilket i alla fall inte riktigt är ett realistiskt scenario att vi skulle riskera att uppleva på grund av förbränning av fossila bränslen. Det mesta av den koldioxid som funnits i jordens atmosfär är heller inte bunden i det vi kallar fossila bränslen, utan i sedimenterade karbonater.

Sammanfattningsvis är vår kunskap om förhållandena i jordens tidiga historia för svag för att någon enstaka hypotes ska kunna användas som ett särskilt starkt argument för att koldioxid orsakar ett klimathot idag.

Hur den tidiga, svaga solen går ihop med existensen av flytande vatten på jorden är inte så mycket en paradox som ett ouppklarat mysterium.