sunnuntaina, joulukuuta 02, 2007

Kasvihuonekaasut ilmakehässä: hiilidioksidi

Nettikeskustelujen perusteella tuntuu, että ihmisillä on varsin puutteelliset tiedot siitä, mitä kasvihuonekaasuja ilmakehässä on, kuinka paljon niitä on ja mistä ne tulevat. Tässä kasvihuonekaasujen lyhyt oppimäärä, osa 1: CO2

Hiilidioksidi

Hiilidioksidi eli CO2 muodostuu hiiliatomista ja kahdesta happiatomista. CO2 ei ole myrkyllinen paitsi suurina pitoisuuksina ja se on koko maapallon elämän kannalta välttämätön, koska kasvit yhteyttävät happea nimenomaan hiilidioksidista.

Hiilidioksidia syntyy monissa prosesseissa, esimerkiksi maatumisessa, biomassan palamisessa, lahoamisessa sekä fossiilisten polttoaineiden polttamisessa. Myös meret luovuttavat CO2:a lämmetessään. Kuvassa on hiilikierron perusteet. Huomatkaa, että fossiilisista polttoaineista päästöjä tulee noin kymmenesosa siitä, mitä kasvien hajoamisesta, mutta kasvit yhteyttävät jopa enemmän hiilidioksidia ilmakehästä kuin mitä niiden hajoamisesta vapautuu! Fossiiliset polttoaineet taas lisäävät CO2-pitoisuutta ilmakehässä vuodesta toiseen.


Huomattavaa on, että kuvassa on esitetty myös olemassa olevat hiilivarastot. Ilmakehässä on siis 750 miljardia tonnia hiiltä ja ihminen pukkaa toiminnallaan monta miljardia tonnia lisää joka vuosi hiilidioksidin ja metaanin muodossa. Siitä huolimatta CO2:n pitoisuus ilmakehässä on vielä alle 400 ppm:ää (ppm = parts per million eli miljoonasosa). CO2:n puoliintumisaika ilmakehässä on keskimäärin noin 100 vuotta, ja ihminen on lisännyt CO2:n määrää ilmakehässä toimillaan yli 30 prosenttia viimeisen parin sadan vuoden aikana (ihmisen syyllisyys tähän on käytännössä täysin varma, koska aikoinaan radiohiilimittaukset osoittivat CO2-pitoisuuden kasvun johtuvan fossiilisista polttoaineista). Ihmisen tuottaman CO2:n lähteet on eritelty seuraavassa kuvaajassa (kuvan käyttöoikeudet). Myös metaanin ja typpioksidin lähteet on jaoteltu. Iso pallukka kuvaa kaikkien kasvihuonekaasujen osuutta eri ihmisen aiheuttamista lähteistä.


CO2 aiheuttaa kasvihuoneilmiöstä tutkimuksista riippuen 9-30 prosenttia huolimatta siitä, että sitä on varsin vähän ilmakehässä. Toisin siis kuten törkeitä valheita sepustavissa sivustoissa, kuten tässä: A Closer Look at Numbers (törkeää valehtelua, tieteen kanssa täysin eri mieltä olevia väittämiä ja numerojen väärentämistä sekä lähteiden väärinkäyttöä). Jos epäilette, että sivu pitää paikkansa, näyttäkää kyseistä sivua kenelle tahansa klimatologille, fyysikolle, meteorologille tai vastaavalle. Eräs suomalainen denialistijärjestö linkittää kyseiselle sivulle ilman mitään lähdekritiikkiä, mikä on mielestäni todella epäeettistä järjestöltä, joka kutsuu itseään ympäristöjärjestöksi. Suosittelen myös lukemaan kirjoitukseni lähdekriittisyydestä. Coby Beck kommentoi täällä sivustoa näin:

Just because you read it on the internets doesn't mean it is a scientific source. I am very familiar with that particular page and it offers no substantiation for its claims, the two references provided don't support it.
...
Seriously, beware of any source that claims such precision with no error bounds or uncertainty (ie CO2 is 0.28% of the GHE) Compare that to RealClimate's RealScience answer of CO2 is 9-30% of the GHE.

12 kommenttia:

Erkki K kirjoitti...

Mitä tarkoitetaan CO2:n eliniällä, joka tässäkin tekstissä mainitaan olevan noin 100 vuotta. Onko malleissa tai taselaskennassa jokin yleinen ongelma kun tällaista aikaviive tekijää aina tarvitaan ?

Tuukka Simonen kirjoitti...

Eliniällä tarkoitetaan sitä, kuinka kauan molekyyli keskimäärin viihtyy ilmakehässä, kun se sinne päätyy. Täten siis CO2-molekyyli on keskimäärin 100 vuotta ilmakehässä, jos se ilmaan päästetään.

Malleissa tai taselaskennassa ei tältä osin ole lainkaan ongelmia. Usein kuitenkin määritellään tyypillisesti juuri se, kuinka paljon ongelmia päästöt seuraavien 100 vuoden aikana aiheuttavat. Esim. metaanin tapauksessa noin 10 vuoden elinikään pitää lisätä se, että metaanimolekyyli muuttuu vesihöyryksi ja hiilidioksidiksi, joista vesihöyrymolekyyli on ilmakehässä keskimäärin viikon tai pari, kun taas CO2-molekyyli viettää siellä 100 vuoden ajanjaksolla laskettuna koko loput 90 vuotta tuosta 100 vuoden tarkasteluajanjaksosta.

Sepi kirjoitti...

Tuossa vääräuskoisten tekstissä(A Closer Look at Numbers) on mainittu, että vesihöyry olisi pahin kasvihuoneilmiötä lisäävä asia(en lukenut kunnolla, pläräsin vaan). Sinänsä järkeenkäypää, kun pilvisellä kelillä on aina vähemmän pakkasta kuin pilvettömällä. Eroa on yleensä useita asteita...

Tuukka Simonen kirjoitti...

Niin se onkin. Vesihöyry aiheuttaa about puolet, joidenkin arvioiden mukaan jopa 70 % kasvihuoneilmiöstä.

Vesihöyryn luonne on kuitenkin enemmänkin feedbackin luonteinen, vesihöyryn pitoisuus ilmakehässä riippuu muista tekijöistä.

Vesihöyry siis lähinnä voimistaa säteilypakotevaikutusta, mitä pitkäikäisten kasvihuonekaasujen pitoisuuksien kasvu aiheuttaa. Lämpö nousee, kun muut kasvihuonekaasut lisääntyvät -> maasta ja meristä tulee ilmakehään lisää vesihöyryä -> lämpö nousee lisää vesihöyryn kasvihuoneilmiövaikutuksen takia -> jne.

Tuo Closer Look at Numbers väittää luvuiksi aivan täyttä roskaa. Se sekoittaa täysin vuosittaiset päästöt ja ilmakehän pitoisuudet keskenään. Toivon, että jokainen, joka sivua lukee lukee myös esim. ilmatieteen laitoksen, IPCC:n, NASA:n, minkä tahansa maailman tiedeakatemian, lukion mantsankirjan, Wikipedian tai muun vakavammin otettavan lähteen mielipiteen. ;)

On jo kauan pitänyt kyhätä erillinen kirjoitus tuosta, mutta aina kun katson kyseistä sivua niin nujerrun siihen määrään, mitä siellä pitäisi debunkata, koska väärien johtopäätösten määrä on henkeäsalpaava. En usko, että yksikään suomalaisista denialisteistakaan ottaa kyseisiä lukuja vakavasti, koska ne ovat suoraan sanottuna aivan täyttä valhetta.

Erkki.K kirjoitti...

Häviääkö ilmakehästä CO2:a avaruuteen ? Jos hiilidioksidi pitoisuus ilmakehässä kasvaa niin muuttuuko hiilinielujen toiminta, esim niin, että kasvit ottavat hieman enemmän, meret ottavat hieman enemmän jne. Miksi hiilidioksidipitoisuus lähti kasvamaan noin vuonna 1750 vaikka mitään jatkuvaa hiilidioksidi kuormitusta ilmakehään ei ollut ?

Tuukka Simonen kirjoitti...

CO2:a häviää jonkin verran avaruuteen. Käsittääkseni ei kovin paljoa. Korjatkaa joku jos olen väärässä.

Hiilinielujen toiminta voimistuu, kun CO2-pitoisuus kasvaa (muuten CO2-pitoisuus olisi jo nykyään paljon suurempi kuin se sattuu olemaan), mutta esim. merien absorbointikyvyn on arvioitu heikkenevän jossain vaiheessa. Hiilinielut eivät kuitenkaan pysty imemään läheskään kaikkea ihmisen tupruttamaa CO2:a itseensä nykytahdilla, mikä on nähty voimakkaasti lisääntyneessä CO2-pitoisuudessa ilmakehässä.

Panepa googleen co2 concentration hakusanaksi ja klikkaa kuvat. CO2-pitoisuus käväisi hieman alempana tuossa kylmänä aikana noin 1600-1800-luvuilla ja sen takia CO2-pitoisuus oli alempana kuin aiemmin viime vuosituhannella. Käppyröistä selviää selkeästi, että pitoisuus lähti voimakkaaseen kasvuun vasta 1800-luvun ollessa pitkällä, eli silloin kun fossiilisten polttoaineiden käyttö alkoi yleistyä globaalisti suurissa mittakaavoissa.

290 PPM:n pitoisuus ylitettiin vasta 1800-luvun lopulla. Siitä lähtien pitoisuus on noussut noin 100 PPM, mitä ei ole tapahtunut kertaakaan nykyihmisen olemassaolon aikana, satoihin tuhansiin vuosiin.

Theo Kurtén kirjoitti...

Hei, muutama kommentti.

Ensinnäkin, loistava blogi, hyvä sattuma kun törmäsin tähän realclimate:n kautta.

Toiseksi, CO2:n hävikki avaruuteen lienee täysin mitätön komponentti missään hiilitaselaskelmassa, eli mutuarvauksesi oli kyllä oikein. Vetyä karkaa avaruuteen hieman (muistaakseeni joitakin grammoja tunnissa tms), mutta tämäkään määrä ei ole koko planeetan mittakaavassa merkittävä. (Sen sijaan Marsin ilmakehästä vedyn karkaaminen on geologisessa aikaskaalassa johtanut siihen että Marsissa on aika vähän vettä jäljellä. Maan suuremman painovoiman ansiosta tämä "kuivuminen" ei kuitenkaan Maapallolla onneksi ole ongelma.)

Kolmanneksi, tämä vesihöyryn toimiminen palautekytkentänä (itsenäisen pakotteen sijaan) on tavalaan aika ilmiselvä asia kun miettii esimerkiksi sellaista ilmiötä kuin "sade". Pahimmat änkyräskeptikot eivät ilmeisesti kyseisestä ilmiöstä ole kuulleet... (Tämä olisi aika hyvä tenttikysymys: mikä merkittävistä kasvihuonekaasuista tiivistyy ilmakehässä pisaroiksi? Tosin sillä kompalla että siihen tiivistymiseen tarvitaan hieman apua toisilta aineilta.)

Neljänneksi, CO2:n elinikä ilmakehässä ei ole mitenkään helposti määriteltävä asia koska CO2:lla, toisin kuin esim metaanilla, on lukuisia erilaisia nieluja (prosesseja jotka poistavat CO2:ta ilmakehästä) jotka toimivat hyvinkin eri aikaskaaloilla. Periaateessa mitä tahansa lukua 5 ja 200 vuoden väliltä voidaan perustella, joskin pieni osa CO2:sta jää roikkumaan huomattavankin paljon pidemmäksi ajaksi, RealClimatessa on tästäkin hyvä artikkeli. Tuo 100 vuotta on sellainen "suunnilleen sinne päin" arvio joka muistaakseeni vastaa kutakuinkin sitä aikaa missä noin puolet emittoidusta CO2:sta on poistunut (tässä voin kyllä muistaa väärin, ei ole nyt oppikirjaa vieressä josta luntata). Tosin tämäkin numero on aika epävarma koska esim valtamerten nielukapasiteetti saattaa vaihdella huomattavastikin tulevan sadan vuoden aikana, kuten kirjoitit.

PS. Olut - huomiosi viereisessä jutussa oli päivän piristys, olin siis periaatteellisella tasolla aivan oikeassa kun kampanjoin (hyvin passiivisesti) muutama vuosi sitten HYYn vaaleissa teemalla "Olut on hiilinielu", eli olut on ruoka-aineista ekologisimmasta päästä...

Tuukka Simonen kirjoitti...

Kiitokset positiivisesta palautteesta sekä lisätiedoista!

Loistavaa, että alan miehiä käy kommentoimassa vankalla tietopohjalla. Kommentissasi oli minulle (ja todnäk. monelle muullekin) uutta tietoa. Toivottavasti ihmiset, jotka kirjoitukseni lukevat ymmärtävät käydä katsomassa myös nämä kommentit!

Oluen juonnista ei tosiaan tarvitse kovin huonoa omatuntoa kokea, kunhan muistaa, että kohtuus kaikessa. :)

Kaj Luukko kirjoitti...

Kommentoin nyt aika vanhaa tekstiä, mutta minun käsittääkseni tuossa ylemmässä kuvassa oleva tonnimäärät tarkoittavat hiiltä, eivät hiilidioksidia. Asian voi tarkistaa alla olevista lähteistä:

http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_cycle
http://www.grida.no/climate/vital/13.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Fossil_fuel

Tuukka Simonen kirjoitti...

Ilman muuta saa kommentoida vanhoja tekstejäkin! Etenkin, kun kyseessä on korjaus. Tosiaan, puhun tuossa sekaisin ensin hiilimäärästä ja sen jälkeen puhun CO2:sta, jonka massa ilmakehässä tietenkin on paljon suurempi kuin ilmoittamani, koska CO2-molekyylin painosta iso osa on muuta kuin hiiltä. Korjataan, kiitos!

Mikko Manninen, from Porvoo, Finland kirjoitti...

Kovin helpolla ei löydy se tieto kuinka paljon hiilidioksidipitoisuus on vaihdellut viimeisen 50 miljoonan vuoden aikana.
kaikkia kiinnostaa vain mitä on tapahtunut viimeisen 100 vuoden aikana.

Esim ilmasto on joskus ollut 15 astetta lämpimämpi. Nyt ollaan noustu vasta 0,7 asetta ns. pienestä jääkaudesta. onko hiididioksidi pitoisuus ollut samaan aikaan esim 15 kertainen nykyiseen verrattuna.

Anonyymi kirjoitti...

Kirjoitanpa hieman keskustelun tasosta puuttumatta alkuperäisen kirjoituksen lähteisiin tai johtopäätöksiin. (Ei ole tarvetta: olen havainnut hyväksi blogeja lukiessani katsoa muutaman vastineen ensin-säästän aikaa kun näen jo keskustelun tasosta onko aihetta tutkia lähteitä tai kiinnostua todella artikkelista):

Theo Kurtén
Väitti (lyhensin) että "Maan ilmakehä ei ole paennut suuren painovoiman tähden [kuten Marsin on]".

Ja samalla voiteli T.Simosta otsikon aiheesta. TS vastaili "Loistavaa, että alan miehiä käy kommentoimassa vankalla tietopohjalla. Kommentissasi oli minulle (ja todnäk. monelle muullekin) uutta tietoa."

Ainakin itselleni uutta luuloa. Itse väittäisin että Maan magnetosfääri poikkeuttaa aurinkotuulen joka on mm. Marsista riipinyt ilmakehän avaruuteen (googlaa: mars magnetosphere, liian paljon dataa yms. jotta viitsisin sanoa dipolin suunnista ja 10e-4 voimakkuudesta vs. Maapallo). Mikäli näin yksinkertaista asiaa ei viitsitä tarkastaa (esim. google on keksitty), pidetään perusteena kehuttaessa tiedeperusteista keskustelua, en viitsi selvittää muitakaan väitteitä... Enkä katsonut millä perusteilla kumpikaan oli pätevä (muodollisesti tai muuten) tai millä alalla/aloilla "alan mies".

Loppupäätelmä kaasujen pakenemisen vaikutuksista osui kohdalleen (joskin varmaankin vahingossa).

Jään odottamaan haukkuja anonyymiydesta kun en viitsi nimeäni yhdistää tänne.