Satu kemianjätistä ja otsonikadosta

Nyt tuhma Kari-pappa kertoo teille ympäristösadun.

Olipa kerran suuri kemiankonserni. Se keksi muiden muuassa aineen, jota voitiin käyttää jääkaappien ja pakastinten kylmänlähteenä. Yritys patentoi keksintönsä ja pani töpinäksi. Niinpä ainetta käytettiin kautta maailman 1930-luvulta aina meidän päiviimme asti (jotka tässä tapauksessa päättyivät ns. Montrealin sopimukseen 1988). Sopimus kielsi uv-säteilyltä ihmispoloja suojaavan otsonikerroksen tuhoaineet ja myöhemmin myös määrätyt puunsuoja-aineet.

Hyvät ihmiset ajattelivat palkittujen tiedemiesten tutkimusten ansiosta, että näin saadaan otsonikerros pysymään paikoillaan eivätkä ihmiset kuole ihosyöpään. Tällainen pelko virisi sattumalta juuri 70-luvulla lehdistön palstoille ja pani sivumennen vauhtia aurinkovoiteiden markkinoille.
Tiedemiehet Crutzen, Molina ja Rowland saivat Nobelin palkinnon otsonikerrosta ja fluorattuja hiilivetyjä koskevista tutkimuksistaan. Heistä Crutzen palkittiin otsonikerroksen muutoksen mallintamisesta, ensimmäinen mallinnuksen Nobel laatuaan. Crutzen osasi jopa kertoa, millainen otsonikerros oli ollut 1700-luvulla ja millainen se tulee olemaan, ellei mitään tehdä.
Niihin aikoihin asti oli ajateltu, että otsonikerros vaihtelee ajan myötä suurestikin. Sääli, ettei monitaitava Geothe osannut mitata otsonia. Jäämme näin ollen Crutzenin mallinnusten varaan. Mutta tarina jatkuu.

Suuri (ja ilmeisesti myös paha) kemiankonserni huomasi sattumalta samoihin aikoihin 70-luvulla, että sen kylmäaineita koskeva patentti menee vanhaksi ja markkinoille työntyy jos jonkinmoisia kilpailijoita. Innovatiivinen kun oli, yritys ajatteli, että jotain uutta pitää keksiä, koska kilpailu ei ole kovin hyvä tilin kartuttaja. Niinpä se palkkasi tutkijat selvittämään, miten sen valmistama kemikaali suhtautuu otsoniin. Tarina ei viitsi kertoa tutkijoitten nimiä. Ja jepjep, niinhän siinä kävi ja Nobelit tuli.

Yritys oli Montrealin sopimuksen voimaantulon aikoihin jo kehittänyt ja markkinoinut maailmanlaajuisesti uuden tuotteen, joka ei koskaan ole pahaksi otsonille.
Kaikki hyvin. Nyt on otsoniaukko hyvin pieni eikä kai ihosyöpääkään enää saada aurinkorannoilta? Mutta viimeisten vuosikymmenten historiasta tiedetään, että otsoniaukon koko vaihtelee rajusti vuosien saatossa. Paha tarinan kertoja jää odottamaan, josko otsoniaukko jälleen alkaisi laajeta ja miten sitten suu pantaisiin.

Sen pituinen se.

Jälkikirjoitus

Tuli tahaton floppi, kun ei jaksa kaikkea seurata. Nimittäin Der Spiegel uutisoi viime vuoden 2015 lokakuussa, että otsonikato on tai oli silloin saavuttanut mittaushistorian toiseksi suurimman laajuuden.

Ennätyksellisen suuri aukko oli lehden mukaan vuonna 2006. Eli mitenkäs nyt suu pannaan?http://m.spiegel.de/wissenschaft/natur/a-1059383.html…

Mainokset

Hiilidioksidin vaikutus lämpenemiseen hupenee myös tutkimuksissa

Jos tämä tutkijoitten trendi jatkuu, niin muutaman vuoden päivän päästä väitellään siitä, miten paljon hiilidioksidi ilmaa jäähdyttää. Kyse on arvioista tai teorioista, jotka kuvaavat hiilidioksidin tuplaantumisen lämpövaikutusta ilmakehän lämpötilaan.

Vaikutustrendi

Yhä pienempi on tukijoitten mukaan hiilidioksidin vaikutus ilmakehän lämpöön.

Ilmastokeskustelun jyvät ja akanat

Tämä on eräänlainen työjärjestyspuheenvuoro kestoteemaan.

Tiedotusvälineiden, mutta myös kouluopetuksen maailmakuvaa värittää usko tuhoisaan ilmaston muuttumiseen. Syntyy vaikutelma, että lähes kaikki maailman katastrofit ja onnettomuudet johtuvat katastrofaalisiksi muuttuneista sääoloista.

Näin tapahtuu esimerkiksi silloin, kun puhutaan ilmastopakolaisuudesta.  Näytetään uskottavan, että joskus historiassa sääolot eivät ole vaihdelleet, vaan vallitsi jonkinmoinen Edenin harmonia.

Jyvien ja akanoiden erottelussa auttaa ilmastosuodatin. Sen avulla uutisesta tai väitteestä suodatetaan erilleen alla listatut ilmiöt. Kun suodatus on tehty, jäljelle jäävät ne ilmiöt, jotka saattavat johtua sääsuhteiden muutoksista eri puolilla maapalloa. Ilmasto nimittäin muuttuu ja muutokset ovat olleet toisinaan hyvinkin suuria ja nopeita.

Dramaattisia muutoksia voi tutkia vanhoista kronikoista. Ne kertovat tapahtumista lämpimällä keskiajalla ja sitä seuranneen ns. pikkujääkauden viileiltä vuosisadoilta. Kirjoitettua kuvausta sääoloista on olemassa Euroopassa jo 1000 vuoden ajalta. Voi kysyä, miksi vertailevaa tutkimusta ei ole aiheesta kiinnostuneille tarjolla.

Kun on päästy niin pitkälle, että todella näyttää kysymys olevan sääolojen muutoksesta, jää vielä jäljelle sen pohdinta, mikä voisi olla ihmisen toimintojen, kuten teollisuuden ja rakentamisen, liikenteen, maatalouden ja maankäytön rooli todetussa muutoksessa.

Suodatettavia ilmiöitä seurauksineen ajattelun pohjaksi seuraavassa (listaa voi täydentää omien tietojensa mukaisesti):

  • Sodat, hirmuvallan aiheuttamat inhimilliset tuhot ja reviirikamppailut aineellisine hävityksineen.
  • Väestön hallitsematon kasvu sosiaalipoliittisine seurauksineen.
  • Väestön keskittyminen rannikkoalueille, joilla sadekausi, maanvyörymä, tulva, pyörremyrsky, ukkonen tai tautiepidemia voi aiheuttaa joukkotuhon.
  • Olematon infrastruktuuri ja kunnallistekniikka, köyhyys, eriarvoisuus, asuntokurjuus.
  • Eräät geologiset prosessit, kuten Bangladeshin maan painuminen, luetaan tiedon puuttuessa ilmastonmuutoksen aiheuttaman vedennousun piiriin. Toisaalta jää huomiotta, että alueen maapinta-ala todellisuudessa kasvaa eroosion Himalajalta kuljettamien maamassojen ansiosta.
  • Ryöstöhakkuut, maan anastaminen alkuperäisasukkailta ja heidän elinkeinonsa tuhoaminen.
  • Tehoviljelystä ja sateista aiheutuva eroosio, joka vie maasta mullan ja ravinteet; tähän liittyvä viljelytekniikan virheellisyys, ryöstöviljely ja –hakkuut, maan autioituminen
  • Slummiutuminen, työttömyys, ”liikaväestö” suurkaupunkien liepeillä, tästä aiheutuva muuttopaine ja väestön kasautuminen myös ongelmallisille alueille (tulvamaat, suistomaat, maanjäristysalueet)
  • Vuosikymmeniä jatkunut viljelymaan keinokastelu, ravinnetasapainon hävittäminen ja maan tuoton romahtaminen. Tähän liittyy metsien vuosisatainen hävitys ja kuivuus. Tyyppiesimerkki Espanja jättimäisine kasvihuoneviljelmineen.
  • Alkuperäisasukkaiden energiantarpeen tyydyttäminen hakkaamalla metsät kymmenien kilometrien etäisyydeltä asutuksesta.
  • Ryöstökalastuksen aiheuttama vesialueiden köyhtyminen, elinkeinonharjoittamisen mahdottomuus, ympäristön pilaantuminen, myös kalastaminen myrkyillä ja räjähteillä, joka hävittää koralliriuttoja.

Kun ilmastokatastrofipuheesta otetaan erilleen suodattimeen listattujen tekijöiden aiheuttamat vaikutukset,  niin jäljelle saattaa jäädä todellinen sääolosuhteiden muutoksista ja vaihteluista aiheutunut ongelma. Sitä kelpaa sen jälkeen käydä analysoimaan. Kyse on syiden ja seurausten oikean järjestyksen määrittelystä.

EU säätää ilmastoa

Tänään, 22.1.2014, EU:n komissio julkaisee jälleen seuraavia vuosia koskevat ilmastotavoitteensa. Tämä tieto on lupa lukea siten, että EU ajattelee voivansa ohjata ilmaston kehitystä ja muutoksia.

Keskeinen, ellei ratkaiseva osa säätelyä on ns. päästöjen vähentäminen. Tänään kuullaan jälleen kerran, miten paljon EU-maiden tulee päästöjään vähentää.

Kyse ei kuitenkaan ole kaikista ilmaan tulevista ”päästöistä”. Emme kuule määräyksiä pienhiukkasten määrän vähentämisestä, emme myöskään erilaisista teollisista prosesseista ilmaan tulevista aineista, kuten kemikaaleista tai aerosoleista. Nyt puheen keskipisteenä ovat ilmastolle haitalliseksi julistetut, hiilivetyjen polttamisesta syntyvät hiilipäästöt, mutta etenkin hiilidioksidi, CO2.

Hiilidioksidi on siis EU:n mielestä ilmastolle haitallinen kaasu, jota pitää säädellä. EU-komissio ei ehkä ole tullut ajatelleeksi, että hiilidioksidia vapautuu ilmaan kaikkien elämälle perustavien prosessien yhteydessä. Kun luomakunta hengittää, se päästää ilmoille hiilidioksidia. Sitä tulee maan bakteereista, pieneliöistä, eläimistä, kasveista ja vesistä.

Kun tarkastellaan hiillen kokonaiskiertoa, niin ihmisen kaikkien toimintojen yhteinen osuus ilmaan tulevasta hiilidioksidista on 3 prosenttia. Ilmaseoksessa hiilidioksidin tilavuusprosentti on 0,04. Se tarkoittaa, että 10 000 ilman molekyylistä aina neljä ovat hiilidioksidia. Kukin voi keskenään harrastaa päässälaskua ja pohtia, miten paljon neljästä molekyylistä on 3 prosenttia.

Allaoleva satelliittikuva kertoo siitä, mistä hiilidioksidi tulee ilmaan. Ei ole kovin voimallisesti teollinen maailma edustettuna tässä kuvassa. Mutta EU:n ei tarvitse näitä murehtia. Se on tehnyt poliittisen päätöksen, että ihmiskunnan 3 prosenttia 0,04 prosentista on ilmastolle myrkkyä.

Kuva

P.S. Oli ihan unohtua, että EU:n pääsihteeri Barroson ilmastoneuvonantaja on Potsdamin PIK-instituutin johtaja Joachim Schellnhuber. Tämä mies on myös liittokansleri Angela Merkelin ilmastoasioiden konsultti. Ja samaista Schellnhuberia saamme kiittää siitä, että EU:n virallisissa asiapapereissa on asetettu ihmiskunnalle lämmitysraja. Ihmiskunta ei saa lämmittää ilmastoa enempää kuin kaksi astetta. Jos lämmitys ylittää tuon arvon, on edessä katastrofi.

Kahden asteen haamurajan raahasi Potsdamin PIK-instituuttiin Yhdysvalloista amerikkalainen William Bill Hare, yksi IPPC:n raporttien kirjoittajista ja Greenpeacen entinen ilmastovastaava.

Ilmastoarvoitus

Tiedetään, että ihmiskunnan osuus hiilen globaalikierrossa on noin 3,5 prosenttia. Se vastaa runsaan 7 gigatonnin vuotuista hiilimäärää, joka ilmakehään pääsee erilaisten polttoprosessien ja metsien hakkuiden seurauksena.

Hiilidioksidin kokonaismäärä ilmakehässä on runsaat 750 gigatonnia. Se tarkoittaa 0,04 prosentin osuutta ilmakehän kaasuista.

Miten voidaan ajatella, että ihmiskunta kykenisi nostamaan ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden kaksinkertaiseksi?

Kasvihuoneilmiö, jota ei ole

”Kasvihuoneilmiö” on käsite lähes kaikkien suussa. Sen varaan rakennetaan politiikkaa ja vaaditaan kulttuurin muutosta. Kun kasvihuoneilmiö pahenee, se tarkoittaa ilmastokatastrofin tuloa. Ilmastokatastrofin keskeinen tunnus on lämpeneminen. Sitä kiihdyttää ihmisen aiheuttaman kasvihuoneilmiön paheneminen. Näin olen asian ymmärtänyt.

Pelotteen taustalla piilee yksi ilmakehän vähemmistökaasuista, nimeltään hiilidioksidi. Sen osuus ilmakehän kaasuista on noin 0,04 prosenttia. Kasvihuoneilmiöllä voidaan tarkoittaa kovin monia asioita. Kun yrittää ottaa selvää ilmiön tosiolevasta ytimestä, syntyy samanlainen mielikuva kuin taannoin kuunnellessani moskovalaisen professorin esitelmää dialektiikasta. Hän lausui: ”Dialektiikalla on kuusitoista päälakia ja tarvittaessa niitä saadaan lisää.”

Moni tutkii asioita Wikipediasta. Sieltä se löytyy ihan tällä nimellä. Selostus on moninainen ja herättää kysymyksiä, jopa hymyä. Kasvihuoneilmiön historiasta suomenkielinen Wikipedia tietää kertoa: ”Joseph Fourier havaitsi kasvihuoneilmiön vuonna 1824, ja kvantitatiivisesti sitä tutki ensimmäisenä Svante Arrhenius 1896. Ilmiössä kasvit lähettävät auringon valoa takaisin avaruuteen, jonne se ei pääse johtuen epämetallien oksideista ja muista kaasuista, joita syntyy liikenteessä ja teollisuuden tehtaissa.”

Tuntuu, kuin artikkelin kirjoittaja ei oikein olisi selvillä siitä, mitä Svante Arrhenius tutki tai sanoi. Arrhenius oli kemisti ja hallitsi 1800-luvun kemian kiitettävästi saaden ansioistaan Nobelin palkinnon. Termodynamiikasta Arrhenius ei ollut selvillä. Hiilidioksidin roolin ilmaseoksessa hän ymmärsi yksioikoisesti. Kaasun lisääntyminen lämmittää ilmaa sen vuoksi, että infrapunasäteily, Arrheniuksen aikaan myös pimeäksi säteilyksi kutsuttu, maasta lähtiessään lämmittää hiilidioksidia ja tätä kautta koko ilmaseosta. Arrhenius osasi tutkia kaasujen spektriä ja perusteli myös spektrianalyysillä näkemyksiään.

Arrhenius arvioi, että ilmassa oleva hiilidioksidi ”imee” maasta lähtevästä koko infrapunasäteilystä 18,7 prosenttia. Tämän perusteella hän laski, että hiilidioksidimäärän puolittaminen alentaisi lämpötilaa noin 1,5-1,6 astetta ja kääntäen, lisääminen lämmittäisi saman verran. Tiedemaailma ei laskelmasta riemastunut, vaikka Arrhenius teoriallaan tarjoili selitystä myös jääkaudelle.

Mutta kun päästiin 1970-luvulle, niin Arrheniuksen tutkimukset kaivettiin esille uudelleen. Uusi, monimutkaisempi laskelma osoitti, että kasvihuoneilmiö oli olemassa ja sen vaikutus maapallon lämmittäjänä oli 33 astetta.Ilman kasvihuonekaasullista ilmakehää maanpinnan lämpötila olisi -18 Celsius-astetta. Tämä on yhä tänään keskeinen lähtöolettamus.

Ns. kasvihuonekaasut ovat vesihöyry, hiilidioksidi, metaani ja ilokaasu. Näiden yhteinen piirre on kyky ”imeä” eli absorboida matalataajuista lämpösäteilyä, joka yleisesti tunnetaan IR-säteilynä (infrapuna). Lisäksi nämä kaasut kykenevät emittoimaan eli siirtämään imemänsä energian ympäristöön. Yleensä emissiolla tarkoitetaan kaasujen säteilyä. Ja tässä on kasvihuoneilmiön ydin.

Oikea kasvihuone ja ilmiö

Kautta viime vuosikymmenten ”kasvihuonekaasujen” vaikutusta on kuvattu ja jopa perusteltu oikean lasiseinäisen kasvihuoneen avulla. Näin se menee: Aurinko paistaa ja näkyvän valon säteet läpäisevät kasvihuoneen lasin. Maa lämpenee ja siitä lähtevä säteilyenergia lämmittää kasvihuoneen ilman molekyyleineen. Kasvihuoneessa on hiostavan kuuma, koska lämmön haihduttama kosteuskin on suuri. Kasvihuone ei jäähdy, sillä lasi estää maasta ja kasvihuonekaasuista lähtevän IR-lämpösäteilyn pääsyn ulos.  Näin lämpö kiertää kasvihuoneen lasiseinien vankina.

Eräs, joka ei uskonut Arrheniuksen teoriaa oli amerikkalainen fyysikko Robert W. Wood, Baltimoren yliopiston kokeellisen fysiikan professori. Vuonna 1909 eli välittömästi Arrheniuksen laskelmien julkisuuteen tulon jälkeen Wood kehitti kokeen, jolla hän testasi IR-säteilyn toimintamekanismin kasvihuoneessa.

Kokeen keskeiset oletukset olivat seuraavat:

  • Auringon näkyvä valosäteily lämmittää maan pinnan sekä kasvihuoneen sisällä, että sen ulkopuolella.
  • Maa säteilee saamansa lämmön IR-säteilynä takaisin.
  • Kasvihuoneen lasiseinät estävät lämpösäteilyn pääsyn ulos huoneesta. Näin ollen maan säteilemä lämpö ei pääse ulos, vaan jää kasvihuoneen ilmaan sitä lämmittäen.
  • Ilmakehässä tapahtuu periaatteessa samoin. Siellä kasvihuonekaasut (IR-kaasut) toimivat lasin tavoin, estävät säteilyn pääsyn avaruuteen ja lämmittävät edelleen maan pintaa, säteilynsä avulla.

Koejärjestelyyn kuului kaksi sisältä mustaa, saman kokoista laatikkoa, jotka varustettiin lämpömittarilla. Rasiat tiivistettiin ilmanpitäviksi. Toinen laatikko katettiin lasilla, toisen katteeksi asennettiin saman paksuinen laatta vuorisuolaa (NaCl). Ajatus kulki näin:

  • Lasi päästää auringon valon lävitse laatikkoon, mutta estää IR-säteilyn ulos laatikosta. IR-suodatuksen tehokkuus riippuu lasin laadusta ja paksuudesta.
  • Vuorisuolalaatta päästää sekä auringon valon että IR-säteilyn lävitseen.

Koelaatikot nostettiin aurinkoon. Arrheniuksen teorian tai hypoteesin nojalla odotus oli seuraava:

  • Lasilla katettu laatikko lämpenee voimakkaasti, koska IR-säteilyn pääsy ulos estyy.
  • Suolakattoisen laatikon lämpötila nousee vähemmän, koska IR-säteily pääsee katon kautta ulos ja jäähdyttää laatikon ilmaa.

Teoria ei toiminut. Molemmat laatikot lämpenivät voimakkaasti, mutta suolakattoinen enemmän, kuin lasilla katettu. Sen lämpötila nousi 65 Celsius-asteeseen.

Koe uusittiin siten, että molempien laatikoitten päälle asennettiin lisäksi uusi, saman paksuinen lasilevy. Lämpötilat muodostuivat tämän jälkeen seuraaviksi: Kokonaan lasilla katetun laatikon lämpötila nousi 55 asteeseen, jääden kymmenen astetta ensimmäistä koetta alhaisemmaksi. Suolakattoisen laatikon lämpötila jäi nyt hivenen alle lasikattoisen laatikon.

Miksi tapahtui näin? Ensimmäisessä kokeessa ei osattu ajatella, että auringon säteilyssä on näkyvän valon lisäksi mukana myös UV- ja IR-säteilyä. Lasikattoiseen laatikkoon ei siis päässyt yhtä paljon energiaa kuin suolakattoiseen. Lasi leikkasi IR-säteilyn pois ja päästi vain näkyvän spektrin säteilyn sisään. Suolakattoinen laatikko sai suuremman säteilyannoksen ja lämpeni enemmän.

Olennainen tulos oli, että toisenkaan lasin avulla luotu tehokkaampi IR-sulku ei kohottanut laatikoiden lämpötilaa. Tämä tarkoittaa, että IR-säteilyn merkitys maanpinnan ja ilman lämmittäjänä oli olennaisesti ajateltua vähäisempi.

Kasvihuoneen ilman lämmitti suoralla kontaktillaan maan pinta, josta lämpö johtui ilmaan. Myös kasvihuoneen maapinnan jäähdyttäjänä IR-säteilyn osuus oli mitätön.

Kasvihuone lämpenee, koska sieltä ei pääse ulos lämmintä ilmaa eikä sen sisään ulkopuolelta viileämpää ilmaa. Infrapunasäteilyn vaikutus kasvihuoneen ilman hiilidioksidiin ja vesihöyryyn on kasvihuoneen lämpötaloudessa olematon. Oikean kasvihuoneen lämpötalous ei ole riippuvainen IR-säteilyn ja ”kasvihuonekaasujen” vuorovaikutuksesta.

Jos kokeen keskeisen tuloksen yleistää käsittämään maan pinnan ja ilmaseoksen vuorovaikutusta, se tarkoittaa, että hiilidioksidilla ei ole roolia ilman lämpenemisessä. Ilma lämpenee vain siinä mitassa, kuin maatasolla lämpöä riittää. Ja tämä riippuu siitä, miten suuri määrä auringon sähkömagneettista säteilyä pääsee maan pinnalle, vesiin ja muihin maanpiirin aineellisiin kohteisiin.

Hiilidioksidi ilmassa voi lämmetä vain sen säteilyannoksen voimalla, jonka maan pinta lähettää IR-säteilynä. Hiilidioksidi ei omaa ylimääräistä lämpöä sen paremmin ilmaseoksen, kuin maan pinnankaan lämmittämiseen.

Paradoksaalisesti asia on päinvastoin: Hiilidioksidi osallistuu kylläkin ilmaseoksen eli ilmakehän jäähdyttämiseen yhdessä vesihöyryn kanssa. Mutta tässäkin CO2:n osuus on vähäinen verrattuna vesihöyryyn. Tästä myöhemmin enemmän.

Kasvihuoneteoria ei toimi kasvihuoneessa. Woodin koe on toistettu nykyisillä materiaaleilla kuitenkin koejärjestelyn idea säilyttäen. Protokolla löytyy täältä.

Robert Woodilla on arvostettuna tutkijana melkoinen lista referenssejä. Eräs hakuteos osasi kertoa, että fyysikon työn lomassa Wood kirjoitti myös runoja. Sen sijaan kyseinen hakuteos ei tiennyt, että Wood kokeellaan pudotti pohjan pois kasvihuoneteorialta ennenkuin se kunnolla oli päässyt edes syntymään.