Växthuseffekten upptäcktes redan på 1800-talet (Fourier 1824) och kan lätt bevisas med enkla laboratorieförsök. Gaser som koldioxid och metan, men framför allt vattenånga, som står för 95% av växthuseffekten, saktar ner värme från jordytan på dess väg ut i rymden.

Växthuseffekten

Koldioxidmolekyler kan absorbera en del av den infraröda strålningen, men det är felaktigt att säga att den ”fångas”, eftersom den snabbt strålas ut igen i alla riktningar, även ut mot rymden. Resultatet är hur som helst att luftlagret närmast jordytan (troposfären) blir varmare än den annars skulle ha varit. Hypotesen om global uppvärmning bygger på antagandet att om halten av växthusgaser ökar, så stiger också temperaturen på jorden. Koldioxidhalten i atmosfären mäts dock bara i miljondelar, cirka 0,04%. Hur kan den ha så stor betydelse?

Växthuseffekten är en av de fysikaliska mekanismer som enligt den dominerande teorin gör livet möjligt på jorden, som annars skulle vara alltför kall.

Men det kan bli för mycket även av det goda, sägs det. Ju mer koldioxid, desto varmare, tänker nog de flesta, och föreställer sig ett mer eller mindre linjärt förhållande mellan koldioxidhalt och temperatur – kanske till och med exponentiellt.

Det stämmer dock inte.

Till grundläggande fysik hör nämligen att den direkta växthuseffekten av koldioxid ökar LOGARITMISKT, på ett sätt som är motsatsen till exponentiellt, när ytterligare koldioxid tillförs:

Saturation2Den röda linjen i grafen markerar de förindustriella värdena, den gröna linjen värdena i början av 2000-talet och den svarta linjen effekten av en fördubbling av de förindustriella värdena.

Den direkta växthuseffekten av ytterligare koldioxid AVTAR alltså efter hand som halten ökar, enligt mönstret att en fördubbling av halten alltid leder till 1,1 grads temperaturhöjning. Om en fördubbling från 100 ppm (”parts per miljon”, 100 miljondelar=0,01%) till 200 ppm orsakar 1,1 grads temperaturökning, så kräver nästa ökning med 1,1 grad att halten återigen fördubblas från 200 ppm till 400 ppm. Och nästa ökning med 1,1 grad kräver en ny fördubbling till 800 ppm, och därefter till 1600 ppm osv.

Det är som när man målar en vägg. Den första strykningen gör stor skillnad, men efter ett antal påmålningar är väggen helt täckt med färg, och blir inte mycket mer målad för att man målar ytterligare en gång.

Det är alltså ett misstag att tro att bara för att halten av en växthusgas som koldioxid är låg, så kan den inte ha någon effekt på klimatet. Det är tvärtom när halten är riktigt låg som den direkta effekten är som starkast.

Dessa värden handlar dock bara om den direkta växthuseffekten av koldioxid, som den kan mätas i laboratoriet. En av klimathotets ivrigaste försvarare i Sverige, det sk Uppsala-initiativet, påpekar helt korrekt att denna grundläggande fysikaliska egenskap hos koldioxid – som är ”välkänd” – inte kan användas som argument emot att det pågår en accelererande växthuseffekt. Det är heller inte poängen i mitt resonemang.

I atmosfären råder helt andra förhållanden än i laboratoriet, och effekten av växthusgaser är betydligt svårare att fastställa, eftersom en stor mängd olika faktorer påverkar varandra i ett komplext samspel.

Det betyder att klimathotet handlar om mycket mer än ”bara grundläggande fysik” och enkla välkända mekanismer. Om växthuseffekten var densamma i atmosfären som i laboratoriet skulle det inte finnas någon anledning till oro.

Hypotesen bakom klimathotet bygger på antagandet att även en liten temperaturökning, exempelvis orsakad av en ökning av koldioxidhalten i atmosfären, leder till andra effekter (positiv feedback) som förstärker uppvärmningen. Framför allt leder en temperaturökning, även en liten, till ökad avdunstning av vatten till atmosfären – och ökad luftfuktighet ger en växthuseffekt som är betydligt starkare än från koldioxid. Därmed är en ond cirkel igång, där ännu mer vattenånga frigörs till atmosfären, som ytterligare förstärker växthuseffekten, och med stigande temperaturer kommer fler förstärkande faktorer in i bilden.

Det är därför det talas om en ”tipping point”, en ”point of no return”, då klimatet antas börja skena okontrollerat. Om denna hypotes stämmer kan vi förvänta oss att temperaturen inte bara ökar, utan att ökningstakten accelererar allt snabbare.

Men det faktum att jorden inte redan råkat ut för en skenande växthuseffekt talar för att atmosfären på jorden har en förmåga att balansera växthuseffekten. Om klimatet var så känsligt för små temperaturökningar, borde det ha skenat för länge sedan. Koldioxidhalten har också varit många gånger högre än idag tidigare i jordens historia – förbränning av fossila bränslen, dvs gamla växter, frigör ju koldioxid som en gång fanns i atmosfären – utan problem. Det verkar till och med som om livet blev till och frodades med mångdubbelt högre koldioxidhalt än idag.

Jorden har förvisso upplevt perioder där extremt hög koldioxidhalt bidragit till en miljökatastrof, och vid ett tillfälle nära nog utplånat allt liv. Men livet återhämtade sig, och inte ens denna unika katastrof ledde till någon verklig ”point of no return”.

En förklaring till att livet på jorden överlevt och utvecklats genom tiderna kan vara att olika klimatfaktorer har effekter som balanserar varandra.

Växthuseffekten ger nämligen inte bara upphov till förstärkande mekanismer (positiv feedback), utan också försvagande (negativ feedback). Högre luftfuktighet bidrar exempelvis till ökad molnbildning – höga moln bidrar visserligen till uppvärmning av markytan, medan låga, vita moln har en avkylande effekt på dagen genom att skugga jorden, men en värmande effekt på natten. Molnbildning är dock fortfarande ett relativt outforskat område inom klimatvetenskapen, och det råder oenighet om huruvida den samlade effekten av moln är uppvärmande eller avkylande totalt sett. Men som vi ska se i kapitel 28. ”Vad styr klimatet?” finns det ett starkt samband mellan mängden låga, vita moln och den globala medeltemperaturen.

Växthuseffekten påverkar i själva verket en stor mängd faktorer, som i sin tur sekundärt bidrar till uppvärmning eller avkylning. Atmosfären är ett oerhört komplext och kaotiskt system av komplexa och kaotiska system som vi ännu vet alltför lite om för att kunna beskriva och förutsäga säkert. Genom att väga samman många olika observationer kan vi dock få indikationer om vart klimatet är på väg när koldioxidhalten i atmosfären ökar.

Det sammanfattande värdet på summan av effekterna från en ökad koldioxidhalt brukar kallas för ”klimatkänslighet”. Ett värde över 1 betyder att den direkta växthuseffektens uppvärmning förstärks, ett värde lägre än 1 att den försvagas, av sekundära effekter, dvs feedbacks.

Här är vi dock långt utanför vad som kan kallas grundläggande fysik eller etablerad vetenskap. Här är osäkerheten stor och man borde förvänta sig att det skulle pågå en öppen och frejdig vetenskaplig debatt, där alla gjorde sitt yttersta för att (respektfullt) falsifiera varandras (och sina egna) teorier.

Men istället får vi höra att debatten är avslutad, och att skeptiker är vetenskapsförnekare som kan liknas vid ”the Flat Earth Society”. Detta är i sig en varningssignal för en tänkande människa. Det är inget tecken på sund vetenskap.

Även FN:s klimatpanel erkänner att vi vet lite eller mycket lite om de olika faktorer som påverkar klimatet (från rapporten AR2007, 2.9.1 Uncertainties in Radiative Forcing):

Level of understandingI de datormodeller som används för att simulera, dvs teoretiskt ”experimentera med” jordens atmosfär räknar man en klimatkänslighet på ungefär 2–4,5, med ett centralt värde på 3, vilket betyder att den direkta effekten av växthusgaserna antas bli tredubblade av sekundära effekter. En ökning med 1,1 grad blir, när man räknar med feedbacken, 3,3 grader, för varje fördubbling av koldioxidhalten:

FeedbacksVilken klimatkänslighet man räknar med har helt avgörande betydelse för klimatfrågan, och det är allt annat än självklart vad som är det rätta värdet. Dr William Gray, professor emeritus i atmosfärvetenskap vid Colorado State University menar till och med att den negativa feedbacken från moln minskar koldioxidens effekt med 0,8 grader C, till enbart 0,3 grader C per fördubbling.

Men det kan finnas problem med hur hur man ska räkna också. Formeln för att beräkna feedback är hämtad från elektronikvetenskapen (feedback=”rundgång”). Den framstående amerikanske fysikern William Happer har påtalat en rad felaktigheter i FN:s tillämpning av formeln, och menar att klimatkänsligheten är betydligt lägre än vad FN:s klimatpanel tror (”Happer sensitivity”). Det finns en intervju med Happer längst ner på denna sida.

Happers slutsats är att en fördubbling av koldioxidhalten i atmosfären leder till en temperaturökning på mellan 1,1*0,9 och 1,1*1,3 grader C, med ett centralt värde på 1,1*1,1, dvs 1,21 grader C.

En vanlig uppfattning bland skeptiker är att klimatkänsligheten är ungefär 0,5, vilket innebär att summan av positiv och negativ feedback minskar den direkta effekten av en fördubbling av koldioxidhalten i atmosfären till +0,55 grader C:

Låg klimatkänslighet

Men det är inte bara några udda skeptiker det handlar om. Det råder stor oenighet bland etablerade och allmänt erkända forskare om vilken påverkan koldioxid faktiskt har på klimatet, dvs hur känsligt klimatet är för tillförsel av koldioxid, och nästan ingen kommer till någon särskilt exakt slutsats:

Ingen konsensus om klimatkänslighetDet kan verka invecklat och teoretiskt, men bygger ytterst på iakttagelser av klimatet och dess olika drivkrafter genom tiderna och fram till idag. Jag kommer att ta upp en rad sådana argument, som det räcker med enkel logik och allmänbildning för att förstå, i kommande kapitel. De viktigaste bevisen tar bara några minuter att förstå:

1. Om effekten från växthusgaser förstärks av ökad avdunstning borde särskilt atmosfären över tropikerna bli varm av fuktig luft 10 km över jordytan. Det kan man mäta med hjälp av väderballonger och satelliter (kapitel 3).

2. Ökad avdunstning borde göra atmosfären fuktigare. Luftfuktigheten har mätts globalt sedan 1948 (kapitel 4).

3. Om växthuseffekten tilltar, så att alltmer värme stannar kvar runt jorden, borde värmeutstrålningen till rymden minska. Satelliter har mätt strålningsbalansen under 30 års tid.

Men några sådana bevis finns inte. Läs mer om det i kapitel 5.

Strider hypotesen om ”växthuseffekten” mot termodynamiken?

Det finns en tung invändning mot hypotesen att det är växthusgaser som värmer marken och luften vid jordytan.

Energi flödar naturligt från en varmare kropp till en kallare för att utjämna temperaturskillnaden, och det omvända kräver tillförsel av energi från någon annanstans. I båda fallen ökar den totala entropin.

Men hur kan i så fall värme från växthuseffekten i mellersta troposfären överföras till marken och luften vid jordytan, om dessa redan är så uppvärmda av solenergin, att de strålar ut den i form av värme?

Beror ”växthuseffekten” på atmosfäriskt tryck?

En alternativ hypotes som förespråkas bland klimathotsskeptiker är att det är det atmosfäriska trycket, inte växthusgaser, som har störst betydelse för att generera den värme som gör jorden beboelig.  Ju tätare atmosfär, desto högre tryck vid ytan, och högre tryck betyder också högre temperatur. Enligt en del forskare spelar växthusgaserna ingen roll alls för temperaturen på jordytan. Bland annat Ned Nikolov* and Karl Zeller som 2017 publicerade studien New Insights on the Physical Nature of the Atmospheric Greenhouse Effect Deduced from an Empirical Planetary Temperature Model i den vetenskapliga tidskriften Environment Pollution and Climate Change.

Hypotesen ter sig rimlig om man jämför temperatur och atmosfäriskt tryck på olika himlakroppar. Atmosfären på Mars består till 95% av koldioxid, men genomsnittstemperaturen är -60°C, vilket i så fall skulle bero på att lufttrycket är så lågt, bara en hundradel av det på jorden. Och den höga värmen på Venus yta skulle bero på att trycket där är 100 gånger högre än på jorden, inte på att 96,5% av atmosfären består av koldioxid.

Men jag är inte övertygad. Det finns en allvarlig invändning mot denna hypotes, nämligen att den verkar strida mot energiprincipen, termodynamikens första huvudsats, att energi varken kan skapas eller förstöras, utan bara övergå från en form till en annan. Det är sant att gaser hettas upp vid kompression, men bara under själva kompressionen, som tillför den energi som omvandlas till värme. När trycket återigen är konstant skingras värmeenergin till omgivningen, förutsatt att den inte är isolerad med icke-ledande material. När man pumpar ett däck blir däcket varmare, men när däcket är fullt får det snart samma temperatur som omgivningen. För att atmosfären ska kunna hålla en konstant temperatur som är högre än rymden ovanför enligt denna princip måste ständigt ny energi tillföras genom en ständigt tilltagande kompression.

I haven är det ju uppenbart att temperaturen inte stiger med ökat tryck, tvärtom blir det kallare i djupen, men det har förstås med vattnets densitet att göra. I själva verket blir det inte kallare än +4°C, eftersom det är vid denna temperatur vatten är som tyngst.

Det finns ett välkänt samband mellan temperatur och tryck, men det går åt motsatt håll. Värme ökar trycket, eftersom den tillförda energin ökar molekylernas hastighet. Solen tillför energi, och bidrar rimligen till att komprimera atmosfären i denna mening. Men det verkar orimligt att hävda att det är denna kompression som huvudsakligen förklarar atmosfärens temperatur. Först och främst värmer ju energin från solen atmosfären direkt.

Läs mer om denna invändning här.

Atmosfärens täthet?

Det verkar däremot mycket mer sannolikt att det är atmosfärens densitet som avgör hur mycket den värms av den inkommande solenergin. Det förklarar varför det blir kallare ju högre upp i atmosfären man kommer. Även om de enskilda molekylerna i de yttersta luftskikten värms lika mycket av det inkommande solljuset som molekylerna i troposfären, närmast jordytan, så är de inte lika många, och det blir totalt sett mycket mer energi som absorberas i de tätare luftskikten där det finns väldigt många fler molekyler.

Det förefaller åtminstone delvis kunna förklara varför det är kallare på Mars än på jorden men varmare på Venus – förutom de olika avstånden från solen.

Termodynamiska processer

Luftens täthet, och därmed energiinnehåll, varierar på olika höjder på grund av att gravitationen är starkare på marken än i stratosfären, men enligt några av den moderna fysikens giganter, som Maxwell, Clausius, Carnot och Feynman, är det främst termodynamiska processer i atmosfären som förklarar växthuseffekten, dvs att solenergi bevaras i atmosfären i form av värme.

Det är i alla fall min preliminära tolkning av denna teori, som inte involverar det vi kallar växthusgaser över huvud taget.

När varmare luft stiger (på grund av lägre densitet) ökar molekylernas lägesenergi, och när luften kyls på högre höjd börjar den sjunka, vilket innebär att lägesenergin omvandlas till rörelseenergi.

Intervju med Dr. William Happer, fysiker vid Princeton University, specialiserad på koldioxid