Drivhuseffekten er en populær betegnelse for atmosfærens evne til at holde igen på udstrålingen af energi fra jordoverfladen. Drivhuseffekt findes naturligt i større eller mindre grad på alle planeter med en atmosfære og skyldes forekomsten af særlige luftarter og partikler. På Jorden er vanddamp langt den vigtigste luftart for drivhuseffekten.

Den isolerende effekt betyder, at Jordens temperatur ved overfladen er højere, end den ville være uden en atmosfære. Hvis man antager, at den absorberede mængde solenergi er den samme i de to tilfælde, kan man beregne, at drivhuseffekten giver en temperaturforøgelse på ca. 33 °C.

Betegnelsen drivhuseffekt henviser lidt misvisende til et almindeligt væksthus. Den høje temperatur her skyldes, at glasset i væggene og taget tillader solstrålingen at slippe igennem, men forhindrer ventilation af væksthuset. Atmosfærens drivhuseffekt skyldes derimod en række luftarters evne til at absorbere infrarød stråling, som nær jordoverfladen hovedsagelig stammer fra overfladen selv. Atmosfærens evne til at absorbere infrarød stråling ækvivaleres af en tilsvarende evne til at stråle ud igen, både op og ned. Den nedadrettede stråling kaldes atmosfærestrålingen og giver sammen med Solens strålingsenergi grundlaget for den højere temperatur ved overfladen.

Drivhuseffekten har siden 1980'erne været et af de mest dynamiske forskningsfelter i verden. Kolossale summer er blevet investeret i forskningen, og der er også store politiske interesser. Forskningen har tilført betydelige erkendelser til emnet, men har også understreget, at drivhuseffekten og klimaudvikling er ekstremt komplicerede mekanismer.

Drivhusgasser

Drivhusgasser er luftarter, der bidrager til drivhuseffekten. De vigtigste drivhusgasser er vanddamp (H2O) og kuldioxid (CO2). Kuldioxid dannes naturligt samt i stigende omfang ved forbrænding af fossilt brændsel; indtil nu er atmosfærens koncentration af CO2 øget med omkring 50 %, fra 280 ppm til 425 ppm.

Andre drivhusgasser er methan (CH4), som bl.a. kommer fra køer, oversvømmede rismarker, optøende permafrost og andre steder, hvor organisk materiale nedbrydes under iltfri forhold; lattergas (N2O), som bl.a. stammer fra bakterier i jord, i hav- og søbund samt fra visse industrielle processer, afbrænding af biomasse og landbrugets brug af kvælstofgødning; ozon (O3) i troposfæren samt bl.a. CFC (freon).

Mængden af aktive drivhusgasser voksede jævnt gennem hele 1900-tallet. Stigningen er fortsat efter årtusindskiftet, og atmosfærens drivhuseffekt må derfor forventes at være steget i samme periode. Baseret herpå må man forvente en stigende temperatur, hvilket også er bekræftet af observationerne, som i de sidste 200-300 år i meget stort tal er blevet gennemført både på land og til havs. De fleste klimaforskere mener, at lufttemperaturen tæt ved jordoverfladen er steget omkring 1,3 °C siden midten af 1800-tallet, som er den gængse reference. Den globale temperatur i 2023 viste dog en stigning på hele 1,5 grader, som er grænsen for det mest optimistiske niveau i Parisaftalen.

Stigningen har ikke været jævn, men er koncentreret i to perioder: i 1920-1940 og fra 1980'erne til i dag. Temperaturforløbet 1920-1940 diskuteres stadig, for spørgsmålet er, om det iagttagne er et reelt signal, og i så fald om signalet skyldes den øgede drivhuseffekt, eller om der er andre årsager. Derimod er der generel enighed om, at temperaturstigningen fra 1980 skyldes den øgede mængde drivhusgasser i atmosfæren. Klimaet kan ændre sig af mange andre grunde end en øget drivhuseffekt, men påvirkningen herfra bliver mere og mere tydelig.

Uanset årsagen til den iagttagne temperaturstigning vil en fortsat øget temperatur true samfundet i form af ændrede klimabælter og øget vandstand i verdenshavene.

Høje og lave skyer

Dybest set er det ikke i sig selv nok, at et stof kan absorbere infrarød stråling nedefra. Afgørende for drivhuseffektens størrelse er forskellen i temperatur mellem jordoverfladen og det højereliggende lag, hvorfra strålingen til slut undslipper til universet. Jo større denne temperaturforskel er, jo større er drivhuseffekten.

Temperaturen falder generelt med højden; når høje skyer stopper for infrarød stråling nedefra, vil de således give anledning til en stor drivhuseffekt, fordi deres egen udstråling opefter er lille pga. deres lave temperatur. Ganske vist reflekterer de en vis del af sollyset, men det samlede resultat bliver en opvarmning. Modsat vil lave skyer virke afkølende, da den opadrettede stråling fra lave skyers toppe stort set er den samme som fra jordoverfladen, mens deres refleksion af solstråling er større end dennes.

Temperaturkurver

Et af mange stridspunkter i forskningen er sammenstilling og tolkning af kurver over globale og regionale temperaturer gennem de sidste 200 år. Analyse af de meget omfattende historiske datasæt med temperaturmålinger har overbevist de fleste klimaforskere om, at lufttemperaturen, som tidligere nævnt, er steget med 1,3 °C siden referencen midt i 1800-tallet.

Regionale forandringer kan være ganske betydelige og er måske allerede synlige. Eksempelvis er vækstsæsonen i Nordvesteuropa forøget med flere uger siden 1980'erne, og i samme periode er også mængden af nedbør steget betydeligt.

Kuldioxid

Debatten har især drejet sig om menneskehedens bidrag til udslippene af drivhusgasser, først og fremmest dannelsen af kuldioxid (CO2) fra afbrænding af fossile brændsler som olie, kul og naturgas. Igennem hele den industrialiserede periode har de menneskeskabte udslip af CO2 bidraget til en ubalance i det naturlige kredsløb. Derfor har kuldioxidkoncentrationen i atmosfæren været stigende igennem de seneste 150-200 år. Omkring halvdelen af den mængde CO2, der slippes ud hvert år, opsamles i atmosfæren, mens den anden halvdel af CO2-udslippet optages i oceanerne, i planter på landjorden og måske i de øverste jordlag.

Man er efterhånden blevet klar over, at stigningen i forekomsterne af en række andre gasser tilsammen betyder nogenlunde det samme som stigningen i CO2-koncentrationen for øgningen af drivhuseffekten.

Internationalt har man flere gange søgt at samle alle lande omkring en aftale om begrænsninger af udslip af drivhusgasser. Det skete i først omgang i 1997, da man vedtog Kyotoprotokollen under COP3. Efter et mislykket forsøg i København i 2009 under COP15 kom der et gennembrud i 2015, da man under COP21 fik vedtaget Parisaftalen.

Det er især udslippet af kuldioxid (CO2), der har tiltrukket sig interesse, for det fremgår af IPCC's rapporter, at det er øgningen af drivhusgasser – og især CO2 – der er årsagen til klimaforandringerne. CO2 kommer til at betyde mest, fordi den bliver hængende i atmosfæren i mange årtier, mens fx vanddamp hele tiden ændres i forbindelse med kondensation og fordampningsprocesser.

Oceanerne optager størstedelen af kuldioxiden, men visse beregninger viser, at også landjorden med dens vegetation optager en hel del. Man forestiller sig således, at skovrejsning og -vækst på den nordlige halvkugles mellembreddegrader i disse årtier bidrager til at holde CO2-stigningen i atmosfæren i ave.

Den samlede atmosfærestråling fra alle gasser og skyer er ca. 320 W/m2. En fordobling af CO2 i forhold til det nuværende niveau er beregnet til at give en mindre øgning af atmosfærestrålingen på ca. 4 W/m2. Omsat til temperatur svarer dette til en temperaturstigning ved overfladen på blot ca. 0,5 °C. Men igennem interne processer i atmosfære-jord-systemet forstærkes denne temperaturstigning, hovedsageligt via is-albedo-effekten og koblingen til øgningen af atmosfærens indhold af vanddamp. For højere temperaturer øger fordampningen, og samtidig kan en varmere atmosfære indeholde mere vanddamp, inden der sker en kondensation til vanddråber.

Man har beregnet, at med de aktuelt planlagte reduktioner af udledning af CO2, vil temperaturen stige omkring 3 °C — vel at mærke i gennemsnit for hele Jorden, og når klimaet har nået en ny ligevægt. Dette kan tage lang tid, idet verdenshavene virker som en modererende faktor på temperaturændringer. Med den voksende betydning af de andre drivhusgasser nås de 4 W/m2 noget tidligere, end da man beregnede ændringerne ud fra CO2 alene.

Aerosoler

Atmosfæren indeholder en lang række partikler af forskellige typer. Under ét betegnes de aerosoler (svævende partikler). Disse kan både reflektere og absorbere stråling fra Solen, men det er især refleksionen, som har betydning for klimaet.

Reflekteret solstråling vil normalt være tabt for Jorden, og derfor forventes aerosoler som hovedregel at virke afkølende på klimaet. Virkningen vil selvfølgelig være stærkest dér, hvor man har de største koncentrationer af aerosoler. De industrialiserede dele af kontinenterne vil pga. menneskeskabte aerosoler fremstå som områder med store aerosolkoncentrationer. Disse vil ikke kun være lokaliserede til selve kildeområderne, men vil ligge udstrakt langs den fremherskende vindretning.

Aerosolernes afkølende effekt er enkelte steder af samme størrelsesorden som den beregnede stigning i drivhuseffekten. Hertil kommer, at aerosolernes samlede effekt i høj grad er resultatet af en række sekundære, indirekte mekanismer, der bl.a. involverer skyer. Skyernes udseende og struktur og dermed deres evne til at reflektere sollys er påvirkelige for atmosfæriske aerosoler. Samlet påvirker aerosoler klimaet i afkølende retning, men usikkerheden er relativt stor.

En overgang til renere energiteknologi (fx fra kul til naturgas) kan i denne forståelse komme til at forstærke drivhuseffekten yderligere. I de senere år har man faktisk kunnet konstatere et fald i mængden af aerosoler i atmosfæren.

Skydække og iondannelse

Skydække og iondannelse spiller også en vigtig rolle i Jordens energibudget, men der er stadig store huller i forståelsen af de to faktorer. I gennemsnit er halvdelen af Jorden dækket af skyer, som tilsammen reflekterer ca. ¼ af den indkommende solstråling. Dette medvirker til at holde temperaturen ved jordoverfladen nede. Derimod absorberer skyer ikke ret megen solstråling. Omvendt vil de fleste skyer absorbere hele den infrarøde stråling fra overfladen og derved bidrage effektivt til drivhuseffekten. Nettoeffekten af skyer er ikke bestemt præcist endnu.

Stigningen i mængden af drivhusgasser forventes at føre til en øgning af atmosfærens indhold af vanddamp, men det er ikke fastlagt, om dette automatisk vil føre til flere og/eller tykkere skyer og dermed en tendens til svækkelse af temperaturstigningen.

En dansk hypotese, som blev fremsat af Henrik Svensmark (f. 1958) i slutningen af 1990'erne, er blevet diskuteret i denne sammenhæng. Ifølge Svensmarks teori skulle variationer i Solens aktivitetsniveau påvirke skydannelsen via en modulation af iondannelsen fra kosmisk stråling. Ionerne skulle angiveligt fungere som kondensationskerner for dannelsen af skydråber. Den fysiske dokumentation af disse mekanismer eksisterer ikke for nærværende, og den danske klimaforsker Peter Laut (f. 1933) har kritiseret hypotesen, idet han har påvist afgørende mangler i datagrundlaget. Ifølge Lauts analyser er relevante og irrelevante data blevet sammenblandet for at nå frem til de publicerede konklusioner. Se også Solens effekt på Jorden.

Endogene faktorer

Nyere forskning har påvist betydningen af interne dynamiske processer i klimasystemet, især hvordan koblingen mellem atmosfæren og verdenshavene kan påvirke cirkulationsmønstrene og derigennem det globale klima.

Beregninger antyder stærkt, at dannelsen af dybvand i Norskehavsregionen spiller en stor rolle for regionens og måske også for det globale klima. Ifølge modelberegninger vil et varmere klima svække denne dannelse af dybvand og derved ændre på havets generelle cirkulation. Hvis opvarmningen når over en vis størrelse, vil dybvandsdannelsen måske helt stoppe, hvilket i så fald vil skabe et helt andet klima i regionen.

Siden 1980'erne har vinterklimaet i samme region været domineret af stærke vestenvinde med mildt og fugtigt klima over Nordvesteuropa til følge. I forbindelse med dette klimaudsving har trykforskellen mellem Azorerne og Island været større end tidligere. Dette udsving i trykforskellen kaldes Den Nordatlantiske Oscillation, NAO. NAO-indekset har været unormalt højt i den nævnte periode, og der synes at være en statistisk sammenhæng mellem forandringerne i NAO og den globale tendens til opvarmning. Se også Atlanterhavet.

Computermodeller

Alle vurderinger af det fremtidige klima er baseret på computerberegninger. Resultaterne af beregningerne sammensættes i såkaldte fremtidsscenarier. Beregningerne gennemføres på computere med meget store og komplekse programmer, som simulerer vejrets udvikling i små skridt ad gangen (et skridt svarer normalt til 30 minutter). For at kunne udtale sig om klimaet om 100-200 år må man tage et meget stort antal skridt, måske 1 million eller flere. Dertil behøves de kraftigste computere.

Ifølge beregningerne vil de største ændringer ske i områderne omkring polerne, hvor især efteråret og den tidlige vinter forventes at få højere temperaturer. Derimod er der ingen tegn på nævneværdige ændringer i troperne. Globalt må der forventes mere nedbør. Stigningen i nedbørsmængderne vil især ske i de i forvejen våde områder, mens man i kontinenternes indre til gengæld må man være forberedt på tørre somre. Klimaforandringerne behøver imidlertid ikke at forløbe ensartet overalt. Eksempelvis kan de store bølger i vestenvindsbælterne via deres egen dynamik medføre, at visse områder får en afkøling.

I takt med at computerne er blevet væsentlig hurtigere og kan behandle større og større mængder data, er klimamodellerne også blevet mere nøjagtige. For selv om der er store usikkerheder i dele af klimaforskningen, så er der rimelig sikkerhed i de overordnede tendenser.

Usikkerhederne er også store i forbindelse med de såkaldte tipping points, hvor fx et sammenbrud i Golfstrømmen vil føre til en stor afkøling i Nordskandinavien.

I Danmark har DMI udviklet en regional klimamodel, hvis resultater er vist i det nationale klimaatlas.

IPCC

FN har nedsat et særligt råd, Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC, som med ca. fem års mellemrum arrangerer evalueringer af status på klimaområdet. I den forbindelse laver man analyser af en række forskellige scenarier. De seneste IPCC-simuleringer viser, at det med meget stor sandsynlighed kan bekræftes, at mennesket har haft indflydelse på de sidste årtiers temperaturstigning, mens naturlige årsager nok lå bag stigningen i 1930'erne. Klimamodeller kan nu simulere 1900-tallets temperaturer.

Forløbet af den faktisk observerede temperaturstigning kan bruges til at justere klimamodellernes præcision og derved øge deres troværdighed ved projektioner ud i fremtiden. Modellerne er stadig ikke præcise, hvad angår alle simulerede processer (fx skyer), og væsentlige processer i naturen er endnu ikke forstået — og derfor ikke indbygget.

Klimaforskningens rolle

Videnskaben står i et dilemma, idet man på den ene side har en forståelig interesse i at reagere på ønsket fra samfundet om eksakte tal for fremtidens klimaudvikling, fx et helt konkret bud på udviklingen i Danmark. På den anden side står man med en erkendelse af, at de til rådighed værende redskaber i realiteten kun kan give meningsfyldte udsagn om enkelte globale forhold; og selv her er der store problemer med fortolkningen.

Selv om der er en vis usikkerhed om, hvornår vi vil mærke den fulde effekt af drivhuseffekten, hvordan forandringerne præcis vil fordele sig i verden, og hvor store de lokale forandringer vil blive, er der ikke tvivl om, at der er sket en reel temperaturstigning fra især 1980 og frem til i dag. Forventningen er, at et fortsat udslip af drivhusgasser til atmosfæren vil medføre en fortsat temperaturstigning med alle de risici, det indebærer.

Problemet er altid at sætte tal på udviklingen, dvs. komme med pålidelige vurderinger for klimaets følsomhed overfor de stigende mængder af drivhusgasser. Denne følsomhed beskrives som regel som den temperaturstigning en fordobling af CO2 i atmosfæren vil medføre. Klimafølsomheden var i mange år beregnet til mellem 1,5 °C og 4,5 °C, hvilket er en meget stor usikkerhed. I 2020 fremkom forskerne med nye beregninger, der indsnævrede intervallet til 2,2 °C og 3,4 °C.

Denne nye beregning skaber større sikkerhed i de modelberegninger, der er så afgørende for især planlægning af klimatilpasningen overalt på kloden.

Læs mere i Den Store Danske

Kommentarer

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig