Ítarlegt yfirlit um ástæður hinnar hnattrænu hlýnunar

Á Skeptical Science, höfum við skoðað nokkrar nýlegar rannsóknir sem nota ýmsar mismunandi aðferðir til að skoða hversu stór hlutur hinnar hnattrænu hlýnunnar eru af náttúrulegum orsökum og hversu stór hluti eru af mannavöldum. Hér verður farið yfir niðurstöður ýmissa rannsókna til að sjá hvað vísindamenn og gögn þeirra hafa að segja um hvað það er sem er að valda hinni hnattrænu hlýnun.

Allar þessar rannsóknir, sem beita mismunandi aðferðum, gefa góðar vísbendingar um að það eru menn sem eru að valda hinni hnattrænu hlýnun á síðustu öld og þá sérstaklega á síðustu 50 til 65 árum (mynd 1).

Mynd 1: Heildar hlutur manna og náttúrunnar í hinni hnattrænu hlýnun sem orðið hefur síðastliðin 50-65 ár, samkævmt Tett o.fl. 2000 (T00, dökkblátt), Meehl o.fl. 2004 (M04, rauður), Stone o.fl. 2007 (S07, grænn), Lean og Rind 2008 (LR08, fjólublár), Huber og Knutti 2011 (HK11, ljósblár), og Gillett o.fl. 2012 (G12, appelsínugulur).  Þetta línurit má einnig finna á SkS Climate Graphics Page.

Athugið að tölur í þessu yfirliti er besta mat úr hverri grein. Til einföldunar er skekkjumörkum sleppt, en tenglar eru í hverja grein fyrir þá sem vilja kynna sér málið nánar.

Hverjir eru helstu áhrifaþættir í hitastigi jarðar.

Flestar eftirfarandi greinar nefna og ræða eftirfarandi áhrifaþætti á hitastig jarðar, vegna þess hversu ríkjandi þeir þættir eru.

Eins og þekkt er, þá veldur losun manna á gróðurhúsalofttegundum því að hiti jarðar eykst við aukinn styrk gróðurhúsalofttegunda í andrúmsloftinu, sem þar með eykur gróðurhúsaáhrifin.

Mismunandi sólvirkni hitar eða kælir jörðina eftir því hvort inngeislun frá sólinni inn í lofthjúp jarðar eykst eða minnkar.

Eldvirkni getur valdið skammtímakólnun á jörðinni með því að þeyta súlfat örðum (e. sulfate aerosols) út í andrúmsloftið, en mikið magn þeirra í efri lögum lofthjúpsins dregur úr inngeislun sólarljóss og minnkar magn þess sem nær yfirborði jarðar.  Þannig örður eru ekki langlífar og skolast úr andrúmsloftinu á 1-2 árum. Því hefur eldvirkni yfirleitt bara skammtímaáhrif á hitastig, nema það komi tímabil mjög mikillar eða lítillar eldvirkni. 

Örðulosun af mannavöldum (mest brennisteins díoxíð [SO2]) hefur einnig tilhneigingu til að kæla jörðina. Aðal munurinn á henni og eldvirkni er það menn eru stöðugt að losa mikið magn arða út í andrúmsloftið með því að brenna jarðefnaeldsneyti. Því er í raun um langtímaáhrif að ræða á hitastig - svo lengi sem menn halda áfram losuninni. Örður frá mönnum eru þó mismunandi og valda mismunandi áhrifum (draga úr sólarljósi, hjálpa til við skýjamyndun og valda gróðurhúsaáhrifum). Áhrif arða á loftslag er einn stærsti óvissuþátturinn í loftslagsfræðum.

El Nino sveiflan (ENSO) er náttúruleg sveifla í yfirborðshita sjávar í Kyrrahafinu, sem sveiflast á milli El Nino og La Nina fasa. El Nino fasinn færir hita frá sjónum og upp í andrúmsloftið. La Nina virkar síðan á hinn vegin. Nokkrar rannsóknir hafa verið gerðar á hvort ENSO hefur langtímaáhrif á hnattrænan hita. Þar sem um er að ræða sveiflu, þá er talið að langtímaáhrif séu lítil og að La Nina fasinn verki á móti El Nino.

Það eru aðrir áhrifaþættir, en gróðurhúsalofttegundir og SO2 eru stærstu mannlegu þættirnir. Sólvirkni, eldvirkni og ENSO eru stærstu náttúrulegu þættirnir sem virka á hnattrænan hita. Við skulum skoða hvað fræðimenn segja um hlutfallsleg áhrif hvers þáttar fyrir sig.

Tett o.fl. (2000)

Tett o.fl. (2000) notuðu aðferð þar sem mismunandi gögn eru hlaðin inn í loftslagslíkön og greint hvernig það passar best við hin eiginlegu gögn (aðferðin heitir á ensku optimal detection methodology). Inn í líkanið fóru mælingar á gróðurhúsalofttegundum, örður vegna eldvirkni, sólvirkni, örður af mannavöldum og breytingar í ósóni (óson er einnig gróðurhúsalofttegund).

Líkan þetta var borið saman við hnattrænan yfirborðshita frá 1897-1997. Í heildina þá náði líkanið að líkja nokkuð vel eftir hinni hnattrænnu hlýnun yfir allt tímabilið; hins vegar vanmat líkanið hlýnunina frá 1897-1947 og ofmat hlýnunina frá 1947-1997. Fyrir vikið þá er heildarsumma hlýnunar af manna- og náttúrunnarvöldum meira en 100 %, fyrir síðustu 50 ár rannsóknarinnar (sjá dökkblátt á mynd 1), þar sem hlýnunin var í raun minni en líkanið sagði til um. Fyrir bæði 50 og 100 ára tímabilin, þá mátu Tett og félagar það þannig að náttúrulegir þættir hefðu haft smávægileg kælandi áhrif og þar með að mannlegir þættir hlýnunarinnar hefðu verið meira en 100 %.

Meehl o.fl. (2004)

Meehl o.fl. 2004 notuðu svipaða nálgun og Tett o.fl. Þeir keyrðu loftslagslíkön með mismunandi gildum á þeim þáttum sem hafa áhrif á hnattrænana hita (gróðurhúsalofttegundir, sólvirkni, örður vegna eldvirkni, örður frá mönnum og ósón), sem var svo borið saman við hitagögn frá 1890-2000. Þeirra niðurstaða var að náttúrulegir þættir stjórnuðu að mestu hlýnuninni milli 1910-1940, en gætu ekki útskýrt þá hlýnun sem varð eftir miðja síðustu öld.

Samkvæmt mati Meehl o.fl. þá var um 80 % af hinni hnattrænu hlýnun milli 1890 og 2000 af völdum manna. Síðustu 50 ár ransóknarinnar (1950-2000) þá hefðu náttúrulegir þættir einir og sér valdið heildar kólnun og því er niðurstaðan svipuð og hjá Tett o.fl. að meira en 100 % hlýnunarinnar var af mannavöldum. Síðastliðin 25 ár er hlýnununin nær eingöngu af mannavöldum samkvæmt þeirra mati.

Stone o.fl. (2007)

Stone o.fl.sendu frá sér tvær greinar árið 2007. Fyrri rannsóknin greindi niðurstöðu 62 keyrsla á loftslagslíkönum yfir tímabilið 1940-2080. Þessar hermanir byggðu á mælingum gróðurhúsalofttegunda, örðum eldgosa, mannlegar örður og sólvirkni frá 1940-2005. Að auki notuðu þeir spár um framtíðarlosun til að skoða mögulega framtíðar hlýnun jarðar. Með líkanakeyrslu á orkujafnvægi úr þá fékkst mat á viðbrögðum loftslagsins við breytingu hvers þáttar. Á þessu rúmlega 60 ára tímabili, þá mátu Stone o.fl. að nálægt 100 % af hlýnuninni væri af mannavöldum og að náttúrulegir þættir hefðu í heildina kælandi áhrif.

Seinni rannsókn Stone o.fl. 2007 uppfærði niðurstöður sem komu úr fyrri rannsókninni með því að nota fleiri loftlsagslíkön og uppförð gögn - auk þess að skoða tímabilið 1901-2005. Fyrir allt það tímabil mátu Stone o.fl. að helmingur hlýnunarinnar væri náttúruleg og helmingur af mannavöldum. Gróðurhúsalofttegundir jukust nægilega mikið til að auka hitann um 100 % - en á móti kom að kælandi áhrif arða af mannavöldum minnkaði hlut manna um helming. Sólvirkni olli 37 % og eldvirkni 13 % af hlýnuninni fyrir þetta tímabil samkvæmt Stone o.fl.

Lean og Rind (2008)

Lean og Rind 2008 notuðu aðra nálgun, en þeir notuðu tölfræðilega aðferð sem kallast línuleg aðhvarfsgreing (e. multiple linear regression analysis). Lean og Rind notuðu mælingar á sólvirkni, eldvirkni og mannlegum þáttum, auk ENSO og notuðu tölfræðilega aðferð við að tengja það við hnattrænar hitamælingar. Með því að greina hvað er afgangs eftir að búið er að taka út mismunandi þætti, sýnir hvaða þættir eru mikilvægastir.

Sú greining var gerð yfir mismunandi tímabil og yfir tímabilið 1889ö2006 þá ullu menn nálægt 80 % af mældri hlýnun á meðan náttúrulegir þættir ullu um 12 %. Eins og áður þá er samtalan ekki nákvæmlega 100 % meðal annars vegna þess að ekki eru skoðaðir allir mögulegir og ómögulegir þættir sem geta haft áhrif á hnattrænan hita. Frá 1955-2005 og 1979-2005, þá mátu höfundar sem svo að menn hefðu valdið nálægt 100 % af mælanlegri hlýnun.

Stott o.fl. (2010)

Stott o.fl. notuðu aðra nálgun en Lean og Rind. Þeir notuðu tölfræðilega fjölnota línulega aðhvarfsgreiningu (e. statistical multiple linear regression) til að staðfesta niðurstöður úr fimm mismunandi loftslaglíkönum. Reiknaðir voru hallastuðlar (e. regression coefficients) fyrir gróðurhúsalofttegundir, aðra mannlega þætti (örður t.d.) og náttúrulega þætti (sólvirkni og eldvirkni) og mátu hversu mikla hlýnun hver þáttur hefði valdið á síðustu öld. Meðaltal þessarra fimm líkana sýndu að mannlegir þættir ollu samtals um 86 % af mælanlegri hlýnun og þar af gróðurhúsalofttegundir um 138 %. Lítil hlýnun fannst vegna náttúrulegra þátta.

Stott o.fl. staðfestu einnig niðurstöðuna með því að skoða hvað ýmsar rannsóknir hafa að segja um svæðisbundið loftslag. Þar kom í ljós að vart hafi verið við loftslagsbreytingar af mannavöldum í hitabreytingum staðbundið, úrkomubreytingum, rakastigi andrúmsloftsins, þurrkum, minnkandi hafís, hitabylgjum, sjávarhita og seltubreytingum, auk annarra svæðisbundna breytinga. 

Huber og Knutti (2011)

Huber og Knutti 2011 notuðu áhugaverða nálgun í sinni rannókn, en þar notuðu þeir regluna um varðveislu orku fyrir heildar orkubúskap jarðar til að áætla hversu stóran þátt mismunandi þættir höfðu áhrif á hlýnunina milli árana 1850 og 1950 fram til ársins 2000. Huber og Knutti notuðu áætlaða auknginu í heildarhita jarðar frá árinu 1850 og reiknuðu út hversu mikið sú aukning var vegna áætlaðra breytinga í geislunarálagi. Sú aukning skiptu þeir milli aukins hitainnihalds sjávar og útgeislun frá jörðu.  Meira en 85% af hnattrænum hita hefur fariðí að hita úthöfin þannig að með því að taka þau gögn með þá varð rannsókn þeirra sérstaklega sterk.

Huber og Knutti mátu það þannig að frá 1850 hafi 75 % hitaaukningarinnar verið af mannavöldum og að frá 1950 hafi hlýnunin af mannavöldum verið um 100 %.

Foster og Rahmstorf (2011)

Foster  Rahmstorf (2011) notuðu svipaða tölfræðilega nálgun og Lean og Rind (2008). Aðalmunurinn er að Foster og Rahmstorf skoðuðu fimm mismunandi hitagaögn, þar á meðal gervihnattagögn og greindu gögn frá árunum 1979-2010 (eða eins langt aftur og gervihnattagögn ná). Þeir skoðuðu þá þrjá helstu náttúrulega þætti sem hafa hvað mest áhrif á hnattrænt hitastig - sólvirkni, eldvirkni og ENSO. Þeir þættir sem hafa hvað mest áhrif á hnattrænt hitastig eftir að þessir þættir höfðu verið síjaðir í burtu voru af mannavöldum. 

Með því að skoða hitastig frá Hadlay miðstöðinni (British Hadley Centre) og er mikið notað í svona rannsóknum, þá fundu Foster og Rahmstorf það út að hinir þrír náttúrulegu þættir sem notaðir eru í rannsókninni valda heildar kólnunaráhrif frá árinu 1979-2010. Afgangurinn er að mestu leiti hlýnun af mannavöldum og því rúmlega 100 % af hlýnuninni fyrir þetta tímabil.

Einn lykilþátturinn í því að gera svona rannsókn sterka er að hér er ekki gerður greinarmunur á hinum mismunandi þáttum áhrifa frá sólu á hnattrænt hitastig. Öll áhrif frá sólu (bein og óbein) sem sýna fylgni við virkni sólar (sólvirkni, geimgeislar, útfjólublátt ljós o.sv.frv.) koma fram í línulegri aðhvarfsgreiningunni. Bæði Lean og Rind annars vegar og Foster og Rahmstorf hins vegar drógu þá ályktun að virkni sólar hefði spilað litlla rullu í hinni hnattrænu hlýnun.

Gillett o.fl. (2012)

Líkt og Stott o.fl. 2010, þá notuðu Gillett o.fl. tölfræðilega fjölnota línulega aðhvarfsgreiningu með loftslagslíkani - nánar tiltekið var notað líkan af annarri kynslóð frá Kanada (CanESM2). Notuð voru gögn fyrir losun gróðurhúsalofttegunda og losun arða. Einnig voru skoðaðar breytingar á landnotkun, sólvirkni, ósoni og örðumyndun vegna eldvirkni. Mismunandi þættir voru settir saman undir flokkana 'náttúrulegir', 'gróðurhúsalofttegundir' og 'annað'. Skoðaðir voru þessir þættir á þremur mismunandi tímabilum: 1851-2010, 1951-2000 og 1961-2010. Ef skoðuð eru meðaltöl seinni tímabilana og reiknað með að þátturinn 'annað' sé örður af mannavöldum, þá kemur í ljós að hlýnun af mannavöldum er meiri en 100 % fyrir þau tímabil.

Hlýnun af mannavöldum

Fyrrnefndar rannsóknir eru ólíkar innbyrðis og nota mismunandi aðferðir og nálganir - samt eru þær ótrúlega mikið samhljóða. Niðurstaða allra rannsóknanna var sú að þegar skoðuð eru síðastliðin 100-150 ár, þá er hlýnunin af völdum að minnta kosti 50 % og flestar rannsóknirnar benda til þess að hlýnunin af mannavöldum fyrir þetta tímabil sé milli 75 og 90 % fyrir þetta tímabil (mynd 2). Síðastliðin 25-65 ár, þá sýna fyrrnefndar rannsóknir enn fremur að hlýnunin af mannavöldum er lágmar 98 % og flestar benda til þess að menn hafi valdið töluvert yfir 100 % af þeirri hlýnun sem mælingar sýna - þar sem náttúrulegir þættir hafa haft kælandi áhrif á móti, undanfarna áratugi (myndir 3 og 4).

Að auki, þá kom í ljós í öllum rannsóknunum og öllum tímabilum að stærstu áhrifaþættir hnattræns hita eru þeir sem eru af mannavöldum: (1) Gróðurhúsalofttegundir, og (2) örðulosun af mannavoöldum. Þetta eru erfiðar aðstæður, því ef við hreinsum útblástur og minnkum örðulosun, þá munu kælandi áhrif þess minnka og afhjúpa hina undirliggjandi hlýnun sem er vegna gróðurhúsalofttegunda. Athugið að rannsóknirnar skoðuðu ekki allar sömu áhrifaþættina - sem veldur því að það virðist vanta sumar súlur í súluritunum á myndum 2-4.

Mynd 2: Prósentuhluti áhrifaþátta á hnattræna hlýnun síðastliðin 100-150 ár, samkvæmt  Tett o.fl. 2000 (T00, dökk blár), Meehl o.fl. 2004 (M04, rauður), Stone o.fl. 2007 (S07, grænn), Lean og Rind 2008 (LR08, fjólublár), Stott o.fl. 2010 (S10, grár),  Huber og Knutti 2011 (HK11, ljósblár) og svo Gillett o.fl. 2012 (G12, appelsínugulur).

Mynd 3: Prósentuhluti áhrifaþátta á hnattræna hlýnun síðastliðin 50-65 ár samkæmt Tett o.fl. 2000 (T00, dökk blár), Meehl o.fl. 2004 (M04, rauður), Stone o.fl. 2007 (S07, grænn), Lean og Rind 2008 (LR08, fjólublár),  Huber og Knutti 2011 (HK11, ljósblár) og svo Gillett o.fl. 2012 (G12, appelsínugulur).

Mynd 4: Prósentuhluti áhrifaþátta á hnattræna hlýnun síðastliðin 25-30 ár samkæmt Meehl o.fl. 2004 (M04, rauður), Lean og Rind 2008 (LR08, fjólublár) og Foster og Rahmstorf 2011 (FR11, grænn).

Það var tímabil hlýnunar milli 1910 og 1940 sem er talið að mestu vegna aukinnar sólvirkni og lítillar eldvirkni - auk áhrifa frá mönnum. Frá miðri síðustu öld hefur sólvirknin hins vegar verið flöt og eldvirkni í meðaltali. ENSO hefur síðan engin heildaráhrif á hnattrænan hita til lengri tíma litið. Styrkur gróðurhúsalofttegunda vegna losunar manna á þeim út í andrúmsloftið hefur aukist með auknum þunga og er orðinn helsti áhrifaþátturinn í breytingum á hnattrænum hita, líkt og myndir 3 og 4 sýna.

Mismunandi aðferðir og nálganir sýna svipaða niðurstöðu: Menn eru helsti áhrifaþátturinn í breytingum á hnattrænum hita síðastliðna öld og sérstaklega síðastliðin 50 ár.

Translation by Hoskibui. View original English version.