Hvordan bremser vi den globale oppvarmingen, brenner mindre fossilt drivstoff og setter fart på den grønne omstillingen? Det er forskere og politikere opptatt av i dag, men hvordan fant vi egentlig ut at utslippene våre påvirker klimaet?

Med hjelp fra to klimaforskere har vi utarbeidet en liste over de sentrale klimastudiene i historien.

1856: Amatørforsker «oppdaget» den globale oppvarmingen

Allerede på 1850-tallet – mens verden holdt på å venne seg til de første damplokomotivene, oppdaget forskere flere av de mekanismene som nå peker mot en klimakrise.

– Forbindelsen mellom CO2 og global oppvarming ble funnet i 1856, forteller Martin Stendel, som er seniorforsker ved Danmarks Meteorologiske Institut.

I en artikkel med tittelen «Circumstances affecting the heat of the Sun's rays» ble begrepet «global oppvarming» brukt for aller første gang. Det var den kvinnelige amatørforskeren Eunice Foote (1819–88) som skrev den etter et enkelt forsøk:

– Foote fylte ulike gasser i ulike beholdere som hun plasserte ut i sola. Da hun undersøkte beholderne igjen, kunne hun se at beholderen med CO2 var varmet opp mest, forklarer Stendel.

– Allerede den gangen visste man at CO2 kunne kobles til varme, men det var ingen som hadde gjort koblingen mellom solstråler og CO2, legger han til.

Da beholderne ble tatt ut av sola, tok det dessuten mye lengre tid for beholderen med CO2 å kjøle seg ned, noterte Foote. Det fikk henne til å konkludere med at «en atmosfære med den gassen vil gi kloden vår en høyere temperatur».

– Foote gjorde altså koblingen mellom CO2 i atmosfæren og en mulig global oppvarming allerede den gangen, påpeker Stendel.

– Det var imidlertid av feil grunner. Oppvarmingen skjer jo ikke på grunn av strålene fra sola, som har kort bølgelengde, men fordi drivhusgassene holder en del av den langbølgede utstrålingen tilbake som ellers ville forsvinne til verdensrommet. Det kunne hun imidlertid ikke forklare.

1859: Drivhuseffekten forklarte global oppvarming

Forklaringen kom den irske fysikeren John Tyndall (1820–93) med tre år senere i artikkelen «On the transmission of heat of different qualities through gases of different kinds» fra 1859.

Tyndall fant ut at drivhusgasser som CO2 kunne å «fange» de langbølgede infrarøde strålene som jorden sender ut når solen skinner på den. Når gassene forhindrer de langbølgede strålene i å forlate atmosfæren vår, varmes kloden opp.

I dag kjenner vi det som drivhuseffekten.

– Klimavitenskapen var helt klar i 1859. Med Foote og Tyndall sto det klart at mengden CO2 i atmosfæren ville påvirke temperaturen i atmosfæren, slik at mer CO2 innebar høyere temperaturer, mener Stendel.

– Verken Foote eller Tyndall kunne i sin villeste fantasi forestille seg hvordan det ville utvikle seg til den situasjonen vi har i dag, legger han til.

1896: Klimafølsomheten ble regnet ut av Greta Thunbergs slektning

Allerede 40 år senere ble det imidlertid spekulert på hvordan enorme mengder CO2 atmosfæren kunne få hele jordens temperaturer til å stige.

Det skjedde da den svenske kjemikeren og fysikeren Svante Arrhenius (1859–1927) i 1896 – altså for 125 år siden. Han beskrev, i The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, det vi i dag kjenner som klimafølsomhet.

Klimafølsomhet er den kanskje viktigste parameteren i det store regnestykket som klimaforskere arbeider med.

Klimafølsomheten er avgjørende når forskere og politikere snakker om at vi må holde utslippene av drivhusgasser på et visst nivå for å unngå at temperaturen stiger.

Svante Arrhenius, som for øvrig mottok nobelprisen i kjemi i 1903 og er i slekt med med Greta Thunberg, kom på sporet av klimafølsomheten ved å se nærmere på jordens dype historie.

Samtidens geologiske forståelse ga nemlig ny kunnskap om jordens istider, som Arrhenius antok fant sted fordi mengden drivhusgasser i atmosfæren var lav i de periodene.

Med det i bakhodet spisset Svante Arrhenius blyanten (han utførte alle beregningene sine for hånd) og kastet seg ut i et enormt regnestykke.

Han kom fram tid at når det under en istid var omkring 4–5 grader kaldere enn i hans egen samtid på 1890-tallet, så stemte det overens med at det skulle være vel halvparten så mye CO2 i atmosfæren.

Regnestykket kunne han også snu om og utlede ut at når det er dobbelt så mye CO2 i atmosfæren – som på 1890-tallet – vil temperaturene stige med om lag 5–6 grader.

Målet for hvor mye temperaturen vil stige når CO2-konsentrasjonen fordobles, er i dag kjent som «klimafølsomhet».

– Arrhenius gjorde noen ganske grove antakelser som gjør at noen av tallene hans blir feil. Det er ikke en perfekt studie. Han hadde begrensede målinger, og det var begrensninger for hvor detaljerte beregningene kunne bli, påpeker Peter Langen, professor og leder av iClimatesenter ved Aarhus Universitet.

– Men med det han hadde til rådighet, var det imponerende arbeidet. Artikkelen hans er en klassiker, legger han til.

I dag vurderes det for eksempel at temperaturen med 66 prosents sikkerhet (det er fortsatt usikre statistiske forutsigelser) vil stige med mellom 2,5 og 4 grader hvis CO2-nivået fordobles. Det kan du blant annet lese i FNs siste klimarapport fra tidligere i år.

I tillegg til at Arrhenius «oppdaget» klimafølsomheten, viste han også med studien sin at når kloden i gjennomsnitt blir varmere, vil temperaturene særlig stige langt mot nord og langt mot sør, mer enn rundt ekvator.

– Det er etter hvert i tråd med det vi vet i dag, konstaterer Langen.

1967: Japansk «klimagud»

Fra svenske Svante Arrhenius hopper vi fram hele 70 år i tid til en høyaktuell vitenskapelig skikkelse.

Nobelprisen i fysikk ble tidligere i år – for første gang i prisens 120 år lange historie – gitt til tre klimaforskere, inkludert den japanske meteorologen og klimatologen Syukuro Manabe.

– Manabe er litt av en gud på feltet vårt. Han var blant de første til å bidra til feltet klimamodellering, sier Langen, peker på en japanerens artikler som et hovedverk i klimaforskningspensumet.

I 1967 sto Syukuro Manabe, sammen med den amerikanske meteorologen Richard Wetherald, bak en artikkel i tidsskriftet Journal of the Atmospheric Sciences som presenterte siste skrik innen klimamodeller:

En såkalt endimensjonal klimamodell som kunne gjengi klimaet fra jordens overflate og opp til stratosfæren. «Høyden» i modellen ga helt ny innsikt i hvordan klimaet reagerer på endringer.

Nederst i atmosfæren – ved jordens overflate – har både CO2 og solstråler en opp varmende effekt. Men i høyereliggende lag – som i stratosfæren – vil mer CO2 ha en avkjølende effekt, mens solen fortsatt er oppvarmende.

– Den kunnskapen bruker man ofte i dag som en type fingeravtrykk på når det er mengden CO2 atmosfæren – og ikke solen – som får temperaturen til å stige, forklarer Langen.

Det bidrar for eksempel i dag til å fastslå at det er mengden CO2 og ikke solstråler som har fått temperaturene til å stige de siste 60 årene.

Men artikkelen har ikke bare lært oss å skille mellom temperaturstigninger fra mengden CO2 og solstråler.

Modellen ga også nye muligheter for å regne på feedbackmekanismen fra vanndamp – den viktigste feedbackmekanismen i det hele tatt.

– Hvis du satt med en klimamodell og måtte velge bare én feedbackmekanisme som skal med, så er det vanndamp, forklarer Langen.

I dag vet vi at feedback fra vanndamp vil få temperaturen til å stige med opptil 1 grad mer hver gang som skjer en fordobling av mengden CO2 i atmosfæren.

Altså er vanndamp helt avgjørende for klimafølsomheten. Det vet vi nå takket være de to forskerne.

1958/1976: Målinger fra Hawaii avslørte CO2-utslipp

Svante Arrhenius viste i 1896 at store mengder CO2 kunne skape globale klimaendringer.

Men han og andre på den tiden hadde ikke noe begrep om hvor mye menneskeheten faktisk bidro til å øke mengden CO2 i atmosfæren på hele kloden.

Det begynte vi å lære mer om i 1958, da den amerikanske forskeren Charles David Keeling (1928–2005) etablerte målestasjoner på toppen av Mauna Loa-vulkanen på Hawaii og på sørpolen. Og de to avsidesliggende stedene var nøye valgt ut:

– Keeling og andre hadde mistanke om at forbrenningen av fossilt drivstoff kunne endre konsentrasjonen av CO2 i atmosfæren. Tidligere hadde man antatt at denne ekstra CO2-en ville «forsvinne» i havene, sier Martin Stendel.

– Så Keeling tenkte at hvis det er snakk om en global økning, bør vi kunne måle fra et sted som er langt unna menneskeskapte CO2-utslipp, forteller Stendel.

Målingene begynte i mars 1957 og skulle etter planen slutte i desember 1958. Men det viste seg at CO2-konsentrasjonen slett ikke oppførte seg som forventet. Den steg og falt flere ganger i løpet av året.

Dermed lærte Keeling at CO2-konsentrasjon hele tiden varierer i løpet av et år på grunn av forskjellen i vegetasjonen mellom den nordlige og sørlige halvkule.

Men: Til tross for at mengden CO2 gikk opp og ned i løpet av året, kunne Keeling måle at konsentrasjonen CO2 i mars 1958 – et år etter målestasjonene var satt opp – var 1 ppm høyere enn året før.

Han skrev derfor artikkelen «The concentration and isotopic abundances of carbon dioxide in the atmosphere» i 1960 der han påsto at det måtte være en sammenheng mellom forbrenningen av fossilt drivstoff og mengden CO2 i atmosfæren.

Og det fikk han rett i.

Da forskergruppen hans på 1970-tallet så på målingene fra Hawaii (målingene fra sørpolen ble stengt ned på grunn av manglende finansiering), var det soleklart at mengden CO2 hadde steget.

I 1976 skrev Keeling sammen med seks andre klimaforskere artikkelen «Atmospheric carbon dioxide variations at Mauna Loa observatory» som introduserte den verdenskjente Keeling-kurven. Den ble publisert i tidsskriftet Tellus.

– Keelingkurven dokumenterer for første gang at det faktisk skjer en økning av CO2-konsentrasjonen i atmosfæren, forklarer Stendel.

Dermed var Keeling den første som kom viste at vi mennesker bidro betraktelig til at mengden CO2 i atmosfæren steg.

– Målingene fra Hawaii fra 1958 var for øvrig så presise at vi fortsatt bruker dem i dag. Det har slett ikke vært behov ta i bruk andre måleserier, påpeker Stendel.

Dermed er Keeling-kurven den lengste uavbrutte opptegnelsen over mengden CO2 fra en målestasjon.

Referanser:

B. Silliman mfl.: Circumstances affecting the heat of the Sun's rays. The American Journal of Science and Arts, 1856.

John Tyndall: On the transmission of heat of different qualities through gases of different kinds. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 185.

Svante Arrhenius: On the influence of carbonic acid in the air upon the temperature of the ground. Philosophical Magazine and Journal of Science, 1898. DOI: 10.1080/14786449608620846

Syukuro Manabe og Richard T. Wetherald: Thermal Equilibrium of the Atmosphere with a Given Distribution of Relative Humidity. Journal of the Atmospheric Sciences, 1967. DOI: 10.1175/1520-0469(1967)024<0241:TEOTAW>2.0.CO;2

Charles D.Keeling: The Concentration and Isotopic Abundances of Carbon Dioxide in the Atmosphere. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1960. (Sammendrag) DOI: 10.1111/j.2153-3490.1960.tb01300.x

Charles D.Keeling mfl.: Atmospheric carbon dioxide variations at Mauna Loa Observatory, Hawaii. Tellus, 1976. Doi.org/10.3402/tellusa.v28i6.11322

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no. Les originalsaken på videnskab.dk her.