1.5 Energiflyt i jordsystemet

Hvor kommer all energien fra?

Hver eneste prosess på jorden -- vinden som blåser, regnet som faller, plantene som vokser, kontinentene som driver -- krever energi. Men hvor kommer den fra? Det er egentlig bare to kilder, og den ene er nesten helt enerådende.

Den klart største er solstrålingen, som står for 99,98 % av jordens energitilførsel. Den driver vær, klima og vannkretsløp, den er grunnlaget for fotosyntesen og dermed alt liv, og den varierer med breddegrad og årstid. Den andre kilden er jordens indre varme -- bare 0,02 % av totalen, men likevel avgjørende. Den stammer fra radioaktiv nedbrytning og restvarme, og driver platetektonikk og vulkanisme. Varmestrømmen fra denne kilden øker med dybden.

Et viktig skille handler om bølgelengde. Solstrålingen er kortbølget stråling -- synlig lys og UV. Jorden, som er mye kaldere enn solen, sender ut langbølget infrarød stråling. Akkurat denne forskjellen i bølgelengde er hemmeligheten bak drivhuseffekten, som vi snart kommer til.

Jordens energibudsjett

Tenk på jordens energi som et regnskap som må gå i null. La oss kalle den innkommende solstrålingen 100 %. Hva skjer med den?

Rundt 30 % reflekteres rett tilbake til verdensrommet uten å gjøre noe -- dette kaller vi jordens albedo. Skyene står for omtrent 20 % av refleksjonen, jordoverflaten 6 % og atmosfæren 4 %. De resterende 70 % absorberes: atmosfæren tar opp cirka 20 %, og jordoverflaten cirka 50 %.

Men energien kan ikke bare hope seg opp. Jordoverflaten stråler ut langbølget infrarød stråling. Drivhusgasser i atmosfæren absorberer mye av denne strålingen og sender noe av den tilbake mot bakken. Til slutt stråler jorden ut akkurat like mye energi som den mottar. Dette er energibalansen: over tid må innkommende energi være lik utgående energi.

Og hva om regnskapet ikke går opp? Da endres klimaet. Hvis jorden mottar mer enn den slipper ut, blir det varmere; slipper den ut mer enn den mottar, blir det kaldere. Klimaendring er, helt grunnleggende, et spørsmål om en forrykket energibalanse.

Drivhuseffekten -- livets tynne teppe

Nå kommer en av de viktigste mekanismene i hele geofaget. Drivhuseffekten er prosessen der drivhusgasser i atmosfæren -- som $CO_2$, vanndamp ($H_2O$), metan ($CH_4$) og lystgass ($N_2O$) -- absorberer langbølget stråling fra jordoverflaten og sender noe av den tilbake. Resultatet er at jordoverflaten holder seg rundt 33 grader varmere enn den ellers ville vært.

La det synke inn hvor avgjørende dette er. Uten atmosfære ville jordens middeltemperatur vært cirka --18 grader. Med atmosfæren er den rundt +15 grader. De 33 gradene som drivhuseffekten gir oss, er forskjellen mellom en frossen klode og en planet med flytende vann og liv. Den naturlige drivhuseffekten er altså livsviktig.

Gassene bidrar ulikt. Vanndamp gir det største bidraget og kommer fra fordampning. $CO_2$ er nest størst og kommer fra ånding, forbrenning og vulkaner. Metan er en kraftig gass, selv om mengden er liten, og kommer fra våtmarker, husdyr og permafrost. Lystgass kommer fra jordbruk og industri og er langvarig.

Problemet oppstår når vi forsterker effekten. Menneskers utslipp av $CO_2$ og andre gasser øker konsentrasjonen i atmosfæren, slik at mer langbølget stråling holdes igjen. Dette kaller vi den forsterkede drivhuseffekten, og den fører til global oppvarming. Det er viktig å skille de to: den naturlige drivhuseffekten gjør jorden beboelig, mens forsterkningen forrykker energibalansen.

Oppsummering

Energi driver alt på jorden, og den kommer nesten utelukkende fra solen (kortbølget stråling), med et lite, men viktig bidrag fra jordens indre varme. I jordens energibudsjett reflekteres rundt 30 % (albedo) mens 70 % absorberes, og over tid må innkommende energi balansere utgående langbølget stråling. Forrykkes balansen, endres klimaet.

Drivhuseffekten oppstår fordi drivhusgasser absorberer langbølget stråling og holder jorden rundt 33 grader varmere -- forskjellen mellom --18 og +15 grader, og forutsetningen for liv. Vanndamp og $CO_2$ er de største bidragsyterne. Når menneskeskapte utslipp øker konsentrasjonen, får vi den forsterkede drivhuseffekten og global oppvarming. Det er forskjellen mellom den livsviktige naturlige effekten og den menneskeskapte forsterkningen som er nøkkelpoenget.