Bakom kampen för att ta itu med den globala uppvärmningen och klimatförändringarna ligger ökningen av växthusgaser i vår atmosfär. En växthusgas är varje gasformig förening i atmosfären som kan absorbera infraröd strålning och därigenom fånga och hålla värme i atmosfären. Genom att öka värmen i atmosfären är växthusgaser ansvariga för växthuseffekten, vilket i slutändan leder till global uppvärmning.
Solstrålning och "växthuseffekten"
Global uppvärmning är inte ett nytt begrepp inom vetenskapen. Grunderna i fenomenet utarbetades för över hundra år sedan av Svante Arrhenius 1896. Hans papper, publicerad i Philosophical Magazine and Journal of Science, var den första som kvantifierade bidraget från koldioxid till det som forskarna nu kallar "växthuset effekt."
Växthuseffekten inträffar eftersom solen bombarderar jorden med enorma mängder strålning, som träffar jordens atmosfär i form av synligt ljus, plus ultraviolett (UV), infraröd (IR) och andra typer av strålning som är osynliga för det mänskliga ögat. Cirka 30 procent av strålningen som träffar jorden reflekteras tillbaka ut i rymden av moln, is och andra reflekterande ytor. De återstående 70 procenten absorberas av oceanerna, landet och atmosfären, enligt NASA.
När de absorberar strålning och värmer upp, frigör hav, land och atmosfär värme i form av IR-termisk strålning, som passerar ut ur atmosfären i rymden. Balansen mellan inkommande och utgående strålning håller jordens totala medeltemperatur på cirka 59 grader Fahrenheit (15 grader Celsius), enligt NASA.
Detta utbyte av inkommande och utgående strålning som värmer jorden kallas växthuseffekten eftersom ett växthus fungerar på ungefär samma sätt. Inkommande UV-strålning passerar lätt igenom glasväggarna i ett växthus och tas upp av växterna och hårda ytor inuti. Svagare IR-strålning har emellertid svårt att passera genom glasväggarna och fångas inuti och värmer växthuset.
Hur växthusgaser påverkar den globala uppvärmningen
Gaserna i atmosfären som absorberar strålning är kända som "växthusgaser" (ibland förkortade GHG) eftersom de till stor del ansvarar för växthuseffekten. Växthuseffekten är i sin tur en av de ledande orsakerna till den globala uppvärmningen. De viktigaste växthusgaserna är vattenånga (H2O), koldioxid (CO2), metan (CH4) och kväveoxid (N2O), enligt miljöskyddsbyrån (EPA). "Medan syre (O2) är den näst vanligaste gasen i vår atmosfär, absorberar O2 inte termisk infraröd strålning", säger Michael Daley, docent i miljövetenskap vid Lasell College i Massachusetts.
Medan vissa hävdar att den globala uppvärmningen är en naturlig process och att det alltid har förekommit växthusgaser, har mängden gaser i atmosfären ryckt upp i den senaste tiden. Före den industriella revolutionen fluktuerade koldioxidatmosfären mellan cirka 180 delar per miljon (ppm) under istiden och 280 ppm under interglaciala varma perioder. Sedan den industriella revolutionen har emellertid mängden koldioxid ökat 100 gånger snabbare än ökningen när den senaste istiden slutade, enligt National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).
Fluorerade gaser - det vill säga gaser till vilka elementet fluor tillsattes - inklusive hydrofluorkolväten, perfluorkolväten och svavelhexafluorid, skapas under industriella processer och betraktas också som växthusgaser. Även om de finns i mycket små koncentrationer, de fångar upp värmen mycket effektivt, vilket gör dem höga "global uppvärmning potential" (GWP) gaser.
Klorfluorkolväten (CFC), som en gång använts som kylmedel och aerosoldrivmedel tills de avvecklades genom internationellt avtal, är också växthusgaser.
Det finns tre faktorer som påverkar graden av vilken växthusgas som kommer att påverka den globala uppvärmningen, enligt följande:
- Dess överflöd i atmosfären.
- Hur länge det stannar i atmosfären.
- Dess globala uppvärmningspotential.
Koldioxid har en betydande inverkan på den globala uppvärmningen delvis på grund av dess överflöd i atmosfären. Enligt EPA uppgick de amerikanska utsläppen av växthusgaser 2016 till 6 511 miljoner ton (7 177 miljoner ton) koldioxidekvivalenter, vilket motsvarade 81 procent av alla mänskliga orsakade växthusgaser - en minskning med 2,5 procent från året innan. Dessutom stannar CO2 i atmosfären i tusentals år.
Men metan är ungefär 21 gånger mer effektiv när det gäller att absorbera strålning än CO2, vilket ger den ett högre GWP-betyg, även om det stannar i atmosfären endast cirka 10 år, enligt EPA.
Källor till växthusgaser
Vissa växthusgaser, som metan, produceras genom jordbruksmetoder, inklusive husdjursgödsel. Andra, som CO2, beror till stor del på naturliga processer som andning och från förbränning av fossila bränslen som kol, olja och gas.
Den andra orsaken till koldioxidutsläpp är avskogning, enligt forskning publicerad av Duke University. När träd dödas för att producera varor eller värma, släpper de kolet som normalt lagras för fotosyntes. Denna process släpper nästan en miljard ton kol ut i atmosfären per år, enligt Global Forest Resources Assessment 2010.
Skogsbruk och andra metoder för markanvändning kan kompensera vissa av dessa utsläpp av växthusgaser, enligt EPA.
"Återplantering hjälper till att minska uppbyggnaden av koldioxid i atmosfären när växande träd binder upp koldioxid genom fotosyntes," berättade Daley till Live Science. "Skogar kan emellertid inte binda upp all koldioxid som vi släpper ut till atmosfären genom förbränning av fossila bränslen, och en minskning av fossila utsläpp är fortfarande nödvändig för att undvika uppbyggnad i atmosfären."
Över hela världen är produktionen av växthusgaser en källa till allvarlig oro. Från den tid då den industriella revolutionen började till 2009 har CO2-nivåerna i atmosfären ökat nästan 38 procent och metan har ökat med 148 procent, enligt NASA, och det mesta har ökat under de senaste 50 åren. På grund av den globala uppvärmningen var 2016 det varmaste året på rekord, och med 2018 på väg att bli det fjärde varmaste har 20 av de hetaste åren på rekord alla kommit efter 1998, enligt World Meteorological Organization.
"Den uppvärmning vi observerar påverkar atmosfärisk cirkulation, vilket påverkar regnmönstren över hela världen", säger Josef Werne, lektor vid Institutionen för geologi och planvetenskap vid University of Pittsburgh. "Detta kommer att leda till stora miljöförändringar och utmaningar för människor över hela världen."
Vår planets framtid
Om de nuvarande trenderna fortsätter, fruktar forskare, myndigheter och ett växande antal medborgare att de värsta effekterna av den globala uppvärmningen - extremt väder, stigande havsnivåer, växter och djurutrotning, försurning av havet, stora klimatförändringar och en aldrig tidigare skådad social omvälvning - kommer att bli oundviklig.
Som svar på problemen som orsakats av den globala uppvärmningen av växthusgaser skapade den amerikanska regeringen en klimathandlingsplan 2013. Och i april 2016 undertecknade företrädare från 73 länder Parisavtalet, en internationell pakt för att bekämpa klimatförändringar genom att investera i ett hållbart , framtid med låg koldioxidutsläpp, enligt FN: s ramkonvention om klimatförändringar (UNFCCC). USA ingick bland de länder som gick med på avtalet 2016, men inledde förfaranden för att dra sig ur Parisavtalet i juni 2017.
Enligt EPA var utsläppen av växthusgaser 12 procent lägre under 2016 än 2005, delvis på grund av den stora minskningen av förbränning av fossilt bränsle till följd av övergången till naturgas från kol. De varmare vinterförhållandena under dessa år minskade också behovet av många hus och företag att skruva upp värmen.
Forskare runt om i världen fortsätter att arbeta för att hitta sätt att minska utsläppen av växthusgaser och mildra deras effekter. En potentiell lösning som forskare undersöker är att suga koldioxiden ur atmosfären och begrava den under jord på obestämd tid, säger Dina Leech, docent i biologiska och miljövetenskap vid Longwood University i Virginia.
"Vad vi kan göra är att minimera hur mycket kol vi lägger upp där, och som ett resultat, minimera temperaturförändringen," sade Leech. "Handlingsfönstret stängs dock snabbt."
Ytterligare resurser:
- EPA - Klimatförändring: grundläggande information
- NASA: Global klimatförändring
- National Geographic - klimat milstolpe: Jordens CO2-nivå passerar 400 ppm
Denna artikel uppdaterades den 3 januari 2019 av Live Science-bidragsgivaren Rachel Ross.
