Figur 1. Utsläppens mål: Atmosfären, Biosfären och Haven

Jag trodde att jag hade förstått Henrys Lag: Utsläppen går ner i haven. Det var i princip rätt, men inte så enkelt som jag trodde. Jag tog helt fel på den tid diffusionen ner i haven tar, den hastighet, med vilken processen sker. Den tar lång tid under vilken utsläppen ökar halten i luften.

Professor Gösta Petterson förklarade vänligen “Massverkans Lag” för mig:

Massverkans Lag

Massverkans lag stipulerar att farten för alla elementära reaktionssteg är proportionell mot mängden/koncentrationen av det reagerande ämnet. Farten för havens upptag av CO₂ är alltså proportionell mot luftens halt av CO₂.

(Den lagen är det främst kemister som arbetar med. Jag är mekanist, så jag hade inte hört talas om den.)

Luftens halt av CO₂ är bara drygt 400 ppm, parts per million, d.v.s. 0,4 ‰, promille. Således finns det 2.500 molekyler luft för varje molekyl CO₂. Jag förstår att det går långsammare att komma fram för den ensamma molekylen, då så många andra står i vägen.

Men det är diffusionen i den ena riktningen, neråt. Den balanseras av diffusion uppåt, vars hastighet bestäms av halten CO₂ i havens vatten. Då havens volym är enorm, ändras halten inte märkbart av våra utsläpp, så att den uppåtriktade hastigheten i praktiken är konstant.

Således bestäms transportens netto nästan helt av halten i luften.

Bombkurvan

Nästan alla beräkningar av vad som sker med CO₂ sedan vi släppt ut gasen vilar på upp-skattningar och gissningar med stor osäkerhet. Dock har man säkra värden på Naturens upptag av de mängder vi släpper ut. De många provsprängningar man gjorde med atom-bomber på 50- och 60-talen producerade stora mängder av kolisotopen kol-14. Mätningar hur halten därav har minskat med åren sedan proven upphörde, har gett “Bombkurvan”.

Figur 2. Bombkurvan: Andelen av maxvärdet för kol-14 i luften efter provstoppet 1963

Kurvan visar en halveringstid på c:a 10 år, vilket betyder att “Naturen” har absorberat 95 % efter 40 år. Notera att mätningarna ger värden i relation till det maximala värdet efter alla bombprov. För att få fram det verkliga överskottet av kol-14 måste ett par smärre korrek-tioner införas, bl.a. för uppvärmningens verkan på halten kol-14 i haven.

Minskningen av halten kol-14 i atmosfären motsvaras av ökningar i biosfären och haven.

Kolcykeln

Med “kolcykeln” menar man det kretslopp som “fritt kol” gör i livets alla skeden: Växternas fotosyntes, som nyttjar luftens CO₂ till att bygga deras vävnader och producera syre, följd av av döda växters och djurs förruttnelse, som frigör CO₂ till luften igen, så att kretsloppet fullbordas.

Där deltar inte “bundet kol” i form av stenkol, olja, naturgas och kalksten. Deras kolatomer frigörs först efter förbränning, då de förenas med syre till CO₂, som går upp i atmosfären.

Figur 3. En pedagogisk beskrivning av “kolcykeln” med dess flöden och förråd av kol

Siffrorna gäller petagram, som är detsamma som gigaton, Gt. Bilden är från 2017, varför siffran 7,7 Gt för förbränning, Burning Fossil Fuels, bör vara c:a 10 Gt.

Röda siffror avser flöden. Blå siffror avser förråd. Här görs ingen skillnad på förråd av “fritt” kol och “bundet” kol, som finns i stenkol, olja och kalksten i jordskorpan.

Någorlunda säkra siffror

Jordklotet må vara ett litet dammkorn i rymden, men jämfört med “människan” är det omätligt stort. Det är mycket svårt att fastställa VAD och HUR MYCKET som sker över hela klotet. Men några siffror är relativt säkra:

• Utsläppen från förbränning, Burning Fossil Fuels, finns i statistiken för handeln med bränslen.
• Förrådet i atmosfären kan man räkna ut från de noggranna mätningarna av halten i luften och atmosfärens totala vikt.

Klimatforskningen har fått enorma resurser för att fastställa processerna runt hela klotet. Det är så omfattande att jag inte försökt följa dess detaljer. Här kan jag bara ge några exempel.

Hur noga kan satelliter mäta ?

Förrådet av fritt kol i biosfären, Plants, uppskattas till 560 Gt. Jag kan förstå att man kan få en rimlig siffra på biosfären i Sverige, eftersom skogsägare så noga följer tillväxten i sina bestånd. Men hur gör man i Sibirien, Amazonas och Kongo ? Det är enorma vidder med lite folk i. Såvitt jag förstår litar man då till mätningar från satelliter. Jag utgår från att man kopplar dem till stickprov tagna på marken, så att man har en uppfattning om mängden växtlighet under en grön yta. Men osäkerheten måste ändå vara betydande.

Jag saknar uppskattningar av de osäkerheter som gäller för angivna siffror.

Vulkaner

Ett tydligare exempel är uppgiften om vulkaners utsläpp. Den angivna siffran är bara 1 % av utsläppen från förbränning. Jag erinrar mig påståenden om att det finns en miljon vulkaner, de flesta i haven, där de inte märks så tydligt. De vulkaniska zonerna mellan kontinentalplattorna löper ju främst fram i haven.

Vid en snabb sökning hittar jag olika uppgifter om de årliga utsläppen:

• U.S. Geological Survey (USGS): 0,2 Gt CO₂ = 0,05 GtC.
• EurekAlert,  Deep Carbon Observatory, DCO: 0,3 to 0,4 Gt CO₂ = 0,08 – 0,11 GtC.

Samtidigt minns jag en forskare, som hävdade att en av de isländska vulkanerna släppte ut lika mycket CO₂ som hela mänskligheten på ett år. Jag tror att det är mycket svårt att beräkna mängden CO₂ från ett vulkanutbrott.

Osäkra siffror trots omfattande mätningar

Forskningen är mycket imponerande på många håll, till exempel programmet för Argo Buoys eller Argo Floats, som de också kallas. C:a 4.000 sådana bojar flyter fritt omkring i haven:

Figur 4. Positionerna för de 4.000 Argo bojar, som flyter omkring i haven

De dyker ner till c:a 2.000 meters djup och mäter djup, temperatur, salthalt etc. De stiger sedan upp och sänder sin position och samlade data till en satellit. Därefter dyker de igen och fortsätter så tills batteriet är slut.

De levererar således enorma datamängder. Men havens genomsnittliga djup är 4.500 meter. Dessa mätningar är således begränsade till en fjärdedel av havens volym. Notera också hur tätt de finns runt ekvatorn, men mycket glest på latituder över 60 grader. I Atlanten finns bara tre norr om Storbritannien.

Sedan går forskningen framåt. Då och då kommer rapporter som funnit att något är “dubbelt så stort som man trott”, ex.vis avseende upptaget av koldioxid av plankton. De senaste par åren har fler rapporter funnit att biosfären i haven är “mycket större än man trott”.

I haven finns dessutom de organismer som förenar det fria kolet med kalcium till korallers skelett eller skaldjurs skyddande skal, där kolet således blir “bundet”. Vid organismernas död faller resterna ner och bildar kalksten över årmiljonerna. Det har blivit kilometertjocka lager på många håll.

I haven “konsumeras” således koldioxid genom att tas ut från livets kolcykel.

Sammanfattning:

Det står klart att de mänskliga utsläppen av koldioxid bidrar till atmosfärens ökade halt såväl som biosfärens ökade frodighet samt till havens biosfär, som i omfattning kan vara jämförbar med den på land. Haven tar ju emot 3 à 4 ggr så mycket solenergi som de beväxta områdena på land. En tredjedel av landmassan består av sterila öknar och istäcken.

Halten i luften är ganska jämn eftersom snabba vindar sveper över alla områden. I haven varierar halten med breddgrad, temperatur och djup. Och det tar tusen år för strömmarna i djuphavet att fullborda ett varv. Det är därför oklart om våra utsläpp påverkar halten i haven nämnvärt.

Den pågående pandemin orsakade som mest en minskning av utsläppen om 6 à 8 % under ett par månader 2020. Någon effekt därav på luftens halt har inte kunnat mätas. Det kan tydas så att utsläppens bidrag till luftens halt är liten, men det är ingalunda säkert. Följande invändningar anförs:

• Minskningen kommer inte som en stötvis puls till Mauna Loa. Dess ankomst blir utdragen i tiden så att minskningen döljs i mätningarnas normala svängningar.
• Halten minskar över kontinenterna. Luften därifrån passerar en lång sträcka över havet på väg till Mauna Loa. Halten i luften hinner då till någon del påverkas av halten i havet.
• De “snabba vindar” jag nämner ovan är snabba relativt havens strömmar, men det tar ändå en tid innan de hunnit blanda om luften över hela klotet, kanske närmare ett år. Den aktuella minskningen har varit kortvarigare, varför den inte noteras i full utsträckning.

Det står klart att utsläppen till någon del höjer halten i luften och höjer biosfärens massa, både den på land och den i haven. Ett utbyte sker med havens vatten, men diffusionen ner i vattnet motverkas av att vattnet blir varmare och gasar ut koldioxid. Observera att vattnets temperatur är helt olika vid ekvatorn och polerna. Processerna som fördelar utsläppen är skiftande och länkade till varandra, men på sätt som inte är helt klarlagda. Det är därför oklart vart utsläppen tar vägen.

Summa summarum: Jag kan inte säga hur utsläppen fördelas till de olika “adresserna”.

Djupare information

För dig som är intresserad av djupare kunnande föreslår jag följande:

• Johan Montelius: Vi räknar på en simbassäng.
• Erik Axelkrans: Orsakar människan global uppvärmning?
• Jonas Rosén: Varför ökar atmosfärens koldioxidhalt?

Lycka till med studierna !

+ – + – + – +

by