År 1896 satte sig den svenske kemisten Svante Arrhenius och räknade. Han ville veta hur mycket jordens temperatur skulle förändras om koldioxidhalten i atmosfären fördubblades till följd av mänsklig koleldning. Beräkningarna tog månader. Resultatet – en uppvärmning på 5 till 6 grader – publicerades i en artikel i Philosophical Magazine. Ingen tog det särskilt allvarligt. Det var för länge sedan, och de mängder kol mänskligheten brände syntes obetydliga mot naturens krafter.
Det var 130 år sedan. I dag är insikten om växthuseffekten och dess förstärkning inte en fråga om prognos. Det är en fråga om pågående mätdata.
Vad är växthuseffekten?
Växthuseffekten är atmosfärens förmåga att absorbera och återutsända infraröd strålning från jordytan, vilket håller temperaturen på planeten betydligt högre än om ingen atmosfär existerade.
SMHI beskriver det så: “Växthuseffekten är en grundläggande egenskap hos jordens klimat” – inte ett undantag, inte ett problem i sig, utan en fysikalisk egenskap hos planeten.
Processen är distinkt från solstrålning i sig. Solen skickar kortvågig strålning som passerar relativt obehindrat genom atmosfären och når markytan. Markytan absorberar energin och värms upp. Sedan börjar det som skiljer en planet med atmosfär från en utan: den uppvärmda ytan sänder ut långvågig infraröd strålning – värmestrålning – tillbaka mot rymden. Den strålningen möter atmosfären.
Och det är i atmosfären som växthusgaserna befinner sig.
Hur fungerar växthuseffekten?
Solstrålning och jordytan
Ungefär 30 procent av solstrålningen reflekteras direkt tillbaka av moln, is och ljusa ytor. Resterande 70 procent absorberas av markytan och oceanerna. De värms upp och sänder i sin tur ut infraröd värmestrålning uppåt.
Växthusgaserna som filter
Växthusgaserna – koldioxid, metan, vattenånga, lustgas med flera – har en molekylstruktur som gör att de absorberar infraröd strålning på specifika våglängder. De tar upp energin från jordytans värmestrålning och återutsänder den i alla riktningar. En del strålning fortsätter ut i rymden. En del skickas tillbaka mot markytan.
Det är den tillbakaskickade strålningen som höjer temperaturen. Naturskyddsföreningen beskriver det med en enkel bild: “Växthusgaserna fungerar ungefär som ett täcke som håller jorden varm.”
Termen växthuseffekt myntades av Robert W. Wood 1909 som en analogi till hur glaset i ett odlingsväxthus fungerar. Analogin är inte helt korrekt – ett faktiskt växthus hindrar konvektion, inte enbart strålning – men namnet fastnade i vetenskapen och i allmänt språkbruk.
Den naturliga växthuseffekten – livsnödvändig
Den naturliga växthuseffekten har existerat lika länge som planeten haft en atmosfär. Utan den naturliga växthuseffekten skulle jordens yta vara ungefär -18 grader Celsius. Det är inte ett hypotetiskt tankeexperiment – det är fysik. Dagens globala medeltemperatur ligger på +14 till +15 grader. Skillnaden på ungefär 30 grader kallas ibland för “det naturliga växthusbidrag” och är förutsättningen för allt flytande vatten, alla ekosystem och allt liv som vi känner till.
SMHI konstaterar att en naturlig växthuseffekt “så gott som alltid funnits på jorden.” Det är bakgrundstillståndet. Det enda som förändras är styrkan.
Mars är ett belysande jämförelseobjekt. Planeten har en atmosfär, men den är tunn och domineras av koldioxid i låg koncentration. Medeltemperaturen på Mars är ungefär -60 grader. Venus, å andra sidan, har en tät atmosfär med nästan ren koldioxid och extremt starka växthusgaser. Medeltemperaturen där är +465 grader – het nog att smälta bly. Jorden befinner sig i ett mellanläge som gjort flytande vatten och liv möjligt under 3,5 miljarder år. Det jämviktstillståndet är vad mänskligheten nu stör.
Vilka är växthusgaserna?
Växthusgaserna utgör en bråkdel av atmosfärens totala volym, men deras inverkan på strålningsbalansen är oproportionerligt stor.
Vattenånga – den dominerande
Vattenånga är den mest förekommande växthusgasen och bidrar med 39 till 62 procent av den naturliga effekten enligt Wikipedia, och uppskattningsvis upp till 75 procent enligt andra beräkningar. Den är naturlig och styr sig självt utifrån temperaturen: varmare luft håller mer vattenånga, vilket förstärker uppvärmningen ytterligare. Det kallas en positiv återkoppling. Mänskliga utsläpp påverkar inte vattenångahalten direkt, men indirekt: höjer vi temperaturen ökar avdunstningen, och cirkelns effekt förstärks.
Koldioxid – den viktigaste antropogena
Koldioxid bidrar med 14 till 25 procent av den naturliga växthuseffekten. Det gör den till den näst viktigaste enskilda gasen. Men bland de gaser som mänskligheten tillför atmosfären är koldioxid den dominerande drivkraften för global uppvärmning – inte för att den är starkast per molekyl, utan för att utsläppsmängderna är enorma.
Koldioxidhalten i atmosfären har ökat med ungefär 50 procent sedan förindustriell tid. Källorna är förbränning av fossila bränslen – kol, olja och naturgas – samt skogsavverkning som frigör lagrat kol.
Metan – 28 till 34 gånger kraftigare
Metan har en uppvärmningspotential som är 28 gånger större än koldioxidets per ton sett över 100 år, och upp till 34 gånger om man räknar på kortare tidshorisonter. Det gör varje ton metan till ett allvarligt bidrag.
Metanhalten i atmosfären har ökat med ungefär 150 procent sedan förindustriell tid. Källorna inkluderar nötkreaturens matsmältning, risfält, läckage från naturgas- och oljeutvinning, samt nedbrytning av organiskt material på deponier.
Lustgas och fluorerade gaser
Lustgas – dikväveoxid – är 273 till 300 gånger kraftigare som växthusgas än koldioxid per molekyl. Källorna är jordbruk, konstgödsel och viss industriell verksamhet. Fluorerade gaser, som används i kylsystem och brandsläckningsmedel, är konstgjorda ämnen utan naturliga analoger. De kan vara tusentals gånger kraftigare än koldioxid per enhet, men förekommer i relativt liten mängd.
Den förstärkta växthuseffekten och människans påverkan
Den förstärkta växthuseffekten är det tillstånd som uppstår när mänsklig aktivitet ökar koncentrationen av växthusgaser i atmosfären bortom det naturliga jämviktsläget.
SMHI är tydliga i sin terminologi: “Klimatfrågan behandlar den förstärkta växthuseffekten – utsläpp utöver naturliga processer som förändrar atmosfärens sammansättning.”
Processen startade på allvar med industrialiseringen under 1800-talets andra hälft. Kol, sedan olja, sedan naturgas brann i en takt atmosfären aldrig sett. Koldioxidmolekyler absorberar inte mer energi för att det är mänsklig koldioxid – mekanismen är identisk med den naturliga. Men mer gas innebär att mer värmestrålning hålls kvar. Strålningsbalansen förskjuts. Temperaturen stiger.
De tre huvudsakliga mänskliga utsläppskällorna är förbränning av fossila bränslen, skogsavverkning som minskar kolinlagringen och frigör lagrat kol, samt jordbrukets utsläpp av metan och lustgas.
En komplikation som vetenskapen länge diskuterat är återkopplingsmekanismerna. Enkel fysik förklarar hur mer koldioxid absorberar mer värme. Men klimatsystemet reagerar med förstärkningseffekter. Ökad temperatur smälter is och snö, vilket minskar jordens albedo – förmågan att reflektera solstrålning. Mörk mark och öppet hav absorberar mer solenergi än vit is. Permafrost i Sibirien och Kanada tinar och frigör lagrat metan och koldioxid. Vattenångahalten i atmosfären ökar med temperaturen. Varje grad skapar förutsättningar för ytterligare uppvärmning. Det är dessa återkopplingar som gör den förstärkta växthuseffekten svår att bromsa snabbt.
Global uppvärmning och klimatförändringar
Jordens medeltemperatur har stigit med 1,09 till 1,2 grader Celsius sedan 1850. Det är ett faktum uppmätt i globala temperaturserier. Takten är ovanlig i ett geologiskt perspektiv.
Konsekvenser av temperaturökningen
En uppvärmning på 1,2 grader är inte jämnt fördelad. Arktis värms upp tre till fyra gånger snabbare än det globala genomsnittet. Glaciärer smälter 31 procent snabbare nu än för 15 år sedan. Havsnivån stiger gradvis och hotar låglänta kustområden, från Bangkoks slum till Maldiverna. Extrema väderhändelser – skyfall, torka, värmeböljor – ökar i frekvens och intensitet. Havens förmåga att absorbera koldioxid minskar i takt med att vattnet värms och försuras, vilket i sin tur hotar marint liv som koraller och skaldjur.
Sverige märker förändringen redan. Sommaren 2018 drabbades landet av en exceptionell torka och de dittills allvarligaste skogsbränderna på decennier. Hösten 2023 kom extremregn till delar av Mellansverige. SMHI:s klimatscenarier visar att Sverige med 2 graders global uppvärmning kan förvänta sig att den biologiska säsongen förlängs, att extrema skyfall ökar och att snötäcket i södra Sverige i stor utsträckning försvinner.
Parisavtalet och 1,5-gradersmålet
Parisavtalet undertecknades 2015 av 197 länder. Målet är att begränsa den globala uppvärmningen till 1,5 grader Celsius jämfört med förindustriell nivå, med ett absolut tak på 2 grader. Skillnaden mellan 1,5 och 2 grader är vetenskapligt dokumenterad: vid 2 grader exponeras hundratals miljoner fler människor för extrem värme, fler korallrev dör ut, och mer av polartäcket försvinner.
Om nuvarande utsläppstrend fortsätter pekar modellerna mot 2,1 till 3,5 graders uppvärmning till år 2100.
Vetenskapen bakom – en kort historia
Insikten att atmosfären kan hålla kvar värme är inte modern. Den franske matematikern Joseph Fourier beskrev 1824 hur atmosfären fungerar som ett värmeisolerade lager runt planeten. Den irländske fysikern John Tyndall identifierade 1859, genom experiment, att vattenånga och koldioxid är de gaser i atmosfären som absorberar infraröd strålning.
Svante Arrhenius tog det avgörande steget 1896: han kopplade ihop fysiken med mänsklig aktivitet och beräknade hur koleldning skulle påverka jordens temperatur. Hans beräkningar var grova efter moderna mått, men hans slutsats – att ökad koldioxid leder till mätbar uppvärmning – stämmer med 130 år av efterföljande forskning.
FN:s klimatpanel IPCC sammanfattar sedan 1988 den samlade klimatforskningen och har i varje rapport sedan dess konstaterat att den observerade uppvärmningen till överväldigande del beror på mänskliga utsläpp.
Det Arrhenius beräknade i sin lägenhet i Stockholm under vintern 1895–1896, utan dator, med logaritmtabeller och tålamod, är det vi nu mäter i termer av stigande temperaturserier, smältande isar och förändrade monsunmönster. Kunskapen är gammal. Det som är nytt är att konsekvenserna inte längre är prognoser.
