Torsdag 30.3.2017 - Uke 13

logo

Samarbeidspartnere

Tom Segalstad viser mangel på innsikt i hvordan karbonkretsløpet fungerer og konkluderer i stor grad på gale premisser, skriver Helge Hellevang.


530x494 Figure 1 HellevangFigur 1. Endringer i isotopsignatur til atmosfærisk karbon (fra Hellevang og Aagaard, under fagfellevurdering.

Dette innlegget er et svar på Tom Segalstads «Har havet virkelig blitt avkjølt 11 °C siden 1860?», som var en respons til «Kort oppholdstid for karbon i atmosfæren – bevis mot menneskeskapte utslipp?» skrevet av Helge Hellevang og Per Aagaard i april i år.

Segalstad begynner innlegget med å hevde at vår modell for karbonsyklusen er mangelfull og setter spørsmålstegn med gyldigheten til en modell som mangler naturlige kilder og sluk (på engelsk sources and sinks, for eksempel vulkaner, varme kilder, magmatisk avgassing, forvitring, etc.).

Det stemmer at slike naturlige kilder og sluk mangler i figuren det vises til (figur 1 i innlegget til Hellevang og Aagaard), men det betyr ikke at vi ikke har tatt hensyn til disse.

Innlegget vårt i geoforskning.no var basert på en artikkel som nå blir fagfellevurdert av tidsskriftet Nature Scientific Reports, og jeg kan her gi en kort oppsummering av diskusjonen i artikkelen rundt naturlige kilder.

Først, isotopsignaturen (δ13C) til magmatisk, vulkansk, og geotermisk CO2 ligger typisk på -4 - 5 ‰, men varierer fra -2 til -9 ‰ (De Leeuw et al., 2007; Proskurowski et al., 2004; Roth and Joos, 2012).

Derfor, hvis magmatisk/vulkansk/geotermisk CO2 har vært en viktig bidragsyter til økningen i atmosfærisk CO2 (sett siden ca. 1800), ville man forvente at verdiene ville endres mot ca -5 ‰ (gjennomsnitt av kildesignatur og med utgangspunkt i at isotopsignaturen er bestemt av flukser inn og ut av reservoaret og ikke likevektsisotopfraksjonering). Dette er ikke tilfelle.

Som vi ser i figur 1 var målte isotopsignaturer i 1860 ca. -6,5 ‰, og endringer går i motsatt retning, mot mer negative verdier (verdi i dag er ca. -8,5 ‰). Det er da enkelt å forstå at en økning i vulkanske eller geotermiske CO2-flukser i denne perioden ikke kan forklare målte/observerte data.

En reduksjon av slike utslipp vil derimot gi isotopendringer i riktig retning, men det ville ikke være målbart i isotopsignaturen siden bidrag fra vulkaner er meget små sammenlignet med menneskeskapte utslipp (ca. 0,2 %; Williams et al., 1992).

I tillegg ville reduserte utslipp fra vulkaner bety mindre karbon i atmosfæren, som jo er motsatt av det vi observerer. Det finnes noen naturlige kilder som i teorien kunne endre isotopsignaturen mot mer negative verdier (for eksempel biokjemisk nedbrytning av hydrokarboner), men det er lite sannsynlig at denne prosessen har økt eksponentielt siden 1850.

Andre naturlige kilder og sluk for CO2 som ble trukket frem var forvitring (sluk) og flukser av karbon til og fra de øverste 100 - 200 meterne av vannsøylen i havet (heretter benyttes benevnelsen grunnhavet).

Store endringer i forvitring over korte tidsrom (i et geologisk perspektiv) er enkelt å argumentere mot. Det samme gjelder avsetning av kalkstein, som påvirker karbonsystemet, men over geologisk tid.

Vi kan også se bort fra at økte flukser fra dyphavet kan være en kilde til økt atmosfærisk CO2, og igjen er det isotopsignaturen til uorganisk karbon som går feil vei.

Karbon fra dyphavet må nødvendigvis transporteres gjennom grunnhavet, før karbonet kan bli utvekslet med atmosfæren. Målte verdier av karbonisotoper i grunnhavet viser, globalt, verdier rundt +2 ‰, og økt mengde av denne i atmosfæren ville derfor igjen føre til en motsatt trend av det som er målt/observert.

Jeg vil derfor utfordre Segalstad på følgende: Foreslå en naturlig prosess som har gitt en eksponentiell økning i atmosfærisk CO2 siden 1850, som i dag er i størrelsesorden 9 - 10 gigatonn (Gt) C/år, og som drar isotopsignaturen i negativ retning, det vil si som har en isotopsignatur betydelig lavere enn -8 ‰.

Det som følger i Segalstad sin kommentar viser svært manglende forståelse for hvordan isotopsignaturene er en følge av dynamiske likevekter.

Utgangspunktet er den korte residenstiden til karbon i atmosfære og grunnhav (som vi er helt enige om), men når dette kobles til likevekt mellom reservoarene (med hensyn til isotopfraksjonering) blir det feil.

Det vises til eksakte likevektsverdier for en før-industriell atmosfære med δ13C på -7,0 ‰, i likevekt med bikarbonat i grunnhavet med δ13C på +1,0 ‰, som igjen er i likevekt med fast kalsiumkarbonat med δ13C på +3,6 ‰.

For å komme frem til disse verdiene er likevektsfraksjoneringsfaktorene til Deines et al. (1974) benyttet. Hva kan man si til dette?

For det første, verdiene på karbonisotopene (atmosfære og grunnhav) er en følge av fluksbalansen inn og ut av reservoaret, ikke likevektsfraksjonering!

For å illustrere dette kan vi ta utgangspunkt i atmosfæren i før-industriell tid. CO2-molekyler som da ble frigitt fra biosfæren hadde en isotopsignatur på ca. -22 - 25 ‰, mens overflatehav hadde ca. +2,5 ‰ (de nøyaktige tall er ikke viktig her siden prinsippet jeg skal vise til er allment gyldig).

Utvekslingen mellom hav og atmosfære (i masse karbon) var på ca. 80 Gt karbon/år, mens utvekslingen mellom biosfære og atmosfære var noe mindre (ca. 60 Gt karbon/år).

Hvis man så gjør en enkel massebalanse beregning, vil man ende opp med en «steady-state» isotopverdi i nærheten av -6,5 ‰. Hvis man endrer en fluks, for eksempel reduserer fluks fra grunnhavet, endres denne steady-state verdien tilsvarende (i dette tilfellet vil dette føre til en betydelig mer negativ isotopsignatur).

At det globale grunnhavet ikke er i en slik isotoplikevekt, men derimot er i konstant endring basert på tilføring karbon fra atmosfæren og også flukser inn/ut fra dyphavet, har blitt vist av flere.

Ett eksempel som viser både regionale/globale romlige variasjoner og tidsvariasjoner er gitt i Gruber m. fl 1999 (se figur 2 under). I denne artikkelen vises det også hvordan endringer i biokjemisk karbonatproduksjon, som fører til økte flukser av karbon fra grunnhav til dyphav, også påvirker isotopsignaturen og da spesielt i nordlige og sydlige havområder.

Igjen er det fluksene som er viktig, ikke likevektsfraksjoneringsfaktoren som er tilnærmet konstant.

530x385 figur 2Figur 2. (Modifisert fra Gruber m.fl. 1999, figur 4c). Tids- og romlige variasjoner i karbonisotopsignatur til grunnhav. Reduksjonen til isotopsignatur fra 1978 til 1994-96 samsvarer med økt mengde lette karbonisotoper fra atmosfæren.

Segalstad mener i tillegg at endringer i atmosfærisk isotopsignatur ikke kan påvirke isotopsignaturen i havet, siden grunnhavet etter kort tid er i likevekt med dyphavet, og mengde karbon i dyphavet er mange ganger større enn atmosfæren (og fluksene fra denne).

Dette igjen basert på manglende kunnskaper om relasjoner mellom grunn- og dyphav. Det har blitt vist ved hjelp av dateringer av havvann (14C-metoden), at det tar rundt 1 000 år for et volum vann å sirkulere fra grunnhav, gjennom dyphavet og tilbake til overflaten. Igjen må vi snakke om en steady-state i stedet for å mikse vannmassene i en likevektsbetraktning.

Segalstad kritiserer også vår sammenligning av modelldata og målte data fra Keeling og medarbeidere. Dette faller på sin egen urimelighet.

Det er selvsagt noe usikkerhet i data (og absolutte verdier), men det er ingen tvil om trenden (endring av isotopsignatur med tid), og spesielt den raske reduksjonen målt siden ca. 1960.

Dette kan bare forklares med en nærmest eksponentiell økning i en kilde anriket med lette karbonisotoper, og eneste kandidat er fossilt brensel, med noe bidrag fra landoverflateendringer (alternativet er en stor eksponentiell økning i utslipp fra biosfæren, noe som er svært lite trolig).

Så til overskriften til Segalstad: «Har havet virkelig blitt avkjølt 11 °C siden 1860?». Svaret er selvsagt nei, og det sier heller ikke vår modell.

Bakgrunnen for estimatene til Segalstad er hans tro på at man kan beregne statiske (bare avhengig av temperatur) isotopverdier for atmosfære og hav, og uten å inkludere effekten av flukser mellom de forskjellige reservoarene, og også uten å inkludere tilførsel av store mengder lette karbonisotoper fra fossilt brensel.

Etter min mening viser Segalstad i sine beregninger graverende mangel på innsikt i elementkretsløp og konkluderer i stor grad fra gale premisser.

Likevel, hvis Segalstad fortsatt mener at CO2-økningen de siste 200 år ikke er fra fossilt brensel (samt noe fra landoverflateendringer), vil jeg foreslå at han forsøker å publisere sine betraktninger i et internasjonalt anerkjent tidsskrift, og at diskusjonen fortsetter der.

Definisjoner


Fluks: Betyr å strømme eller flyte. Flukser brukt i denne diskusjonen viser til strømning av karbon mellom reservoarer (biosfære, atmosfære, grunnhav og dyphav). Når det gjelder karbonsyklusen er fluksene som regel gitt som masse per år (gigatonn karbon/år eller petagram karbon/år).  


Karbonreservoar: Avgrenset del (volum) av jorden som inneholder karbon. Eksempler er atmosfære, biosfære, litosfære, og hav (ofte delt i to, øverste 100 - 200 meter og dyphavet). En karbonkilde (engelsk: source) vil gi fra seg karbon til omliggende reservoar, mens et sluk (engelsk: sink) vil ta opp karbon fra omliggende reservoar.

 

Isotopsignatur (δ13C): Forholdet mellom lett (12C) og tungt (13C) karbon relativt til en standard verdi:

Likning bak

Isotopsignaturen har enhet ‰.

Referanser

De Leeuw, G.A.M., Hilton, D.R., Fischer, T.P., Walker, J.A., 2007. The He-CO2 isotope and relative abundance characteristics of geothermal fluids in El Salvador and Honduras: New constraints on volatile mass balance of the Central American Volcanic Arc. Earth and Planetary Science Letters 258, 132-146.


Gruber, N., Keeling, C.D., Bacastow, R.B., Guenther, P.R., Lueker, T.J., Wahlen, M., Meijer, H.A.J., Mook, W.G., Stocker, T.F., 1999. Spatiotemporal patterns of carbon-13 in the global surface oceans and the oceanic Suess effect. Global Biogeochemical Cycles 13, 307-335.


Hellevang, H., Aagaard, P. Constraints on natural CO2 fluxes. Under fagfellevurdering i Nature Scientific Reports, submitted May 2015.

Samarbeidspartnere

Nyhetsbrev

195x248 Banner

200 ledige stillingerb

200 Tips oss

200 Fortell om din forskning

 

 Ukens PhD comics

12


Redaktør: Denne e-postadressen er beskyttet mot programmer som samler e-postadresser. Du må aktivere javaskript for å kunne se den.å

Om: Info om Geoforskning.no

Annonsere: Informasjon og priser

Kontakt: Kontaktinformasjon Tips oss

Webløsning ©2013-15 av Web Norge. Skjerm: