Spekulatiivinen laskelma


Tällä kertaa on pelättävissä, että kirjoituksestani tulee liian pitkä, mutta tarkoitus on käsitellä hiilidioksidin ja erityisesti ihmistuottoisen fossiilisen hiilidioksidin kohtaloa maapallolla keskipitkällä aikajänteellä.

Alkuunsa pitää esitellä muutamia lähtökohtia

Kuva 1. Liukoisia epäorgaanisen hiilen muotoja merivedessä pH:n funkiona. Lähde: https://en.wikipedia.org/wiki/Carbonic_acid Tekijäviite: By Karbonatsystem Meerwasser de.svg: User:BeAr / derivative work: Meiyuchang – Karbonatsystem Meerwasser de.svg, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11698714

Kuva 1 kertoo, että hiilidioksdille on pH:n puolesta hyvin tilaa emäksisessä merivedessä. Jos oltaisiin sadeveden pH-alueella arvojen 5 ja 6 tienoilla, CO2 olisi vallitseva muoto ja näin sen lisäys meriveteen johtaisi kuplintaan kyllästymisen vuoksi. Nykytilanteessa ylimäärin läsnäoleva karbonaatti-ioni (CO32-) reagoi CO2:n kanssa muodostaen bikarbonaattia (HCO3 ) samalla pH:n siirtyessä lievästi neutraaliin suuntaan, kuten kuvassakin näkyy. Hiilihappoa ei ole merkitty kuvaan, mutta sitä alkaisi esiintyä CO2:n tullessa vallitsevaksi muodoksi näistä liuenneista epäorgaanisista hiiliyhdisteistä.

Että merivesi on säilynyt emäksisenä myös Eteläisellä jäämerellä näkyy kuvasta 2. Tämän tarinan kokonaisuudelle tällä on merkitystä.

Revelle-kerroin

Meritutkimuksessa näyttäisi pyörïvän termi Revelle factor, jonka voi suomentaa Revelle-kertoimeksi (tai -tekijäksi). Se muuttuu, jos ilmakehästä liukenee lisää hiilidioksidia meriveteen, kuvastaen meriveden jäljellä olevaan sidontakykyä ilmakehän hiilidioksidille. Jos tämä arvo on nyt ”normaali”, sen vähäinen muutos ei sano mitään meriveden CO2:n nielemisnopeudesta, johon vaikuttavia tekijöitä on useita, kuten tuulisuus ja lämpötila. Joka tapauksessa Revelle-kertoimen muutoksen on kuviteltu hetimmiten vaikuttavan tuohon nopeuteen. Tästä aiemmassa artikkelissani korjaavaa tietoa (Linkki). Revelle-kertoimesta kiinnostuneille tässä vielä yksi tutkielma aiheesta (Linkki).

Termohaliinikierto

Kuva 3. Valtamerien termohalinikierto. Tekijäviite: By Robert Simmon, NASA. Minor modifications by Robert A. Rohde also released to the public domain – NASA Earth Observatory, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3794372

Termohaliinikierrossa on kaksi syvänmeren veden muodostumiskohtaa. Kun termohaliinikierron vajottaman meriveden kumpuaminen pintaan tapahtuu satojen vuosien viiveellä, tässä on eräs fossiilisen hiilen tilapäisvarasto. Eteläisellä pallonpuoliskolla ei kuitenkaan ole havaittu fossiilisen hiilen merkittävää vajoamista (Linkki). Tämä on minulle mysteeri ja tästähän minä aloitan otsikossa mainitun spekuloinninkin. Esimerkiksi merijäähän avautuneista polinoista virtaa merivettä vielä termohaliinikiertoa alemmaksikin, kylmäksi antarktiseksi merenpohjavedeksi (AABW) (Linkki). Fossiilisen hiilidioksidin tilapäisvarastoksi tämä lienee vielä parempi kuin termohaliinikierto. En nimittäin käsitä, miten maailman tuulisimmalla ja kylmimmällä merialueella, jos on pystyvirtauksia, ei hiilidioksidi vajoaisi mereen.

Lisää lähtökohtia

Kuva 4. Hiilen kierron lähteitä ja nieluja. Aineistolähde: https://personal.ems.psu.edu/~dmb53/DaveSTELLA/Carbon/C_cycle_processes.pdf

Kuvassa 4 ainakin 2 olennaista asiaa: pintavesi on jaettu kylmään ja lämpimään pintaveteen ja sitten nro 7, vajoaminen kylmistä pintavesistä syvään mereen, 96,2 Gt hiiltä vuodessa. Lukeman tarkkuus johtunee siitä, että on laskennallisesti haluttu lähteet ja nielut samankokoisiksi, tuskin kuvastaa aitoa mittaustarkkuutta.

Kuvassa 5 on osittain samaa asiaa kuin kuvassa 4, mutta tässä olennaista on, että siinä näkyy ”alkuperäisarvot” eri hiilivarannoille.

Laskelmia

Kun sitten laskin, että juoksevien aineiden (pintameren ja ilmakehän) nopea hiilipooli on pyöristettynä 1500 Gt, josta hiilivirta syvään mereen on 90 Gt, niin tuosta nopeasta hiilipoolista on 6% virtaus syvemmälle mereen joka vuosi. Tämä ei kuitenkaan aiheuta hiilikatoa ilmakehään, koska kumpuaminenkin jo yllinkyllin korvaa tuon virtauksen. Käytin enemmänkin kuvan 4 kuin kuvan 5 virtausesitystä, ettei kylmästä merivedestä ole CO2-paluuvirtaa ilmakehään. Fossiilisen hiilen päästötaulukko oli sama kuin aiemminkin käyttämäni (Linkki), nyt siis vain hiiligigatonneina, eikä muunnettuina CO2-gigatonneiksi. Tämä spekulatiivinen laskelmani antoi tulokseksi, että fosiilista hiiltä olisi vuodesta 1971 vuoteen 2009 kertynyt ilmakehään ja pintamereen 94,27 Gt, vajovaan kylmän meriveden nieluun olisi mennyt 261,41 Gt, joka on kutakuinkin 2,5-kertainen arvo kuvaan 5 verrattuna. Ilmakehässä olisi fossiilihiiltä alle 2/3 ilmastotieteellisestä normiarvosta.

Millaiset asiat voisivat vaikuttaa siihen, että lopullinen ja oikea tulos olisi esittämäni suuntainen? (Karkeista pyöristyksistä johtuen en väitäkään, että osuisi 100-prosenttisesti.)

  1. Termohaliinikierron kumpuaminen on huonosti tutkittu. Tämän hiililähteen tulisi olla osittain fosiiliseksi laskettua, mikä ei ole täysin mahdotonta.
  2. Termohaliinikierron kumpuamisen tulisi olla jotenkin kiihtynyttä 1. kohdan lisäksi. Tämä on tässä heikoimpia kohtiani, koska mitään havaintoaineistoa ei ole tukemassa hihasta ravisteltua veikkausta.
  3. Vaihtoehtoisena selityksenä  kohdille 1 ja 2 voisi merien pintavesien lämpeneminen antaa pientä ”toivoa”.
  4. Merien hiilinieluista osa olisi jäänyt huomaamatta, vaikkapa siksi, että ne ovat merijääalueella.
  5. Merien fossiilisesta hiilestä osa olisi jäänyt huomaamatta. Vaikkapa siksi, ettei tutkimukset ole yltäneet 4 kilometriä syvemmälle.

 

On huomattava, että esimerkiksi merenpohjan tulivuoritoiminta todennäköisesti tuottaa vielä laskemattomia CO2-päästöjä, mutta kun ilmakehän CO2-pitoisuus kasvaa, niin tämä tuntematon CO2-lähde pitäisi olettaa myös jotenkin kiihtyväksi.

Mahdollisia viiveitä päästöistä nieluhin en ole tarkastellut, mutta kun nuo vajoamiset voivat alkaa pintavesistäkin, niin ehkei monen vuoden viiveitäkään ole?

Tiivistelmää

Kertaan vielä spekulaation pääkohdat: termohaliinikierto ja muu kylmän meriveden vajoaminen vie ilmakehän hiilidioksidia pois ilmakehän yhteydestä sadoiksi vuosiksi. Näin sinne joutunut fossiilinen hiili ei ole kohottamassa ilmakehän CO2-pitoisuutta vielä. Tähän asti olen kohtalaisesti faktapohjalla. Vaikka Eteläisellä jäämerellä on myös vajoamisalueita, siellä ei näyttäisi fosiilista hiiltä merkittävästi menevät tähän nieluun. Tästä se spekulointi sitten alkaa. Eli kuvan 4 mukainen kylmän meriveden vajoaminen (downwelling) veisi valikoimatta niin fossiilista hiiltä kuin ”luonnollista” hiiltä niiden esiintymissuhteessa meren syviin osiin, jossa viipymä olisi satoja vuosia. Fosiilisen hiilen oletettu seostumismassa oli spekulaatiossa ilmakehän ja pintameriveden hiilivaranto. Biosfäärin tässä oletetaan pyörittävän omaa hiiltään. Tarkemmassa laskelmassa siitä puolet (ruohot ja lehdet) voisi ottaa mukaan nopeaan kiertoon ja toisen puolen (puunrunkot) omaksi hitaaksi hiilivarannokseen. Meribiosfäärihän on massaltaan ”mitätön”, joten sen ohittaminen tuskin ainakaan on syynä tuloksien suureen eroon.

Laskelmani mukaan ilmakehään kertyisi enintään 2/3 siitä fossiilisesta hiilimäärästä, mikä siellä ilmastotieteen mukaan on.

Linkkejä aiheen liepeille

https://personal.ems.psu.edu/~dmb53/DaveSTELLA/Carbon/C_cycle_processes.pdf (LinkkiPDF) Lähteenänikin käyttämäni Dave Bicen esitys.

https://serc.carleton.edu/integrate/teaching_materials/earth_modeling/student_materials/unit9_article1.html (Linkki) Hiilen kiertoa

https://en.wikipedia.org/wiki/Dissolved_inorganic_carbon (Linkki) Wikipediaa liukoisesta epäorgaanisesta hiilestä (pääosin hiilihapon johdannaisyhdisteistä)

https://scied.ucar.edu/video/ocean-move-thermohaline-circulation (Linkki) Asiaa termohaliinikierrosta.

https://bg.copernicus.org/articles/11/2465/2014/bg-11-2465-2014.pdf (LinkkiPDF) Yksi kumpuamistutkimus.

https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-marine-120308-080947 (Linkki) Sabinen ja Tanhua (2010) tutkimuksen tiivistelmä

https://imedea.uib-csic.es/master/cambioglobal/Modulo_V_cod101611/Ocean%20Sinks/biblio/Sabine&TanhuaAnnRev2010.pdf (LinkkiPDF) Sabinen ja Tanhuan tutkielma ihmistekoisista CO2-määristä merissä (2010).

https://www.pmel.noaa.gov/co2/story/Surface+CO2+Flux+maps (Linkki) CO2-virtauskartassa vuodelta 2009 näkyy Eteläisillä merialueilla sekä lähteitä (puhtaasti luontaista) että nieluja (miksei myös fossiilista?)

https://www.soest.hawaii.edu/oceanography/courses/OCN623/Spring2016/15_Global_CO2-2016b_web-handouts.pdf (LinkkiPDF) Frank Sansonen luentomateriaalia

https://www.pnas.org/content/115/25/6506 (Linkki) Maapallon biomassa on pitkälti kasveissa, ainakin pintaosssa maapalloa.

https://www.nature.com/articles/srep35473 (Linkki) Tutkiema ( ja kumppanit) vuodelta 2016 aiheesta.

https://slideplayer.com/slide/5245060/ (Linkki) Alan Cohenin esistys asiasta

https://en.wikipedia.org/wiki/Revelle_factor (Linkki) Wikipediaa englanniksi Revelle-kertoimesta.

https://fi.wikipedia.org/wiki/Alkaliteetti (Linkki) Wikipedian artikkeli alkaliniteetista, jolla on merkitystä pH-muutokseen CO2-lisäyksen johdosta.

https://helda.helsinki.fi/bitstream/handle/10138/157953/Meri%20No%2053%202006%20OCR.pdf?sequence=1&isAllowed=y (LinkkiPDF) Matti Perttilän Meriympäristökemian perusteet

https://puheenvuoro.uusisuomi.fi/aveollila1-2/294840/ (Linkki) Tekniikan tohtori Antero Ollilan mukaan 2017 ilmakehän CO2:sta oli 8,4% antropogeenista. Ilmastotieteellinen ”normaaliarvo” on n. 30%.

 

 

 

 

 

 

 

Advertisement

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.