Växthuseffekten

Passar till högstadiet

Vad är den där växthuseffekten som alla talar om egentligen? Enkelt beskrivet är det så att jorden har både moln och olika gaser i sin atmosfär. Det finns syre, kväve, vattenånga osv, liksom koldioxid som skapas när växter och djur ”andas” och förbränner syre eller när vi förbränner olja, stenkol, naturgas osv. Likaså finns det metangas som bildas när växter och djur ruttnar.

Växthuseffekten är inte farlig. Den måste vi ha för att överleva på jorden. Problemet är när den hela tiden blir värre. Hur blir den värre? Tänk en jordgubbe på en jordgubbsplanta. När den växer drar den till sig koldioxid och släpper ut syre genom fotosyntesen. När du äter jordgubben förbrukar du syre och släpper ut koldioxid genom förbränningen. Allt är i balans. Lika mycket som går in i systemet går ut igen. Problemet blir när vi gräver upp olja och kol som varit ute ur systemet under hundratals miljoner år och förbränner det under kort tid. Det är då balansen rubbas och växthuseffekten blir ett problem.

Solen

Allt börjar med solstrålningen.

Synligt ljus är "regnbågen", i spektrumet. Resten är osynligt för våra ögon.

Solen skickar ut strålning i olika våglängder. Det mesta av strålningen finns inom det vi kallar synligt ljus. Det är där vi ser olika färger (se bild). Men solen skickar också ut strålning med både högre frekvens och lägre frekvens än synligt ljus. Det kallas även kortvågig strålning och långvågig strålning. Mängden solstrålningen med hög frekvens är mindre än 10% av all solstrålning, men eftersom strålarna innehåller mer och mer energi ju högre frekvens de har är de högfrekventa strålarna viktiga. Det är främst de som träffar jorden.

Vad händer vid markytan?

Solens kortvågiga strålning passerar vattenånga och de olika gaserna i atmosfären utan större problem. Det är först när de träffar markytan något händer.

När de kortvågiga ljusstrålarna landar på ett fast föremål som en sten eller en väg värms föremålet upp. När det värms upp utstrålar föremålet långvågig strålning i form av värme. På tekniskt språk säger man inte värme utan man pratar om infraröd strålning. Kort sagt: de kortvågiga strålarna har omvandlats till långvågiga, infraröda strålar.

Med en värmekamera kan man se hur mycket infraröd strålning som strålar ut från t.ex. en varg.

Ju rödare färg, desto varmare. Ju mörkare, desto kallare.

När de infraröda strålarna studsar uppåt mot himlen händer det något nytt. De gaser och moln och vattenånga som inte stoppade den kortvågiga strålningen, stoppar den långvågiga infraröda strålningen. Atmosfären värms upp och reflekterar värmestrålningen tillbaka till jordytan igen. Det gör markytan litet varmare och ny infraröd strålning studsar ut i himlen men tvingas ner för att värma jorden litet mer osv. Värmen blir inlåst i jordens atmosfär på ett liknande sätt som värme blir inlåst i ett växthus en solig dag. Därför kallas det för växthuseffekten.

Växthuseffekten, förenklat schema

Nu stämmer det inte helt. En del strålning försvinner ut genom atmosfären ut i rymden, men ju mer gaser och moln det finns i atmosfären, ju mindre del smiter iväg.

Alla kortvågiga strålar från solen blir inte heller omvandlade till infraröd strålning. En del studsar bara iväg. Om underlaget är vitt studsar mest kortvågiga strålar bort utan att värma jordytan. Det är därför det blir varmare och varmare på jorden ju mer av polarisarna och inlandsisarna som smälter bort eftersom isarnas yta är vit som snö. Man talar om att olika ytor på jorden har olika högt albedo. Snö har ett högt albedo eftersom den är vit och strålar bort mycket av solstrålarna medan skog och ängar har ett lägre albedo och värms lättare upp av solen.

Du kan själv kontrollera om ett mörkare underlag blir varmare genom att känna på en asfaltsväg en solig sommardag. Asfalten är het. Om du istället tar på gräsmattan bredvid asfalten är den mycket svalare. Asfalt har alltså ett lågt albedo.

Ju mer is vi har på jorden desto mer kortvågiga strålar blir inte omvandlade till värmestrålning

När mängden is på nordpolen minskar, ökar temperaturen, som gör att mer is försvinner, så temperaturen ökar ännu mer osv..

Växthusgaserna

Moln och vattenånga är den gas i atmosfären som stoppar mest värmestrålning

Vattenånga: Den växthusgas som stoppar mest värme i atmosfären är vanlig vattenånga. Vattenångan kommer från våra hav och sjöar. I vattnets kretslopp ingår det att solen skiner på vattnet så att det avdunstar och åker upp i atmosfären i form av vattenånga. Problemet är att ju varmare det blir på jorden desto mer vattenånga stannar i atmosfären så att temperaturen ökar ändå mer genom växthuseffekten så att det bildas ändå mer vattenånga i en ond cirkel som blir svår att bryta. (Läs mer: Vattnets kretslopp)

Moln: Ett problem med moln är att de samtidigt stoppar de kortvågiga strålarna från solen så att jorden kyls ner. Hänger du med? Gaser och vattenånga stoppar inte kortvågig strålning. När vattenångan kyls "kondenseras" den och bildar moln. För värmestrålarna som kommer från jordytan fungerar moln och vattenånga likadant, värmen hålls kvar inom atmosfären. För solstrålarna utifrån rymden är det skillnad. De går rakt igenom vattenånga men studsar tillbaka ut i rymden mer och mer ju tjockare molnen är. Därför har just moln en dubbel roll, både som uppvärmare och avkylare av jorden. Forskare tror att just moln kan vara en "självreglerande" maskin i systemet som gör att jordens temperatur bara kan stiga till en viss nivå, men ingen vet säkert.

Olika molntyper har olika effekt. Låga cumulusmoln av den sort som ser ut som bomulllstussar på sommaren stoppar solstrålningen samtidigt som molnen får värmestrålning från marken att studsa tillbaka och gör jorden varmare på natten men svalare på dagen, medan cirrusmoln som finns högre upp i atmosfären stoppar mer av den högfrekventa strålningen och gör att jorden blir varmare både på natten och på dagen.

De vanligaste typerna av moln

Koldioxid: En annan viktig växthusgas är koldioxid. Den skapas vid förbränning av t.ex. olja, stenkol och bensin. Problemet är att lagren i jorden av olja, stenkol och bensin har byggts på under årmiljoner, medan vi bränner upp dem på något århundrade. Då ökar mängden koldioxid i atmosfären jättesnabbt. Här under ser du hur temperatur och mängden koldioxid i atmosfären hänger ihop:

Polskt kolkraftverk

Metan: En tredje otäck källa till växthuseffekten är en gas som heter Metan. Den bildas när organiskt material som träd, buskar och djur ruttnar. Mängden metan i atmosfären är låg, men metan är en mycket mer aggressiv växthusgas än både vattenånga och koldioxid så det krävs mycket mindre mängd metan för att förvärra växthuseffekten.

Metanutsläpp på jorden sommaren 2007, ju rödare desto värre. Sibirien är värst

Vissa forskare är rädda för att när temperaturen går upp för mycket kommer den frusna jorden i Sibirien och Kanada att börja töa upp för första gången sedan början av den senaste istiden. I de jordarna finns mängder med organiskt material som inte kunnat ruttna eftersom det varit nedfryst. Forskarna är rädda för situationen när allt det materialet ruttnar samtidigt. Då sprids enorma mängder metan ut i atmosfären, något som ökar temperaturen på jorden rejält vilket får ändå mer frusen jord att tina upp så mer organiskt material börjar ruttna så jordens temperatur ökar ändå mer osv.

Idisslande djur, som kor getter och får, sprider mycket metan i atmosfären när de rapar.

Vad är det värsta som kan hända?

Venus

Det allra värsta som kan hända är att temperaturen på jorden går upp så mycket att haven torkar ut. Det skulle innebära slutet på den jord vi är vana vid. Livet skulle vara kvar och efter några årmiljoner skulle antagligen jordens temperatur gå ner igen, men inget annat än enkla livsformer som skalbaggar och maskar skulle antagligen kunna överleva. På planeten Venus är det så just nu. Temperaturen är så hög på grund av växthuseffekten att inget liv kan existera på planetens yta.

Vad skulle hända om vi inte hade någon växthuseffekt?

Mars

Motsatsen är inte heller bra. Om kontinentalplattorna skulle sluta röra på sig och alla vulkaner på jorden slockna så att inget koldioxid eller vattenånga alls skulle komma ut i atmosfären skulle jorden dö. Gaserna i atmosfären skulle långsamt sippra ut i världsrymden tills det inte fanns några växthusgaser kvar alls som kunde hålla kvar atmosfären. Det är det som har hänt på planeten Mars, som nästan helt saknar atmosfär numera och där ingen plattektonik alls förkommer.

Vad säger forskarna?

Det finns några få forskare som påstår att jorden inte blir varmare på grund av människornas förorening av atmosfären utan att det beror på naturliga orsaker. Merparten av alla världens forskare är dock överens om att jorden blir varmare eftersom vi förbränner olja, stenkol och naturgas i en takt jorden aldrig tidigare varit utsatt för. Sambandet mellan den ökande koldioxidhalten i atmosfären och hur mycket världens temperatur går upp sammanfaller alldeles för tydligt för att man skall kunna tro att något annat än mänsklig verksamhet orsakar temperaturökningen på jorden.

Bland annat USA:s före detta president Donald Trump tror att klimatförändringen är en myt

När var det senast så varmt på jorden?

Det var en period 2-5 miljoner år sedan som heter Pliocen. Under den låg nivån av koldioxid i atmosfären också över 400 ppm. Precis som nu. Vi vet rätt mycket om den perioden eftersom det var så kort tid sedan. Vad var annorlunda då?

Medeltemperaturen på jorden var ca 2 grader över vår nivå
Världshavens nivå låg drygt 25 meter över nuvarande
Det fanns glaciärer på Grönland och Antarktis men på Grönland växte också skog. Stora delar av Antarktis var täckt med tundra.
Det fanns ingen is över Nordpolen.
Regnskogarna var mindre till ytan än nu
Öknarna låg längre norr- och söderut på jorden än nu

Det är troligt att vår värld kommer att se ut ungefär som då, med den skillnaden att det finns människor som ändrar jordens klimat nu, det fanns inte under Pliocen.