1. Bakgrunn

Det er mye både lekfolk og forskere er uenige om. Men en ting vil de fleste være enige i. At årsak kommer før virkning og ikke omvendt. En gryte koker ikke før den rette temperatur er oppnådd nedenfra. Rent vann koker ved 100 C ved havets overflate. Fordampning er prosessen som avkjøler vannet og ved 100 C vil den koke med 100 C inntil alt vann er fordampet. Havet varmes opp av sollyset slik at det sjelden kan få høyere temperatur enn 30C fordi det da er balanse mellom solas innstrålende oppvarming og havets avkjølende fordampning. Derfor har havet høyest temperatur og størst fordampning ved ekvator der solinnstrålingen er høyest. Det er temperaturen og innstrålingen som bestemmer hvordan de andre prosessene skal virke ved at de motvirker de oppvarmende prosessene med avkjøling og utstråling. Er det for eksempel slik at det fins gasser som varmer opp jordas atmosfære eller er det oppvarming av jordas atmosfære som frigir gasser som kan bidra til mer oppvarming som dermed kommer ut av kontroll? Eller er det egentlig slik at temperaturen øker og deretter svarer biosfæren, alt liv på jorda, med å frigi sporgasser som avkjøler systemet mot verdensrommet? Sporgasser med mer enn to atomer i gassmolekylet sender ut stråling, men skaper ingen ekstra energi. De sender ut like meget som de mottar.

For å forstå klimaendringer må vi kanskje tenke mindre på en tvetydig størrelse som temperatur og mer på fysiske bestanddeler i klimasystemet som er mer entydig målbare. Har det skjedd noen betydelig endring over tid i disse andre mer entydige størrelsene som kan kaste lys over dette årsak-virknings forhold?

Spørsmålet i overskriften besvares i dag ofte som regel med et rungende ja. Men har de testet den motsatte muligheten for eksempel? Vel, noen forskere, Demetris Koutsouyannis og medarbeidere har faktisk gjort det og svaret deres er negativt. Vi skal presentere deres arbeid her, som neppe er siste ord om det i det hele tatt blir lagt merke til av dem som har satset liv og arbeid på motsatt oppfating.

Etter min oppfatning har denne oppfatning om menneskeskapt økning av CO2 og de foreslåtte motvirkning endt opp i en rekke selvmotsigelser. Det har på dette grunnlag utviklet seg i en idé om at vi kan påvirke vær og vind «positivt» på sikt ved samle inn energi og lage elektrisitet fra sollyset og vinden og at denne måten å samle inn energien ikke påvirker vær og vind. Påstanden er at den ikke gir fra CO₂ slik at denne gassen ikke hoper seg mer opp i atmosfæren og lager mer uvær ved å heve temperaturen langs bakken. Man skal altså bygge vindturbiner for at det skal blåse mindre og solcellepaneler for at sola skal skinne mindre for ikke å få for høy temperatur langs bakken. Altså lage en «ny» klimaendring som ikke er en klimaendring.

Men er det virkelig slik at karbondioksid i hovedsak dytter temperaturen oppover eller kan det være minst like mye av motsatt årsaksforhold. At karbondioksid som blir drevet oppover av temperaturøkning. Eller er det utslipp fra naturen som langt overstiger menneskenes bidrag og gjør vårt bidrag usynlig. For om det er slik det forholder seg så mister vi helt kontrollen som vi tror vi kan få og sakene blir mye mer kompliserte og uhåndterlige for aktivister og politikere. Kommer naturens «utslipp» av CO₂ forut for «varmebølger».

To viktige spørsmål

Er det altså virkelig slik at økning av karbondioksid i atmosfæren gir økt temperatur eller er det mulig å snu det rundt slik at vi tester om det er temperaturøkingen som skaper mer karbondioksid i atmosfæren. Vi må også kunne teste påstandene på data fra vår egen tid og så langt tilbake som mulig. Naturvitenskaplig forskning foregår i all hovedsak ved å fastslå hva som ikke er årsak til en virkning og prøve å nå det mest pålitelige resultatet med de data som foreligger.

Det neste spørsmål er om bidraget fra menneskenes brenning av fossile hydrokarboner og kull kan gi målbare spor i Jordas atmosfære. Grønne vekster foretrekker en lettere karbonisotop i fotosyntesen. Dette anriker atmosfæren med en tyngre, men mindre forekommende isotop og er den naturlige prosess som pågår hele tida. Hydrokarbonene som i millioner av år er tatt ut av karbonsyklusen og i hovedsak havnet under jorden har også denne anrikning av lettere karbonisotoper. Dermed skulle vi ved brenning av fossilt brensel få en anrikning av den lettere karbonisotopen jo mer vi pøser ut i atmosfæren. Men er det slik at det faktisk foregår og har foregått i mange tiår nå? Er dette målbart med tilgjengelige og offentlige data?

2. Innledning

Naturvitenskap starter med observasjon av naturen. Som med politiet i en kriminalfortelling starter helst forskeren ut bredt og vidt og holder mange muligheter åpne. Ved å sette opp med en rekke forklaringer basert vanligvis på kunnskap vi allerede har og som vi antar kan anvendes i det aktuelle forskningsspørsmål. Målet er å finne en forklaring som ikke bare setter sammen det vi har observert, men også helst framtidige hendelser og deres forklaring. Det som er for åpenbare er ofte det vi kaller sammenfall i hendelser, mens det som kan kalles årsakssammenheng er det som egentlig er forklaringen, men som ikke umiddelbart ligger i hva vi observerer. Eller hva vi tror vi observerer.

En oppfatning som er vanlig i allmennheten er at naturvitenskap er en aktivitet som til alle tider avslører hva som er stadig sannere og som sjelden tar feil. Slik virker det blant annet fordi vi ikke får noen innsikt i prosessen som fører til forklaringen slik som i den gode kriminalfortelling.

Bildet av resultatet er også at forskere kan sette opp noen utgangsdata og beregne nær sagt alt som skjer ved hjelp av disse utgangsdata. Dette kalles den deterministiske metode og gir ofte en umiddelbar ide om hvordan ting henger sammen i tid og rom. Denne oppfatning var lenge enerådende for å forklare fenomener i naturen. Vi kan for eksempel observere hvor planetene er på et gitt tidspunkt ved å vite hvor vi er og hvor planeten eller månen er og etterpå regne oss fram og tilbake i tiden uten begrensninger. På den måten kan vi til og med finne det som vi ikke allerede har sett, men som følger det samme lover og beregninger. Ved å måle forstyrrelsene i banen til en planet, Uranus, kunne posisjonen til en ukjent planet finnes fordi vi visste hvilke «deterministiske» regler som gjelder for planetens bevegelse. Planeten som forstyrret Uranus’ bane ble ettervert kalt Neptun og den ble funnet i teleskop 1846 svært nær stedet den var beregnet å skulle være. Omtrent på samme tid klarte man å finne ut hvordan et støvkorn beveget seg i gass eller en væske. Det viste seg at støvkornet beveget seg att og fram på en uforutsigbar måte. Dette ble oppdaget i 1827 av den skotske botaniker Robert Brown. Han undersøkte hvordan et pollenkorn beveget seg i vann sett gjennom et mikroskop. Han var ikke den første som så dette, men det er hans navn som er knyttet til denne virrebevegelsen. Årsaken til virrebevegelsen var at hele tiden befant et ulikt antall molekyler på den ene og den andre siden av støvkornet som beveger seg med ulik retning og hastighet. Molekylenes virrebevegelse gjør at støvkornets bevegelse blir uforutsigbar eller stokastisk. Albert Einstein og noen andre fysikere fant rundt 1905 et teoretisk rammeverk for denne bevegelsen og kunne dermed bringe molekyler som byggesteiner i mange stoffer inn i fysikken og bygge videre på det. Man kunne måle molekylenes bevegelse og størrelse uten å se dem direkte. I et skiftende mønster av tusener av dem som skyver i tilfeldig retning som skrifter kunne forskerene teoretisk og praktisk måle molekylenes størrelse i væsker og gasser. Einstein selv skal ha fulgt hvordan teblader farget vannet rundt seg og hvor fort det gikk da han jobbet med denne teorien. Men tanken på at naturen hadde slike byggesteiner var ikke vunnet med oppdagelsen av brownske virrebevegelser. At naturen ikke bestod av smådeler men av kontinuerlige strømmer og bølger var lenge en allmenn oppfatning blant naturforskere. Vårt begrep elektrisk strøm stammer fra dette og passer greit med det vi observerer selv om de ikke er mye bevegelse i en elektrisk ledning og det egentlig er en energibølge fra en elektrisk pol til en annen. Vårt daglige språk er ikke egnet for å beskrive denne mikroverden slik det også er med kvantemekanikken som Werner Heisenberg beskrev det.

3. Hvit og rød støy

Noe av dette begrepsforsåelsen finner vi i skillet mellom en verden av forutbestemthet og en uten forutbestemthet for å si det litt enkelt. Det er den grunnleggende forskjellen på deterministisk modell og stokastisk modell i naturvitenskap. En deterministisk modell gjør det sannsynlig å føre fenomenet framover og bakover i tid uten tap av nøyaktighet. Fortidens bevegelser kan brukes til å forutsi framtidas bevegelser. Posisjonen til partikler i stokastisk bevegelse kan ikke forutsies på noen tidsskala selv om den følger de samme grunnleggende mekaniske lovene som deterministisk bevegelse. Målinger av bevegelse og andre parametre som temperatur er også stokastisk slik at vi har et dobbelt lag av virrebevegelse som må tas med i beregningen når vi prøver å finne de skyldige og årsakssammenhenger i naturens «kriminalfortelling». Et viktig spørsmål i all kunnskapstilegnelse er jo å finne ut om det fins en årsak-virkning som ikke er reversibel eller hvorvidt vi har sammenfall av hendelser som bare i svak eller ingen grad har et årsak-virkning forhold. Alle høner kommer fra egg, men hva var først: høna eller egget?

Vi får vi høre at CO₂ både kan og vil føre til økt global temperatur og til og med at CO₂ økning er eneste årsak til global temperaturøkning i atmosfæren og havet. Økt temperatur er endret klima i denne fortellingen og CO₂ og et par andre gasser kalles «klimagasser» av denne grunn. Altså en ide om et klart årsak-virkning forhold. Enhver økning av temperaturen spesielt i nedre atmosfære 2 meter over bakken er forårsaket av økning av CO₂ som i all hovedsak kommer fra menneskelig aktivitet som slipper løs CO₂ for videre oppvarming av de nevnte 2 meter over bakken som er standard meteorologisk målehøyde.

Når naturvitenskaplige undersøkelser finner sted må man ha en hypotese for å gjennomføre eksperimenter etter undersøke tabeller som er funnet av andre. Å gå gjennom målinger og arbeid som er utført av andre og overprøve med andre metoder er en anerkjent arbeidsmåte som kalles reproduserbarhet. Et viktig prinsipp er også å sette opp en null-hypotese som vanligvis er en test av det motsatte av det som er gjengs oppfatning eller som du egentlig vil teste. Forenklet sagt kan man si at hvis det er overhengende sannsynlig at din null-hypotese er mest sannsynlig så er din opprinnelige hypotese svekket. Andre undersøkelser må også selvsagt til for å svekke helt eller avvise din opprinnelige hypotese.

Virrebevegelsen vi finner i naturen mellom molekyler og støvkorn finner vi igjen i målinger av en rekke fenomener. Virrebevegelsen skaper også en støy i elektriske systemer for elektrisk ladde partikler sender ut signaler når de kolliderer og vekselvirker. Dette er en synlig støy i glødelamper, men alle systemer har slik termisk eller temperaturbestemt støy siden økt temperatur gir økt «støy». Tidligere kunne man se slik støy på fjernsynsskjermer når det ikke var stilt inn på noen stasjon(av og til kunne man se det da også). I dag sørger dataprogrammer for at signalstøyen blir borte når vi slår av og på et radio eller fjernsynsapparat. En femtedel av «støyen» er faktisk radiosignalet som oppsto da universet oppsto. Dette er den termiske støy som et legeme med 2,7 grader over absolutt null. Dette sammen med andre konstante støykilder kalles også «hvit støy» som må regnes med i alle målinger i naturvitenskap. Den bringer i prinsippet ingen informasjon om eksperimentet vi skal utføre.

En annen type «støy» er den som er mer uttalt enn den hvite støyen og som kan bringe informasjon om det systemet vi måler. Denne støyen varierer på det vi kaller en stokastisk måte og den er normalt sterkere enn den hvite støyen og kalles ofte «rød støy» og den kan gi informasjon om systemet vi måler som vi ikke får fra «hvit støy» som er knyttet til instrumentet vi måler med. Som vi skal se her så kan «rød støy» være en viktig informasjonsbærer om hva som er sammenfall i tid og hva som kan være årsak-virkning eller ikke være det. Den røde støyen er den som bringer «usynlig» informasjon som kan fortelle om et årsak-virknings forhold eller kausalitet.

4. Høna og egget i jordatmosfærens temperatur

Gallileo Gallilei advarte mot å stole på våre sanser når vi skal forklare hvordan naturen henger sammen i årsak og virkning. Selv om vi starter med våre sanser så må vi ikke avslutte med våre sanser. Personlig opplevde jeg en alvorlig sykdom for noen år siden som hadde årsak i et hormon vi trenger lite av i mengde, men som har avgjørende betydning for overlevelse fra dag til dag. Jeg ble kraftig avmagret og fikk voldsomme magesmerter. Her var virkningen åpenbar, men hva var årsaken? Det kunne være at magen hadde fått et sår innvendig eller kreft med alvorlige konsekvenser. Men legene fant fort ut, også fordi jeg forklarte det at det var et problem med overproduksjon av et hormon som styrer energiomsetningen i kroppen. Det skyldtes igjen at kroppen min produserte en etterlikning av det hormonet som skal regulere det andre hormonet og resultatet var et positivt feedback som satte hele mitt energiverk i overproduksjon. Bukspyttkjertelen produserte fordøyelsesenzymer som jeg skulle ha spist et tonn med biff. For å få til det hovnet den opp slik at det ble svært smertefullt for meg samtidig som hjertet gikk i mer enn 250 slag i minuttet. Måleren ble faktisk sprengt, men jeg var bevisst og kunne observere det selv der den blinket 250 og sykehuspersonalet prøvde å ikke å se for bekymret ut. Siden fikk jeg god behandling og lever godt ennå selv om jeg måtte fjerne en kjertel og gå på medisiner resten av livet. Vi trenger omtrent 100 mikrogram av stoffet hver dag så det er helt klart at jeg finner det ikke slik at sporstoffer er uten betydning i naturen slik som karbondioksid i atmosfæren. Det er alså ikke mengden av et stoff som avgjør dets betydning for hele systemet eller organismer. Mitt argument ligger ikke på det planet!

Fra media framstilles det ofte slik at eneste kilde for økt karbondioksid i atmosfæren er vårt bidrag på omtrent 4% årlig. Det er imidlertid bare en tredjedel av det naturen selv kommer med av «ny» CO₂ til atmosfæren. Samtidig skal det bli tatt opp mer av den sporgassen år for år i havet som igjen skal få forsuring ved stadig lavere pH. Men vi kan stadig ikke se noe spor av denne menneskeskapte gassen i atmosfæren. Den sprer seg og sporene utviskes selv om virkningen av gassen er tydelig i oppgrønning av jordklodens overflate sammen med de naturlige økninger av CO₂ gassen. Denne gassen vil noen gjerne fjerne og lagre i kalklag under havet. Ironien er jo her at disse kalklag ble avsatt i havet da forekomsten av CO₂ i atmosfæren var mye høyere enn idag ellers hadde ikke disse lagene vært så store som vi finner dem i dag.

Det som skiller leger fra kvakksalvere er at de ikke nødvendigvis søker smertens årsak der den er sterkest, men at de kjenner hvordan hele dette systemet virker med årsak og virkning og positive og negative forsterkninger. I naturen er ofte disse i en relativ balanse som de også var før og etter jeg var syk. En positiv forsterkning vil bli balansert av en negativ forsterkning fordi naturen alltid søker den korteste vei mellom to tilstander. Naturen gjør ingenting overflødig, postulerte Sir Isaac Newton for omtrent 300 år siden i sine Regler for naturfilosofien. Varmer vi opp en gryte vil temperaturen øke, men samtidig vil fordampning som kjøler ned vannet i gryta øke. Havet ved ekvator vil sjelden bli varmere enn 30 grader Celsius fordi oppvarmingen fra sola, den positive forsterkningen da vil balansere med fordampningen som er negativ forsterkning eller avkjøling. Energien transporteres oppover og mot polene der det alltid er lavere temperatur enn i tropene fordi det er svakere solinnstråling. Sollys er den aller mest dominerende faktor for oppvarming av havet ovenfra. Temperaturen på jorda har ikke oversteget 27 grader i gjennomsnitt i den geologiske historien nettopp fordi den balansen ikke kan forstekes mer fordi fordampning og skyer som stiger opp og sender energien mot polene. Gjennomsnittstemperaturen i vår tid er altså omtrent 15 grader C, mens laveste temperatur er omtrent 12 grader C som under en nedising som vi kaller istid. Vi kan altså si vi er 3 grader fra en istid og 12 grader fra geologisk maksimum.

Temperaturen i atmosfæren varierer på alle tidsskalaer. Planeten Jordas helning med solvinkelen besstemmer årstidene og dermed lokal temperatur over hele kloden. Over havet ved ekvator når temperaturen 27 eller 28 grader som er maksimal temperatur som jorda kan ha i gjennomsnitt. Når havet varmes opp vil det avgi gasser som er løst i vannet. Akkurat som blodet vårt, som holder 37 grader, avgir CO₂ lettere enn O₂ slik at vi avgir forbrenningsproduktet og lar det «brennbare» bli igjen i kroppen vår så gjør verdenshavene det samme. Ved varmere hav ved overflaten slippes mer karbondioksid ut i atmosfæren. Havet tar lettere opp oksygen enn karbondioksid og avgir disse gassene med en livgivende effekt. Fotosyntesen hos grønne planeter på land og i havet avgir oksygen og tar opp karbondioksid. Dyreorganismer som oss har liten evne til å ta opp CO₂ og derfor bringer en økning av CO₂ i atmosfæren liten endring direkte for dyreorganismer, men store endringer for planteorganismer. Det er en vanlig oppfatning at mennesker har energiproduksjon som avgir karbondioksid til atmosfæren og denne hoper seg opp og skaper høyere temperatur enn det ellers ville blitt naturlig.

Men forskere har altså stilt opp det motsatte spørsmål som man skal i all naturvitenskaplig forskning: hva viser målinger og statistikk om årsaksrekkefølgen av prosessene med menneskenes bidrag til karbondioksid i atmosfæren som skal gi økt temperatur og dessuten om vi finner avtrykk av denne «fossile» gassen i atmosfæren og eventuelt hvordan. Koutsouyannis og medarbeidere har benyttet seg av metoden med teste om sammenhengen mellom temperaturøkning og karbondioksid økning. Prosesser i naturen har sammensatte årsaker og oppfører seg uforutsigbart i et virremønster som også metodene for avdekking av årsak og virkning må gjenspeile. Et slikt mønster kalles stokastisk og kan hjelpe oss å se hvilken retning et årsaksforhold er selv om vi ikke vet akkurat hvordan årsaksforholdet virker. For å avgjøre om økt karbondioksid medfører økt atmosfæretemperatur må vi teste den motsatte mulighet i det vi kaller en null-hypotese. Hvis en av hypotesene viser klar sannsynlighet så kan vi gå ut fra at det er den som ligger nærmest sannheten uten at vi har avgjort hvorfor det er slik. De fleste forhold i naturen blir besvart vanligvis med et hvordan og ikke et hvorfor. Vi vet hvordan lyset beveger seg i vakuum med en bestemt hastighet uavhengig av lyskilden hastighet, men vi vet ikke hvorfor den har akkurat den hastigheten. Ikke engang at uansett hvilken fart lyskilden har så vil vi måle samme lysfart.

Koutsouyannis og medarbeidere har funnet på denne måten at det er temperaturøkning som medfører økt karbondioksid i atmosfæren. Dette er et hvordan, men ikke et hvorfor som er et mye mer komplisert spørsmål. Men et annet spørsmål som disse forskerne fikk var jo at sammensetningen av karbonisotopene i atmosfæren nettopp ville avsløre at vi sendte ut en blanding med mindre C-13 enn «naturlig». Ved nøye analyse av data forfatterne samlet inn fra offentlig kilder fant de at den «naturlige» var uforandret antakelig helt siden 1500 tallet og menneskenes eventuelle anriking med C-12 ikke har funnet sted. Hvis man ikke kan måle en størrelse i naturen så fins den ikke, uansett hvor gode forklaringer vi må ha på at den skulle eksistere.

Bakgrunnen for dette er den grunnleggende prosessen i naturen som jo er at karbondioksid og vann omdannes til sukker og okygen ved hjelp av sollys. Den kalles fotosyntesen eller karbondioksidassimilasjon. Energien fra sollyset blir frigjort i forbrenning i planter og dyr for å utføre oppgaver i organismene. Det som ofte ikke her nevnes er at grunnstoffet karbon har tre isotoper med ulikt vekt. Alle karbonatomer har 6 protoner i kjernene, men de kan ha naturlig 6,7 eller 8 nøytroner og dermed ha vekt 12, 13 eller 14 i atomenheter. Oksygen har også tre varianter eller isotoper, som alle har 8 protoner, men 8,9 eller 10 nøytroner. Karbonet som har 14 vektenheter er radioaktivt og omdannes til en stabil nitrogenisotop og dannes kontinuerlig fra kosmisk stråling nettopp fra samme Nitrogen-14 så denne prosessen har ingen synlig virking på atmosfærens sammensetning av karbondioksid. Til enhver tid er omtrent alle karbonatomer 99% karbon-12 og 1 % karbon 13. Karbon 14 fins dessuten i forvinnende små mengder og spiller heller ingen rolle for livet på jorda for å si det slik. Den er helt fraværende i fossile brenselskilder fordi den radioaktive nedbrytingen er avsluttet etter 50000 år og alle våre fossile energikilder er mye eldre enn det. Det er nå slik at fotosyntesen foretrekker den letteste karbonvarianten nemlig isotopen C-12. Derfor hoper det seg opp av karbon 12 i planter og de som spiser planter, men C-13 i større grad glir igjen i atmosfæren og anriker luften omkring plantene med C-13. De fossile restene av karbon som vi finner i olje, gass og kull har dermed også et noe høyere innhold av C-12 slik også levende planter og dyr har. Fotosyntesen gjør altså en seperasjon av de to isotopene slik at når vi brenner kull, naturgass og jordolje så får vi en ytterligere forskyving av forkomsten mot C-12 og noe mindre C-13. Det har lenge vært opplest som en sannhet at denne seperasjonsprosessen og de målinger som er gjort viser at økt CO₂ i atmosfæren er menneskenes verk gjennom brenning av fossilt materiale fordi man har målt en uttynning av C-13 av den grunn. Brenning av fossile energikilder skal altså gi en ekstra anriking av C-12 i atmosfæren.

Men kan man gå denne forestillingen nøyere i sømmene og se om den faktisk stemmer med de målinger som er gjort de siste 40 år eller enda tidligere? Målinger foretatt ved offentlig tilgjengelige målinger viser at det er naturen med sin anriking med C-13 som dominerer. C-12 har ikke økt slik det antas at menneskene brenning av olje, kull og gass skulle tilsi.

Kilder:.

On Hens, Eggs, Temperatures and CO2: Causal Links in Earth’s Atmosphere

Demetris Koutsoyiannis , Christian Onof , Zbigniew W. Kundzewicz and Antonis Christofides (Sci, 2023)

Net Isotopic Signature of Atmospheric CO2 Sources and Sinks:

No Change since the Little Ice Age

Demetris Koutsoyiannis (Sci, 2024)