Vanndamp stiger fra et kjøletårn ved et kjernekraftverk. Vanndamp har som primærdriver en neglisjerbar effekt på klimaet – vanndamp er helt avhengig av CO2 for å gjøre jobben, påpeker Arne M. Raaen. Foto: Pixabay
Per Arne Bjørkum leter etter vanndampen i FNs klimapanels hovedfagsrapport (IPCC – AR6), «uten å finne den». Helt spesifikt savner han vanndampen sammen med de andre drivhusgassene i figur TS.15.
Jeg skal prøve å forklare hvorfor vanndampen ikke er med i figur TS.15. For å foregripe konklusjonen: Elementær fysikk tilsier at den ikke skal være der.
Vanndamp er en viktig drivhusgass. Det har sammenheng med mange faktorer: H2O er et polart molekyl, dvs. at det har et elektrisk dipolmoment også i grunntilstanden. Det betyr at rene rotasjoner vil vekselvirke med infrarød stråling; dette i motsetning til symmetriske molekyler som CO2 og CH4. Videre kan H2O rotere om 3 ulike akser med ulike treghetsmoment.
De lette H’ene gir små treghetsmoment. Til sammen gir dette god spredning av rotasjonslinjene (energinivåene er omvendt proporsjonale med treghetsmomentet).
Den relevante delen av vanndampens spekter kan deles i to: Opp til omtrent 800 cm-1 er det rene rotasjonsmoder, mens over omtrent 1200 cm-1 kombineres rotasjonen med eksitasjon i bøyemoden. Området mellom er «det atmosfæriske vindu» hvor det er beskjeden absorpsjon også fra andre gasser.
Så man kunne man jo tenke seg at utslipp av vanndamp fra våre fabrikker, og ikke minst fra endret arealbruk, skulle endre drivhuseffekten. At det ikke er viktig, skyldes at H2O skiller seg fra andre drivhusgasser på en måte til: den kondenserer under forhold som er aktuelle i atmosfæren.
Det er bare plass til en viss mengde vanndamp i atmosfæren, blir det mer kondenserer den til små vanndråper som vokser og faller ut som regn og snø.
Ettersom nedbør som kjent er vanlig over store deler av kloden, er det dermed minimal direkte påvirkning vi har på innholdet av vanndamp.
Faselikevekten mellom vanndamp og vanndråper styres av Clausius-Clapeyron-likningen, som er en enkel likning utledet fra fundamentale termodynamiske prinsipper.
Den er eksakt i den forstand at den er entydig om hvordan løseligheten av vanndamp endrer seg når temperaturen endrer seg: Helt uavhengig av detaljene i vekselvirkningen, sier likningen at det alltid er slik at det blir mer plass til vanndamp i luften når temperaturen øker, og alltid mindre når temperaturen faller.
Altså: Om noe annet øker temperaturen, blir det plass til mer vanndamp, og dermed potensiale for økt drivhuseffekt fra vanndamp. Positiv tilbakekopling!
Dette er selvsagt med i modellene, mens vanndamp som primærdriver ikke er med, fordi effekten er neglisjerbar.
Bjørkum sier at vitenskapelig metode tilsier at man endrer én parameter om gangen. Men som vi ser er ikke vanndamp en fri, men en avhengig parameter.
Man vil også finne at allerede i Manabe og Wetherald (1967), ble det gjort simuleringer med ulik utvikling av vanndampen, som konstant absolutt fuktighet eller konstant relativ fuktighet.
R. Pierrehumbert omtalte i Physics Today (2011) dette arbeidet slik: «With that development, the theory was brought to its modern state of understanding. It has withstood all subsequent challenges and without question represents one of the great triumphs of 20th-century physics”. Nobelkomitéen sluttet seg som kjent til den vurderingen tidligere i år.
Man kan også sjekke Lacis et al. (2010), hvor man gjorde et numerisk eksperiment der man brått fjernet all CO2 i atmosfæren. I løpet av 20 år falt overflatetemperaturen med 20 grader, og mengden vanndamp i atmosfæren ned til 10 %.
Dette viser at det er misvisende når man hevder at vanndamp kilo for kilo er en «kraftigere» drivhusgass enn CO2. Vanndampen er helt avhengig av CO2 for å gjøre jobben – dette er et koplet system.
Man må også huske at Clausius-Clapeyron-likningen betyr at vannmetning faller meget raskt av med høyden. Dette til forskjell fra de øvrige drivhusgassene som beholder sin volumetriske andel. Dette betyr at vanndamp er mindre viktig i høyden – og det er der drivhuseffekten lever.
Når det hevdes at IPCC bruker Guy Stewart Callendars empiriske sammenheng, så er det feil. I 1938 var kvantemekanikken bare drøyt 10 år gammel, og selv om forbløffende mye skjedde i de tidlige 30-årene (Fermi-resonansen, som er et element beskrivelsen av CO2-spekteret ble beskrevet allerede i 1929), har det skjedd mye siden.
IPCC bruker selvsagt de oppdaterte, beste kvantemekaniske beskrivelsene av molekylene. Et arbeid som ofte refereres for følsomheten til fordobling av CO2 med konstant vanndamp er Myhre et al. (1998).
Gunnar Myhre og medforfatterne hadde tilgang til 60 år mer med teoriutvikling, store forbedringer av spektroskopiske teknikker, og en enorm forskjell i regnekraft. På det grunnlaget er det imponerende hva Callendar, og Arrhenius 40 år før ham, fikk til.
Men det er feil å si at IPCC baserer seg på deres arbeider.
ARNE RAAEN
Seniorforsker Sintef Petroleum
Referanser
Lacis, A.A, G.A. Schmidt, D. Rind, and R.A. Ruedy, 2010, Atmospheric CO2: Principal control knob governing Earth’s temperature. Science, 330, 356–359.
Manabe, S. and Wetherald, R.T, 1967, Thermal Equilibrium of the Atmosphere with a Given Distribution of Relative Humidity, Journal of the Atmospheric Sciences, 24(3), 241–259.
Myhre, G., Highwood, E.J., Shine, K.P. and Stordal, F, 1998, New estimates of radiative forcing due to well mixed greenhouse gases. Geophysical Research Letters, 25(14) 2715–2718.
Pierrehumbert, R T, 2011, Infrared radiation and planetary temperature, Physics Today, January, 33–38.
