4 Klimautfordringene – opptak og utslipp av klimagasser
4.1 Hva bestemmer klimaet og klimaproblemet?
Klimaet på jorda bestemmes i stor grad av ytre drivkrefter som påvirker innstrålingen fra sola. Drivkreftene på jordkloden virker i et samspill mellom ulike delsystemer som atmosfære, hav, biosfære (de levende organismene), snø og is. Disse drivkreftene og delsystemene er i mange tilfeller koblet sammen på måter som kan forsterke eller svekke hverandres betydning.
Luften i atmosfæren består hovedsakelig av nitrogen (78 prosent), oksygen (21 prosent) og argon (0,9 prosent). I tillegg kommer lave konsentrasjoner av gasser som CO2, metan, lystgass, ozon og KFK-gasser.
En del gasser er klimagasser (drivhusgasser), som i utgangspunktet skaper en naturlig drivhuseffekt. Klimagassene og skyer slipper gjennom inngående solstråling relativt uhindret, mens de fanger opp utgående varmestråling fra jorda. Klimagassene fører til at mer av varmen bevares i jordatmosfæren. Denne drivhuseffekten bidrar til at jorda har en temperatur som er levelig for mennesker. Uten den naturlige drivhuseffekten ville jorda vært om lag 33 grader kaldere.
Opptak og utslipp av klimagasser foregår i utgangspunktet i naturlige kretsløp mellom jorda og atmosfæren. Prosesser på jorda er avgjørende for sammensetningen av klimagasser i atmosfæren. Endringer i disse prosessene og frigjøring av blant annet karbon fra lager på jorda påvirker konsentrasjonen av klimagasser i atmosfæren. Selv ganske små endringer i konsentrasjonen av klimagasser i atmosfæren kan ha betydning for drivhuseffekten og klimaet på jorda. Klimaproblemet skyldes at menneskelig aktivitet fører til større utslipp av klimagasser enn de naturlige kretsløpene ville innebære. Dette gir en opphopning av klimagasser i atmosfæren og fører til høyere temperatur.
Klimaproblemet kan ikke løses uten å kutte i menneskeskapte klimagassutslipp. Kunnskap om de naturlige kretsløpene, utvekslingen av blant annet karbon mellom jorda og atmosfæren og potensialet for å ta opp og lagre karbon, er også et viktig grunnlag for å håndtere klimaproblemet.
Slik kunnskap er ikke minst en viktig forutsetning for tiltak i landbruket, siden landbruket for en stor del er basert på et samspill med naturen og kretsløpene for blant annet nitrogen og karbon på jorda. Landbruket forvalter store arealer med store lager av karbon. Gjennom tiltak i landbruket er det mulig å redusere utslipp og styrke opptak og lagring av karbon, og gjennom dette gi et positivt bidrag til å begrense klimaproblemet.
4.2 Fotosyntese – opptak av klimagasser
Gjennom naturlige prosesser i naturen; nedbryting av organisk materiale, dyreliv og annet, oppstår det klimagasser som inngår i naturlige kretsløp.
Planter, grønnalger og enkelte blågrønne bakterier har evne til å ta opp CO2-molekyler og omforme karbonet til kjemisk energi gjennom fotosyntese i grønne klorofyllceller.
For at plantene skal klare å binde den lave karbonkonsentrasjonen som finnes i atmosfæren, må luft med CO2-molekyler komme inn i plantene gjennom spalteåpninger i grønne blad og nåler. Spalteåpningene er helt sentrale for plantenes vannhusholdning, og følgelig også CO2-opptaket i plantene.
Plantenes «dilemma» er å binde mest mulig karbon uten å tape for mye vann. Økt CO2-konsentrasjon i atmosfæren gir grunnlag for økt plantevekst og bedret vannhusholdning, siden mer karbon kan passere gjennom spalteåpningene og bli tilgjengelige for fotosyntese uten at vannforbruket øker. Dette betyr mye siden vann ofte er en minimumsfaktor for plantevekst.
Fotosyntesen, som foregår i de grønne klorofyllcellene, innebærer at plantene ved bruk av solenergi og vann omdanner CO2-molekylene til ulike sukkerforbindelser, mens oksygen frigjøres tilbake til atmosfæren. Forbrenning eller nedbryting av fotosynteseproduktene reverserer prosessen slik at det oppstår et naturlig karbonkretsløp mellom atmosfære og klorofyllholdige organismer.
Figur 4.1 Fotosyntesen.
4.3 Hvor finnes karbonet?
4.3.1 Fordelingen av karbon og utveksling av karbon mellom jorda og atmosfæren
Karbonet i det atmosfæriske kretsløpet fordeler seg med om lag 93 prosent i havet, fem prosent i landøkosystemer og to prosent i atmosfæren.
Videre finnes det ifølge FNs klimapanel tilgjengelige fossile karbonreserver på om lag 3 700 – 6 000 Gt C utenfor det atmosfæriske kretsløpet, jf. figur 4.2. De fossile karbonreservoarene representerer en vesentlig mengde i forhold til karboninnholdet i atmosfæren. Selv en begrenset overføring av karbon fra de fossile reservoarene til det atmosfæriske kretsløpet vil gi store klimautfordringer globalt.
Det er en naturlig balanse i utveksling av karbon mellom atmosfæren og ulike lagre i hav- og landøkosystemer. Menneskeskapte utslipp, selv om de er relativt små sammenliknet med de relevante lagre av karbon beskrevet i figuren ovenfor, bidrar til å forrykke denne balansen og øke CO2-innholdet i atmosfæren. Tiltak som i stort kan påvirke karbonutvekslingen mellom jordkloden og atmosfæren må i utgangspunktet rettes mot reduksjon av de menneskeskapte utslippene. Tiltak for større opptak av CO2 i biomasse og binding av karbon i jord vil også kunne påvirke den mengden karbon som er i omløp.
Boks 4.1 Karbon
Karbon kan forekomme i flere former; som gass, som væske og i fast form. Ved atmosfærens trykk kan CO2 eksistere som gass og i fast form. Når karbonet foreligger som CO2 virker gassen som en drivhusgass i atmosfæren og gir global oppvarming. Til forskjell fra andre klimagasser brytes ikke CO2 ned i atmosfæren, det vil si at gassen forsvinner ikke fra atmosfæren uten at den blir bundet i en eller annen form.
I global sammenheng oppgis ofte forekomsten av karbon i Gt C. 1 Gt C = 1 milliard tonn karbon. Dette kan også omregnes og uttrykkes i CO2-enhet. 1 Gt C tilsvarer 3,67 Gt CO2.
Ut fra internasjonal statistikk over omsetningen av fossile energikilder, og satellittovervåking av verdens landarealer, har FNs klimapanel beregnet at det gjennom 1990-årene årlig ble frigjort om lag 8 Gt C ekstra karbon til det atmosfæriske kretsløpet. I dette inngår karbonutslipp fra forbrenning av fossile ressurser og sementproduksjon, og karbonutslipp hovedsakelig fra avskoging i tropiske strøk. Med grunnlag i nøyaktige målinger i atmosfæren kan det beregnes at om lag halvparten (3,2 Gt C) av de menneskeskapte karbonutslippene blir værende i atmosfæren og bidrar til global oppvarming.
FNs klimapanel har videre, med grunnlag i flere ulike tilnærmingsmetoder som gir om lag samme resultat, vist at havet årlig tar opp 2,2 av de 8 Gt C.
Figur 4.2 Fordelingen av karbonet i det atmosfæriske kretsløpet, og anslag over fossile lagre av karbon.
Landopptaket av karbon, det vil si landplantenes opptak av karbon gjennom fotosyntesen, er vanskeligere å beregne. Siden det mangler en karbonstørrelse på om lag 2,6 Gt for å få balanse i regnskapet, tilskriver FNs klimapanel denne størrelsen til landopptak gjennom økt fotosyntese (restbetraktning). Ifølge FNs klimapanel er landopptaket bestemt av:
direkte klimaeffekter (endringer i nedbør, temperatur og strålingsregime)
atmosfærisk komposisjon (CO2-gjødsling, avsetning av næringsstoffer, utslipp fra forurensing)
arealbruksendringer (gjengroing, skogkultur, skog- og jordbruk, etablering av skog på nye arealer)
FNs klimapanels oppsummering av hvor karbonet kommer fra og hvordan det transporteres mellom jord og atmosfæren er gjengitt i figur 4.3.
Tabell 4.1 summerer opp de viktigste størrelsene fra figur 4.3. Tallene for tiden etter 2000 er mindre detaljert angitt i dokumenter fra FNs klimapanel, og det er derfor lagt til grunn 1990-tall for å gi et bilde av de ulike størrelsene i karbonsyklusen.
Tabell 4.1 Karbonbudsjett med balanse basert på FNs klimapanel sine verdier (1990-tallet) (milliarder tonn karbon).
| Kilde | Utslipp | Til økning i atmosfæren og opptak gjennom blant annet fotosyntese |
|---|---|---|
| Fossil forbrenning | 6,4 | – |
| Avskoging og arealbruksendringer (netto) | 1,6 | – |
| Til økning i atmosfæren | – | 3,2 |
| Opptak i havet | – | 2,2 |
| Opptak på land | – | 2,6 |
| Balanse | 8 | 8 |
Kilde: FNs klimapanels fjerde hovedrapport.
Figur 4.3 Lager og transport av karbon mellom jorda og atmosfæren.
Kilde: FNs klimapanels fjerde hovedrapport.
4.4 Et samlet bilde av det globale opptaket av klimagasser
Et samlet bilde av det globale opptaket av CO2
Figur 4.4 oppsummerer de ulike elementene av den globale karbonsyklusen. Figuren viser at 8 Gt C fra forbrenning av fossilt brennstoff og avskoging fører til menneskeskapte utslipp. Om lag 2,2 Gt C tas opp i havet og 2,6 Gt C tas opp i skog og landarealer, mens 3,2 Gt C blir en ekstra tilførsel av klimagasser til atmosfæren, ut over det som kommer gjennom naturlige prosesser.
Figur 4.4 Utveksling av karbon mellom jorda og atmosfæren som skyldes menneskeskapte utslipp.
Sett i relasjon til landbruket og klimatiltak i landbruket er det særlig landopptaket som er viktig. Landopptaket er satt sammen av flere elementer, som nevnt ovenfor. Det er ikke uten videre mulig å vise de enkelte størrelsene for enkelte land, eller for deler av Norge, men figur 4.4 viser likevel den store betydningen av karbonopptak (i form av CO2) gjennom fotosyntese i landøkosystemet.
Opptak i skog
Karbonopptaket på land skjer for en stor del i skogøkosystemer. Skog som får stå i fred inntar etter hvert en likevektsfase med hensyn til karbonbinding og -utslipp, med store eller små svingninger avhengig av treslag, klima og ulike skadegjørere. I moderne skogbruk hogges skogen før den inntar en slik likevektsfase.
FAOs tall for den globale hogsten viser at det hogges tømmer tilsvarende 1 – 2 milliarder tonn karbon årlig, med relativt lik fordeling mellom virke til ved og virke til industrielle formål. Hogst ved ordinært skogbruk med påfølgende foryngelse bidrar i prinsippet ikke til utslipp, siden fotosyntesen på andre aktivt drevne skogarealer utlikner regnskapet og i tillegg bidrar til det betydelige landopptaket på 2,6 milliarder tonn karbon. Utholdende, bærekraftig skogbruk er således en viktig årsak til det betydelige landopptaket, og motvirker at karbon hopes opp i atmosfæren i form av CO2. På den annen side fører varig avskoging til betydelige utslipp. Det er usikkert hvor mye tømmer som stammer fra avskoging som inngår i FAOs statistikk. I figur 4.4 inngår avskoging med et utslipp på 1,6 Gt C. Noe av avskogingen kompenseres ved etablering av ny skog, som spesielt skjer på den nordlige halvkule. Ifølge beregninger gjort av FAO bidrar skog som er kulturforynget ved planting eller såing til et årlig netto opptak på 1,5 Gt C, noe som ligger nær opp til utslippet som oppstår ved avskoging. I tillegg bidrar treprodukter fra kulturforynget skog til langtidslagring av 0,5 Gt C årlig. Det er grunn til å anta at disse størrelsene forklarer store deler av landopptaket på 2,6 Gt C.
Opptak knyttet til jordbruksarealer
Karbon bindes gjennom fotosyntesen og slippes ut igjen når matvarene blir konsumert og restproduktene blir brutt ned. Jordbruket sin påvirkning på karbonmengden i jord, og spesielt nedbryting av organisk jord gjennom arealbruksendringene, er en viktig faktor i regnskapet. Det er antagelig mulig å bygge opp karbonmengden i jordsmonnet til et høyere nivå enn det som er tilfelle mange steder i verden. I en klimasammenheng er det også viktig hvilken form karbonet finnes i. Jordbruket fører også til utslipp av metan som blant annet dannes gjennom gjæring i fordøyelsessystemet hos drøvtyggere (sau, ku, geit) og ved risproduksjon. Som drivhusgass er metan 21 ganger mer virksom enn CO2, men den brytes langt raskere ned enn CO2. Bedre forståelse av dynamikken knyttet til karbonlagrene i jord er en svært viktig forutsetning for å forstå hvordan jordbruket og jordbruksarealene virker i klimasammenheng.
4.5 Utslipp av klimagasser
4.5.1 De viktigste klimagassene
De viktigste klimagassene er CO2, metan, lystgass og fluorholdige gasser. CO2-utslippene står i Norge for mer enn 80 prosent av klimagassutslippene. Andre klimagassutslipp enn CO2 regnes oftest om til CO2-ekvivalenter. Det er de nevnte klimagassene det nå er knyttet utslippsforpliktelser til. I et framtidig klimaregime vil også andre klimagasser kunne bli inkludert. Norge er en pådriver for dette.
Boks 4.2 Klimagassene og landbruket
Karbondioksid (CO2) inngår i karbonets kretsløp mellom atmosfære og biosfære. Ved opptak gjennom fotosyntese lagres karbonet i biomasse, torv, humus og skogsjord, og det atmosfæriske CO2-nivået reduseres temporært. Når biomasse, humus og torv nedbrytes eller forbrennes, frigjøres karbonet tilbake til atmosfæren og kretsløpet er sluttet. Norske skoger har et nettoopptak av CO2i størrelsesorden 30 millioner tonn. Landbrukets utslipp av CO2er i klimagassregnskapet knyttet til utslipp fra fossil energibruk og utgjør om lag en prosent av de nasjonale utslippene.
Lystgass (N2O) kan dannes ved nedbryting av nitrogenforbindelser i jorda og ved nedbryting av husdyrgjødsel lagret under oksygenfattige forhold. Det dannes også lystgass under produksjon av kunstgjødsel. Økt tilførsel av nitrogenforbindelser, som ved gjødsling, øker risikoen for dannelse og utslipp av lystgass. Ved nitratlekkasje til overflate- og grunnvann blir en del av nitrogenet omdannet til lystgass. Slik lekkasje oppstår når tilførslene er større enn det vegetasjonen kan ta opp, og ved erosjon. Utvasking av næringssalter og erosjon antas å øke betydelig ved de pågående klimaendringene. Landbruket står for om lag 49 prosent av de nasjonale lystgassutslippene.
Metangass dannes når organisk materiale brytes ned uten tilgang på oksygen som for eksempel i myr og sumpområder eller fra husdyrgjødsel under lagring. Om lag 85 prosent av metanutslippene fra husdyrholdet produseres av drøvtyggernes bakterier i vomma som bryter ned fiber slik at metan rapes opp. Landbruket står for om lag 50 prosent av de nasjonale metanutslippene.
Konsentrasjonen av klimagassene måles i ppm (parts per million).
For å kunne sammenlikne gassene med hverandre må de standardiseres etter sitt potensial for global oppvarming ved å multiplisere med en GWP faktor (GWP = global warming potential). Ved å bruke en slik faktor omregnes alle klimagasser til CO2-ekvivalenter. Per molekyl er metan og lystgass henholdsvis 21 og 310 ganger mer virksom som klimagass enn CO2.
De ulike klimagassene har ulik oppholdstid i atmosfæren. Noen klimagasser er kortlivede og brytes raskt ned, andre er mer langlivede og vil ha en lang oppholdstid i atmosfæren. CO2 brytes ikke ned i atmosfæren, og oppholdstiden (på anslagsvis 300 år) avhenger av de naturlige opptaksmekanismene på land og i hav. 25 prosent av CO2-molekylene blir i atmosfæren i mer enn 1 000 år. Selv om vi får begrenset eller stanset de menneskeskapte utslippene vil drivhuseffekten av det vi har sluppet ut vare lang tid i etterkant. Metan og lystgass har langt kortere levetid i atmosfæren enn CO2. Metan har en levetid på 12 (+/– 3) år og lystgass har en levetid på mer enn 120 år. De fluorholdige gassenes levetid varierer fra 45–100 år. Dette innebærer at reduksjon i metanutslippene gir en rask, positiv effekt, mens endringer av lystgassutslippene har en lengre tidshorisont for å se forandringer.
4.5.2 Hvor store er utslippene?
Beregninger basert på internasjonal energi- og salgsstatistikk viser at de årlige, globale utslippene av CO2 fra forbrenning av fossile ressurser og sementproduksjon, var om lag 23 Gt CO2 i 1990-årene (6,4 Gt C). I perioden 2000–2005 hadde dette økt til om lag 26 Gt CO2 (7,2 Gt C). Arealbruksendringer og frigjøring av karbon ved permanent avskoging gir årlige utslipp på om lag 5,8 Gt CO2, det vil si om lag 17 prosent av de globale menneskeskapte utslippene. Fire femdeler av de menneskeskapte CO2-utslippene stammer altså fra forbrenning av fossile ressurser og en femdel fra avskoging. Hav og land tar hver for seg opp om lag 25 prosent av disse utslippene. Den resterende halvparten havner i atmosfæren og bidrar ifølge FNs klimapanel til global oppvarming.
FNs klimapanel viser til at atmosfærens innhold av CO2 økte med om lag 11,5 Gt CO2 årlig gjennom 1990-tallet. Dette tilsvarer en konsentrasjonsøkning på 1 – 2 ppm i året. I perioden 2000–2005 økte den årlige tilførselen av CO2 til atmosfæren til om lag 15 Gt CO2 og den årlige konsentrasjonsøkningen var i denne perioden 2 ppm.
Figur 4.5 Verdens utslipp av klimagasser. Andel av de ulike menneskeskapte klimagassene i forhold til totale utslipp i 2007.
Kilde: FNs klimapanel.
4.5.3 Variasjoner i konsentrasjonen av klimagasser i atmosfæren
Atmosfæren inneholder i dag om lag 387 ppm, det vil si om lag 0,0387 prosent CO2.
I jordas tidlige geologiske historie (400–600 millioner år siden) var CO2-konsentrasjonen i atmosfæren sannsynligvis 10–20 ganger høyere enn i dag. Gjennom millioner av år har karbon i form av CO2 blitt fjernet fra det atmosfæriske kretsløpet ved kjemisk opptak i havet eller ved fotosyntese i hav og på land. Mye av dette karbonet finner vi igjen som fossil energi i form av olje, gass og kull. Dagens høye forbruk av fossil energi frigjør på nytt dette karbonet i form av CO2.
Den geologiske perioden vi nå lever i har vært preget av en rekke istider (30–40). Ny forskning på data fra iskjerner fra Antarktis viser hvordan CO2-konsentrasjonen i atmosfæren har variert tilbake i tid. Gjennom de siste 400 000–650 000 år har CO2-konsentrasjonen i atmosfæren stagnert i mellomistidene med maksimumsverdier på om lag 290 ppm. Etter den industrielle revolusjonen har CO2-konsentrasjonen i atmosfæren steget kraftig, til dagens nivå på om lag 387 ppm. Hvert femte CO2-molekyl som i dag finnes i atmosfæren er trolig tilført gjennom fossil forbrenning og sementproduksjon etter førindustriell tid.
Figur 4.6 Variasjoner i CO2-konsentrasjon (øverste diagram) og temperatur (nederste diagram) på Sydpolen gjennom de fire siste istidene.
Kilde: GRID Arendal.
Enkelte former for naturkatastrofer kan bidra til at klimagassutslippene i perioder øker, som for eksempel ved store skogbranner, massive innsektskader eller stormfellinger. Endringer i energi-innstrålingen fra sola vil over tid gi mer eller mindre «naturlige» variasjoner i klimagasskonsentrasjonen i atmosfæren slik det har vært tilfelle før de menneskeskapte klimagassutslippene begynte å gjøre seg gjeldende.