Den snabba kolcykeln blir snabbare

I takt med att halten CO2 ökat i atmosfären har även de så kallade kolsänkorna ökat. I artikeln igår såg vi att nya forskningsresultat visar att kolsänkan i haven kan vara betydligt större än vad tidigare uppskattningar visat [1].

Med ökande mängd CO2 ökar gasens partialtryck och mer av den skickas därmed ut i biosfären. Växterna uppskattar ökningen av livets gas och fotosyntetiserar mer. De växer bättre och ger oss en allt grönare Jord. Landsänkan ökar därmed även den över tid.

Vilken betydelse har då de ökande kolsänkorna? För att förstå detta måste vi relatera till hela kolcykeln, som är av central betydelse för att förstå hur utsläpp av CO2 påverkar klimatet. Det finns både en snabb och en långsam kolcykel. Den snabba avser flödena i biosfären (inklusive haven), den långsamma avser bildning av mineraler.

Regelbundet publiceras det översiktsartiklar av The Global Carbon Project (GCP) som sammanfattar ny forskning och nya data. I den senaste rapporten från 2022 sammanfattas kolcykeln med figuren nedan [2]. De årliga förändringarna syns i övre delen av figuren, och förklaringar till pilarna ges i underkanten.

Markanvändningens bidrag (Land use change) har reviderats kraftigt i den senaste rapporten från GCP. Anledningen är främst att man ändrat metod för mätningen av odlingsmark i tropikerna. I figuren nedan visas hur ändrad markanvändning efter revideringen går från att vara en ökande kolkälla, till att bli en alltmer minskande kolkälla [3].

Det är en stor ändring: i den förra rapporten hade utsläpp från markanvändning ökat med en tredjedel sedan 2000. I den nya rapporten har de i stället minskat med en tredjedel för samma period. Notera dock att osäkerheten fortfarande är stor.

I tabellen nedan sammanfattas trenderna i kolcykeln [4]. Sista raden anger storleken på sänkorna i förhållande till de totala utsläppen, där siffrorna inom parentes är för havssänka enligt [1]. De naturliga sänkorna växer kontinuerligt i absoluta tal.

Sammanfattning av tabell 5.1 i AR6 WG1, ökning i Gton kol/år som medeltal för respektive decennium. De senaste rönen för haven [1] står inom parentes för havssänkan. Preliminära siffror för 2021 finns i kolumnen längst till höger [2].

De ökande kolsänkorna balanseras av ökande naturliga kolkällor, enligt IPCC och GPC. I figuren med kolcykeln ovan framgår att haven omsätter 80 Gton kol per år. Det är 80 Gton ner i haven, men också 80 Gton som utgasas. Själva sänkan är bara 2,8 Gton, alltså ganska liten i förhållande till den totala omsättningen. Samma för landsänkan, det är 130 Gton som omsätts in/ut medan själva sänkan bara är 3,1 Gton.

Totalt är de naturliga flödena alltså 210 Gton (80+130). Detta ska relateras till nettoflödet i sänkorna som är 2,0 för land och mark (inklusive ändrad markanvändning), samt 2,8 för hav, totalt 4,8 Gton.

Det totala utbytet av CO2 i biosfären under 1 år på 210 Gton motsvarar cirka 100 ppm(v) i atmosfären. De antropogena utsläppen på 9,5 Gton är cirka 5 procent och de naturliga källorna står för 95 procent av flödena.

Även i relation till den totala kolmängden i atmosfären och biosfären är sänkorna små samtidigt som utbytena är stora och snabba. Det finns 875 Gton kol i atmosfären och 210 Gton är totalflödet i biosfären under 1 år. Den förväntade livstiden för en CO2-molekyl i atmosfären är därmed 875/210 = 4 år. Den anges även av IPCC till 4 år [4, sid AVII-36].

Halveringstiden för CO2-utsläpp är längre än livstiden för en enskild molekyl eftersom vi har de stora naturliga flödena in och ut ur biosfären. Halveringstiden för utsläpp från atmosfär till sänka är 210/4,8 = 38 år (utbytesflöde/nettoflöde). Om vi i stället använder de nya högre värdena för havssänkan blir tiden mindre, 210/6,4 = 23 år. Halveringstiden skulle då vara 40 procent mindre, alltså peka på en väsentligt snabbare omsättning av CO2.
Se vidare Bakgrunden nedan för beräkningar.

Vilken betydelse har då de ökande kolsänkorna och den minskade källan för markanvändning? De nya rönen om kolcykeln pekar på ett väsentligt snabbare förlopp än vad IPCC anger. Den viktigaste implikationen av de nya värdena för markanvändning och sänkor är att omsättningen av CO2 är snabbare än vad man tidigare trott.

Osäkerheterna i beräkningar av vissa delar av kolcykeln är mycket stora enligt IPCC. Det gäller särskilt ändrad markanvändning men även kolutbyte och kolsänkor generellt. IPCC hävdar en över tid närmast konstant antropogen CO2-andel på runt 44 procent i atmosfären [4, figur 5.7]. Detta stämmer dåligt med nya rönen, där den antropogena andelen snarare är 33 procent för 2021.
Någonstans håller cykeln inte ihop, men var?

Sammanfattningsvis pekar kortare halveringstider för CO2 på att mänskliga koldioxidutsläpp påverkar klimatet i lägre grad än vad man tidigare antagit. Frågan om hur snabbt CO2 omsätts i biosfären (inkl. haven) är central för klimatets känslighet för CO2 och därmed även för hur effektiva klimatpolitiska åtgärder som minskar CO2 kommer visa sig vara.

Bakgrund: beräkning av halveringstid

Enligt en så kallad boxmodell kan man på ett förenklat sätt beräkna livslängden för en CO2-puls i atmosfären innan den försvunnit ned i sänkorna i den snabba kolcykeln [5]. Modellen bygger på ett exponentiellt sönderfall, där man beräknar en tid för e-folding. I korthet räknar man 1 ’livslängd’ som att faktorn 1/e = 37% återstår. Efter 2 livslängder återstår 1/e² = 14%, osv. ’Boxen’ är fylld med atmosfäriskt CO2 upp till 875 Gton kol. Utflödet till kolsänkorna är enligt ovan 4,8 Gton per år.

I vårt fall har vi att den genomsnittliga e-foldingtiden för en CO2 molekyl att förflyttas från atmosfär till sänka är 210/4,8 = 44 år (utbytesflöde/nettoflöde). Om vi omvandlar detta till halveringstid, blir det 38 år (multiplicera med ln2).

Om vi i stället använder de nya värdena för havssänkan [1] blir e-foldingtiden mindre, 210/6,4 = 33 år och halveringstiden blir 23 år. Det som är intressant är inte antalet år i sig, modellen är en förenkling. Det intressanta är att skillnaden i halveringstid är så pass stor. Se referensen [5] för en mer komplett, kopplad modell.

IPCC hävdar mycket långa uppehållstider för CO2 i atmosfären (enligt den så kallade Bern-modellen, se länk). Man har angivit en e-foldingtid på mellan 50 och 200 år. Man säger dessutom att 15 till 40 procent av en CO2-puls kommer att finnas kvar i atmosfären längre än 1000 år, 10 till 25 procent finns kvar mer än 10 000 år, och resten hävdas finnas kvar i 100 000-tals år [4]. Bern-modellen har från flera håll kritiserats för att vara ofysikalisk [6, 7].

Referenser

[1] Revised estimates of ocean-atmosphere CO2 flux are consistent with ocean carbon inventory, Watson och 7 medförfattare, Nature 2020
https://doi.org/10.1038/s41467-020-18203-3

[2] Global Carbon Budget 2021, Friedlingstein och 94 medförfattare, Earth System Science Data 2022, https://doi.org/10.5194/essd-14-1917-2022

[3] Global CO2 emissions have been flat for a decade, new data reveals, Hausfather 2021, https://www.carbonbrief.org/global-co2-emissions-have-been-flat-for-a-decade-new-data-reveals/

[4] IPCC AR6 WG1 kapitel 5.2-3, https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/

[5] Little Warming with new Global Carbon Cycle Model, Peter Dietze, http://www.john-daly.com/carbon.htm

[6] The Bern Model Puzzle, W. Eschenbach, 2012, https://wattsupwiththat.com/2012/05/06/the-bern-model-puzzle/

[7] What’s up with the Bern Model?, E. Mearn, 2014,
https://euanmearns.com/whats-up-with-the-bern-model/

Gabriel Oxenstierna

Mina artiklar här på KU

+19