Kritisk sollys på klimadebatten

Solen er energikilden til alt liv på jorden. Den driver værsystemer, opprettholder havstrømmer og påvirker sannsynligvis også den globale skymengde. Alle disse prosesser er av det internasjonale klimapanelet (IPCC) nevnt som de viktigste usikkerhetene i klimamodellene. Likevel holdes solen i stor grad utenfor klimadebatten, og mange er av den oppfatning at IPCC grovt har undervurdert solens rolle som klimapåvirker på jorden. I denne artikkelen kommer vi inn på noe av kritikken som er fremkommet mot klimapanelets resultater, og utdyper solens mulige innvirkning på klimaet. Kort fortalt tyder de siste måleresultatene mot at solen via sitt variable aktivitetsnivå virker som en «av-og-på»-bryter for skylaget rundt jorden. Dette skylaget virker i sin tur på energiinnstrålingen ned til bakken og kan på denne måten bidra vesentlig til en eventuell global oppvarming.

Usikkerhet i klimarapporten?

Mens regjeringer rundt om i verden i disse dager undertegner avtaler som har til hensikt å begrense den globale oppvarmingen, finnes det en rekke forskere som mener at solens rolle er sterkt undervurdert og delvis neglisjert i denne sammenheng. En får ofte inntrykk av at IPCC i sine rapporter «slår fast» at forbrenning av fossilt brennstoff er hovedårsaken til at den globale temperaturen har steget siden slutten av 1800-tallet. Men teoriene som kopler menneskeskapt CO2 med klima, har lenge blitt skarpt kritisert. Selv Ben Santer, atmosfærefysiker ved Lawrence Livermore National Laboratory i California og en av hovedforfatterne av IPCCs rapport, har påpekt at det finnes indikasjoner på det motsatte, og at det hefter store usikkerheter ved resultatene fra klimamodellene. Det er riktig at IPCC i sin rapport understreker at det er betydelige usikkerheter knyttet til sentrale spørsmål. Denne informasjonen kommer imidlertid ikke godt nok frem i klimarapportens oppsummeringsdel (den som i stor grad blir lest av politikere og presse), og lite av denne informasjonen kommer dermed videre.

Eksisterer det en global oppvarming?

I den pågående klimadebatten er det blitt gjentatt at 1997 var det varmeste året siden 1400-tallet. Dette er også et av USAs visepresident Al Gores favorittutsagn når «klima» står på den politiske dagsorden. Det unnlates imidlertid å nevnes at det sannsynligvis var enda varmere rundt 1100-tallet (0.75 grader varmere enn dagens temperatur). Og det trekkes sjelden inn at det for 2500-3000 år siden muligvis var opp til 3 grader varmere.

Mot slutten av 1970-årene startet målinger av temperaturen med satellitter. Dette er selvsagt svært kort tid i forhold til de tidsskalaer som er interessante i forbindelse med klimavariasjoner. Men det er viktig og interessant å kunne sammenholde målinger gjort fra satellitter og med ballonger med målinger fra bakken. Målinger av temperaturen på bakken og fra satellitt- og ballongmålinger synes å oppvise vidt forskjellige trender i løpet av denne perioden. Bakkemålinger som IPCC baserer seg på, viser en global oppvarming på ca. 0.13 grader per tiår. Det bør bemerkes at temperaturmålinger fra bakken, som vanligvis benyttes i IPCCs beregninger av global oppvarming, er blitt sterkt kritisert. Kritikken rettes blant annet mot utvelgelsen av målestasjoner, som viser seg å ligge nær tett befolkede områder. Målingene forventes her å være påvirket av den lokale temperaturstigningen som normalt følger av urbanisering. I områder med lav befolkningstetthet finner en lite eller ingen økning i temperaturen. Effektene av urbaniseringen underbygges av satellittmålinger som også har en global dekning i motsetning til bakkestasjonene.

Stikk i strid med målingene fra bakken viser satellitt- og ballongmålinger av temperaturen i nedre troposfære en svak nedadgående trend de siste 18 årene (henholdsvis -0.01 til -0.07 grad per tiår). I denne delen av atmosfæren antyder IPCCs klimamodeller en temperaturøkning på hele 0,23 grader per tiår! Satellittmålingene er også ofte blitt kritisert idet det hevdes at resultatene skyldes vanskeligheter med kalibrering mellom de ulike satellitter, og at disse har mistet høyde på grunn av økt solaktivitet, noe som har innvirket på resultatene. En fersk gjennomgang og revurdering av satellittmålingene viser fremdeles en svak nedadgående trend (-0.01 grad), hvilket er i motstrid til beregnet økning med klimamodellene. Omfattende målinger fra satellitter gir dermed ikke holdepunkter for at det de seneste 15-20 årene har funnet sted noen global oppvarming i den nedre del av jordatmosfæren.

Med andre ord står vi overfor to muligheter: Enten eksisterer det ikke noen vesentlig global oppvarming eller så stiger bakketemperaturen samtidig som temperaturen i den nedre troposfæren viser en svak avkjøling. Det siste betyr at koplingen mellom bakke- og atmosfæretemperaturene er meget kompleks, og som klimamodellene ikke fanger opp.

En kan ved ulike metoder anslå at den globale temperaturen har variert med omkring 0.5 grad i løpet av de siste 100 år, som vist i Figur 1. En ser her at den sterkeste økningen fant sted før omkring 1940. Med utgangspunkt i estimerte menneskeskapte utslipp av CO2 tilsier klimamodellene at en skulle ha en global temperaturøkning på 0.5 - 1.5 grader i samme periode. Problemet i denne forbindelse er at de globale temperaturøkningen fant sted før de antatt sterke CO2-utslippene, mens det de seneste 50 år ikke har vært en påviselig temperaturøkning.

Hvis menneskeskapte drivhusgasser ikke kan forklare oppvarmingen tidligere i dette århundre, hva kan så årsaken til denne være? Et mulig svar som nå får økt oppmerksomhet, er at så vel energiutstrålingen fra solen som andre forhold hvor sol og jord vekselvirker, varierer med tiden.

Solens betydning for klimaet

I et astronomisk perspektiv er solen en ganske alminnelig stjerne, som samtidig er forutsetningen for alt liv på vår planet. Solens overflate er meget kompleks og dynamisk. Den består av et «sydende» varmt, turbulent plasma, som er delvis styrt av magnetiske felter. Dette svært dynamiske bildet er blitt tegnet stadig skarpere etter de siste års kontinuerlige observasjoner med satellitten Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), hvor Universitetet i Oslo er en aktiv deltaker.

Solen lyser stadig sterkere

Solens luminositet, dvs. dens totale utstråling, bestemmes av hvor meget hydrogen som forvandles til helium per tidsenhet i dens indre. Forbrenningshastigheten bestemmes av temperatur og gasstrykk i kjernen. På grunn av den gradvis økende relative mengde helium i solens kjerne, øker temperaturen svakt, hvilket igjen fører til økt forbrenning og derved økt utstråling. Beregninger viser at solens lysstyrke har økt med nær 30 prosent siden den var nydannet, for minst 4.5 milliarder år siden. I løpet av noen hundre år utgjør dette selvsagt meget små endringer i strålingsfluksen, men den gir klimaforskere muligheter for å sammenholde beregninger av arkaiske klimaforhold med geologiske indikasjoner på hvordan det har vært.

Geologiske studier av forholdene på jorden for 2.8 - 3.5 milliarder år siden viser ingen tegn på kontinentale istider. Jorden synes å ha vært isfri fra 80 til 90 prosent av sin historie. Siden den arkaiske solen strålte betydelig mindre enn i dag, må det ha vært en sterkere drivhuseffekt på den tiden som forhindret havene fra å fryse til is. Dette synes ikke klimamodellene å kunne håndtere.

Den aktive solen

Siden Galileo og hans samtidige tok teleskopet i bruk på begynnelsen av 1600-tallet, har en jevnlig kunnet observere detaljer på solens overflate. De mest fremtredende strukturene er solflekkene. Den unge tyskeren Heinrich Schwabe påviste i 1843 at antallet flekker varierte med en periode på omkring elleve år. En vet i dag at perioden kan variere mellom ni og 13 år. Et veiet forhold av antall flekker og grupper av flekker ble noe senere innført som et mål for intensiteten i aktiviteten. I tillegg til perioden på elleve år, ser man også tydelige forandringer i aktivitetsnivået over perioder på 80-90 år. Figur 2 viser indikasjoner på langperiodiske forandringer i solens aktivitetsnivå de seneste 1000 år. Legg merke til at i perioden 1645 - 1715, som gjerne refereres til som Maunder Minimum, så man svært få flekker på solen.

Solaktivitet er generelt knyttet til lokale konsentrasjoner av magnetiske felter. Aktiviteten omfatter også ekstra lyse områder («fakler») utenfor og omkring flekkene, «skyer» av relativt tett gass i solens tynne, varme korona (lyskrans), samt eksplosive utbrudd. De siste følges av kraftige lysbluss og energirike skurer av gass som slynges ut i det interplanetariske rom. Et solart utbrudd medfører ofte at «solskyene», store mengder av korona-gass, og magnetiske felter, slynges utover og vekk fra solen.

Solens totale utstråling i det synlige spektralområdet varierer forholdsvis lite med styrken av aktiviteten. På kortere bølgelengder (ultrafiolett og røntgen) er derimot variasjonene betydelig større. En kan her, avhengig av bølgelengden, måle opptil 100 ganger økning i strålingsfluksen. Siden solen roterer om sin egen akse é;n gang i løpet av omkring 27 døgn, vil aktive områder på solen med varighet over flere rotasjoner, vekselvis være synlig på forsiden og skjult på baksiden av solen. Dette fører videre til at innstrålingen varierer i takt med solens rotasjonsperiode i tillegg til perioden på elleve år.

Som de fleste andre stjerner mister også solen stadig masse ved en utoverrettet «vind» av tynn, varm gass. Også styrken på solvinden endrer seg i takt med solaktiviteten og rotasjonsperioden.

Solliknende stjerner oppviser også aktivitet og perioder i aktiviteten fra syv år til 20 år, eller lengre. Enkelte aktive stjerner viser betydelig høyere aktivitet enn solen. Aktiviteten viser seg å avta med økende lengde på perioden. Stjerner som roterer hurtig, viser sterkere aktivitet enn de som roterer sakte, slik som solen. Studier av aktivitet hos andre stjerner forteller oss først og fremst at solaktiviteten, som vi kjenner den i dag, trolig ikke gjelder for all fortid og fremtid.

Hvordan påvirker stråling fra solen vår atmosfære?

Elektromagnetisk stråling og partikler fra solen trenger inn i vår øvre atmosfære, og ulike bølgelengder av denne strålingen blir absorbert i ulike lag. Den absorberte energien påvirker temperatur, kjemi og strømningsmønstre i disse lagene. Forholdene i disse lagene av atmosfæren er trolig med og bestemmer strukturen videre nedover, og virker derved blant annet inn på sirkulasjonssystemene og ozonkonsentrasjonen.

Både de kort- og langsiktige effektene av mengden og fordeling av energi som på denne måte avsettes i vår atmosfære er komplekse og vanskelig å fastslå. Siden innstrålingen og partikkelfluksen fra solen stadig veksler, er det viktig at vår kunnskap om disse komplekse prosesser blir bedre.

Mange av Apollons lesere vil sannsynligvis ha lest noe om solflekkenes rolle. Vi skulle forvente at solens totale utstråling varierer i takt med arealet av flekker som dekker solskiven, slik at strålingen skulle bli noe svakere når solen har mange og store flekker. Men på grunn av tilleggsstrålingen fra de lysere områdene omkring solflekkene, vil solen faktisk kunne stråle noe sterkere når det er mange «mørke» flekker på solens overflate enn når den har få eller ingen flekker. Det er solens generelle aktivitetsnivå som er av betydning for klimaet. Solflekkene er i den sammenheng bare et mål for styrken i aktiviteten.

I den omfattende litteraturen om drivhuseffekten tas det lite hensyn til solare variasjoner. Dette er urovekkende når en vet at borekjerner i isbreer, radioaktivt karbon, vekstringer i trær og paleontologiske undersøkelser har avdekket tidligere variasjoner i klima på tidsskalaer som er korrelert med solaktivitet. For eksempel falt den såkalte «lille istid» (1450-1850) sammen med svært lav solaktivitet. Solens variasjon kan også henge sammen med at det rundt 1000 - 1200-tallet fant sted en økning i temperaturen. Varmen førte blant annet til at isen på Grønland trakk seg tilbake, noe som gjorde vikingenes bosetning mulig. Senere falt middeltemperaturen igjen, isen trakk ned mot havet, og de nye beboerne ble fordrevet. En varmere periode under romertiden falt også sammen med stor aktivitet på solen. På denne tiden blomstret rødvinsindustrien i Sør-England.

Oppsiktsvekkende nytt fra danske forskere

I 1991 kunne de to danske forskerne Eigil Friis-Christensen og Knud Lassen fremlegge en slående god korrelasjon mellom varigheten av periodene i solaktiviteten (dvs. tiden mellom to påfølgende solsykler) og den globale oppvarmingen som er målt de siste 150 årene. De fant at varigheten av en aktivitetsperiode også følger den registrerte nedgangen i temperatur etter 1950 meget godt, en trend som er forsøkt forklart ved en avkjølingseffekt som kan skyldes økning av areosoler i atmosfæren. Friis-Christensen og Lassen hadde imidlertid ingen fysisk forklaring på den tilsynelatende sammenheng mellom periodelengden i solaktiviteten og den globale temperaturen. Men de fremlagte data indikerte sterkt at det finnes en slik sammenheng.

Man kom noe senere et betydelig skritt videre da den danske kollegaen Henrik Svensmark oppdaget at variasjoner i solens aktivitetsnivå kunne knyttes til skydannelse. Det har lenge vært kjent at den kosmiske partikkelfluksen som trenger inn i vår atmosfære, er sterkt knyttet til solaktiviteten. Dette henger dels sammen med at solens magnetiske felter og solvinden «skjermer» jorden mer effektivt mot innfallende kosmiske partikler når aktiviteten er høy enn når den er lav. Svensmark kunne i 1996 presentere svært oppsiktsvekkende resultater basert på studier av globale målinger av andelen skyer og målinger av kosmisk innstråling. Observasjonene av arealet som var dekket av skyer på jordens nordlige halvkule, viste en frapperende god korrelasjon med mengden av kosmisk stråling, som vist i Figur 3. Skydekningen varierte med hele 3 prosent gjennom en solflekkperiode mellom 1982 og 1991. Den danske forskergruppen mente dermed at de var på sporet av en mekanisme som kunne forklare hvordan solen, i tillegg til mulige effekter fra variasjon i strålingen, kan påvirke dannelse av skyer og dermed influere på hvor mye energi som reflekteres tilbake til verdensrommet, og hvor mye som trenger inn i vår atmosfære og kommer ned til bakken. Da det generelle aktivitetsnivået til solen i dag er mye høyere enn for 100 år siden, kan derfor andelen av skyer ha vært betydelig større den gang sammenliknet med typiske verdier i dag.

Det er grunn til å anta at de inntrengende kosmiske partiklene vil være opphav til tallrike sekundære partikler, som i sin tur stimulerer til dannelse av skyer. Vi har i dag ikke tilstrekkelig kunnskap om slike prosesser knyttet til skydannelse. Kjernefysikerne Jasper Kirkby og Frank Close ved Det europeiske forskningssenteret for partikkelfysikk, CERN, har fattet interesse for antakelsen om at kosmisk stråling kan påvirke og stimulere til skydannelse, og de er nå i ferd med å sette opp et laboratorieforsøk for å teste denne teorien. Dette CERN-eksperimentet er imøtesett med svært stor interesse. Det vil kunne gi svar på spørsmålet om hvorvidt og hvorledes solaktivitet kan forårsake klimaendringer. Dersom det viser seg at solen virkelig er hoveddrivkraften bak en global oppvarming, vil denne erkjennelsen måtte få store økonomiske og dermed sosiale følger for vårt samfunn.

Hva forskerne er uenige om

IPCC er blitt kritisert for i stor grad å vurdere «holdbarheten» av eksperimentelle resultater etter hvorvidt disse stemmer godt eller dårlig med deres egne klimamodellers forutsigelser, samtidig som disse modellene ikke tar med alle relevante effekter. Klimamodellene tar som nevnt få eller ingen hensyn til effekter fra solaktivitet. Det hevdes videre at dagens klimamodeller på langt nær makter å ta hensyn til de mange kompliserte prosesser så som skyer, vanndamp og struktur av atmosfæren, slik at de kan forutsi hvordan den globale temperaturen vil bli, eller hvordan den manifesterer seg i ulike høyder i jordatmosfæren. Røster som er kritiske til IPCCs rapporter, påpeker at modellene er mangelfulle og at valg av parametre som kan tenkes å ha betydning for klimaet, er ufullstendige. IPCC argumenterer mot å legge stor vekt på solens bidrag til klimavariasjonene siden strålingsfluksen varierer med mindre enn ca. 0.1 prosent i løpet av en aktivitetsperiode, hvilket hevdes å være ubetydelig. Ifølge NOAAs Climate Analysis Center utgjorde denne variasjonen i solens utstråling et bidrag på 0.24 W m-2 i energibudsjettet (http://www.ngdc.noaa.gov/stp/SOLAR/solarda3.html). Dette utgjør imidlertid meget nær det samme «klima-pådriv» som IPCC har beregnet (0.25 W m-2) for å forklare IPCCs antatte globale temperaturøkninger i samme periode. Solens bidrag som «klima-pådriv» er i dette tilfellet tilstrekkelig. Det demonstrerer kun, men dog meget klart, at klimamodellene må ta hensyn til naturlige så vel som menneskeskapte drivhuseffekter som vitenskapelig grunnlag for politiske avgjørelser om klima. For øvrig gir ikke målinger av variasjonen i solens totale utstråling over et såpass kort tidsrom som é;n solflekkperiode nødvendigvis et riktig bilde av hvordan solen har variert gjennom for eksempel de siste 150 år. Observasjoner av stjerner av samme type som solen har vist variasjoner i totalutstråling på opptil 0.6 prosent.

Det påpekes at man har mangelfull og usikker informasjon om langtidsendringer i solstrålingen. Det er selvsagt ikke noe argument for å se bort fra betydningen av endringer i solstrålingen. Som vist ovenfor finnes en god del informasjon om globale endringer i temperaturen de siste 100 år.

Det vises videre til at det forekommer raske forandringer i klima før langsiktige variasjoner i solaktiviteten, og det påpekes ( CICERO 02.02.98) at «solflekkteorien er ... omdiskutert» og at «Hovedproblemet er at en mangler en etablert årsaks-virkningskjede». Dette viser utelukkende hvor lite vi i dag forstår med hensyn til hvordan forandringer på solen påvirker klimaet på jorden. Problemet synes å være meget komplekst, og det vil kreve betydelig innsats fra både klima- og solforskere i de nærmeste årene.

Det er blitt reist spørsmål om klimapanelets anslag for økning i CO2 og om verden har nok karbonreserver til at de mest pessimistiske anslagene for CO2-konsentrasjoner i atmosfæren skal realiseres. Dagens ressursanslag for fossilt brensel er bare nok til å øke CO2-konsentrasjonen til det dobbelte av hva det var før den industrielle revolusjon selv. De mest pessimistiske av IPCCs anslag for mengden av drivhusgasser blir dermed vanskelig å oppnå. Det skal imidlertid nevnes at estimater for karbon ofte oppjusteres etter som nye funn registreres.

Sluttkommentarer

Det synes ikke mulig å fastslå hvor mye det menneskeskapte utslipp av klimagasser påvirker det globale klimaet innen vi vet bedre hvor mye solen eller andre naturlige kilder bidrar med. Dagens klimamodeller er foreløpig for ufullstendige og kan neppe gi pålitelige svar.

Det satses store ressurser på å forstå og bekjempe den menneskeskapte andel av drivhuseffekten. Siden det er grunn til å anta at de naturlige svingninger i forholdene som bestemmer vårt klima, kan være like viktige, eller endog langt viktigere, er vi som bebor jorden best tjent med en balansert oppmerksomhet og forskningsinnsats.

Den pågående debatten omkring hvor stor del av klimaendringene som skyldes menneskenes forurensning og hvor stor del som er naturlige svingninger, har til tider båret et preg av forenkling og ensidighet. Men en rekke miljøer som er misfornøyde med IPCCs innsats, kommer etter hvert sterkere med i debatten. Det kan være betryggende å minne om at «science thrives on vigourous debate until evidence is produced which falsifies all but the most robust theories. The fact that there can be irrefutable evidence is what makes science different from politics or economics» (Roger Bate, Director, Environment Unit, Institute of Economic Affairs, London ).

Pål Brekke er forsker ved Institutt for teoretisk astrofysikk, Universitetet i Oslo, og er knyttet til SOHO-prosjektet. Oddbjørn Engvold er professor ved samme institutt. Sammen dekker de forskningsområdene sol- og stjerneatmosfærer, samt måling av solens UV-stråling.

Sitater fra den hete klimadebatten

Apollon bringer her noen sitater fra klimadebatten som i det minste skulle dokumentere at oppslutningen om det internasjonale klimapanelet ikke er total.

Global warming is rapidly becoming a non-problem. The latest climate model calculations predict a much-reduced temperature rise for the next century as little as 0.5 oC, about the size of recent natural fluctuations.(S. Fred Singer, The Independent Institute, Oakland, 1997)

...The observed temperature changes in Europe and the North Atlantic from 1951 to 1990 were within the range of natural variation, and the antropogenic climate change is expected to be detectable only in the course of the next century, but probably not before 2010, 2020, or 2030. (The European Climate Support Network, 1995)

The global climate is primarily governed by the enormous heat energy stored in the oceans and the latent heat of the ice caps, not by the small amount of heat that can be absorbed in atmospheric CO2. Human contribution to atmospheric CO2 from the burning of fossil fuel is small (4 prosent at most), according to carbon isotop mass balance calculations.(T.V. Segalstad, Mineralogical-Geological Museum, University of Oslo, 1997)

Our data support the contention that solar variability has been a major cause of temperature changes over the past two centuries.(C.J. Butler, Armagh Observatory, Armagh, UK, 1997)

Konklusjoner fra The European Science and Environment Forum's «The Global Warming Debate»:

  • We don't know that the world is definitely warming, giving recent satellite data
  • If the World is warming, we don't know what is causing this change - man or nature
  • We don't know whether a warmer world is good or bad
  • Much 'big science' requires vast sums of money and competition for funding is intense. Having a high profile and apparent policy relevance helps in the scramble for funds - climate change has both

(R. Bates, Institute of Economic Affairs, London)

«When the weather go crazy the climate theorists are not far behind'» sitat fra NTVA-seminar i Asker 1989, John Christy.

Kommentar til Svensmark/Friis-Christensens resultater:

  • «I find the move from this pair scientifically extremely naive and irresponsible'» Bert Bolin, tidligere formann i IPCC
  • Senere, etter å ha lest Svensmark/Friis-Christensens artikkel, modererte Bohlin seg og uttalte: «It is a pleasing to see such a sane and sincere scientific investigation. They do not conclude anything about the effects of human activity. But there is no doubt that this is serious science.»
  • «I am particularly sceptical about scientistc who think they have a hotline to God'» Ben Santer, en av hovedforfatterne av IPCC rapporten
Emneord: Matematikk og naturvitenskap, Fysikk, Astrofysikk, romfysikk, astronomi, Geofag Av Pål Brekke, Institutt for teoretisk astrofysikk, Universitetet i OsloTekst: Oddbjørn Engvold, Institutt for teoretisk astrofysikk, Universitetet i Oslo
Publisert 1. feb. 2012 12:16 - Sist endret 2. jan. 2014 09:39
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikke UiO- eller Feide-bruker?
Opprett en WebID-bruker for å kommentere