Naturlige klimaændringer

Eigil Friis-Christensen, geofysiker, tidl. direktør, DTU Space

Af Eigil Friis-Christensen

Da jeg blev spurgt, om jeg ville skrive et indlæg til månedens klumme på Klimadebat.dk om den seneste forskning vedrørende naturlige klimaændringer — herunder sammenhængen mellem Solens aktivitet og Jordens klima — var det ikke umiddelbart med den største entusiasme, at jeg påtog mig opgaven. Ikke fordi det ikke er relevant i dag, 25 år efter at jeg skrev min første videnskabelige artikel om emnet i tidsskriftet Science. Men snarere fordi klimadebatten i dag er mere præget af politik end af fysik. Med en baggrund som rumforsker og uddannelse som fysiker på Københavns Universitet påvirket af den navnkundige lektor Jens Martin Knudsen og hans begejstring for naturlovene og af Feynmans inspirerende lærebøger har det været forstemmende at være vidne til den måde, klimadiskussionen føres på, måske mest tydeligt illustreret af de lækkede e-mails (den såkaldte Climategate) forud for klimatopmødet i København. Men på den anden side er det jo også indlysende, at forskningen uden emnets politiske betydning kun ville være relevant for en lille kreds af videnskabsfolk.

Klimaet er resultatet af det mest komplekse fysiske system på Jorden, måske bortset fra de elektriske strømme i Jordens flydende kerne, som skaber planetens varierende magnetfelt. Begge systemer er så komplekse, at numeriske modeller er den eneste vej til at beskrive den tidslige udvikling, og observationer den eneste måde at verificere resultaterne på. Det er derfor oplagt at anvende nogle af Feynmans generelle læresætninger på klimaforskningen. Specielt den sætning, der siger, at hvis en fysisk teori ikke kan forudsige resultatet af et eksperiment, så er teorien forkert eller i bedste fald ufuldstændig. I 1992 deltog jeg som medlem af den danske delegation i et møde i FN’s klimapanel i Guangzhou, Kina. Her fremsatte den danske delegation et resolutionsforslag om øget støtte til forskning vedrørende virkningen på klimaet af Solens varierende aktivitet. Resolutionsforslaget blev nedstemt baseret på den argumentation, at virkningen af solens varierende aktivitet (i form af ændringer i solens lysstyrke) var kendt og allerede indgik i klimamodellerne. Men siden da har alle klimapanelets fremlagte prognoser for udviklingen af den globale temperatur uden undtagelse overvurderet den observerede temperaturstigning. Det burde mane til eftertanke og overvejelser om, at der kunne være alvorlige mangler vedrørende de fysiske mekanismer, der anvendes i de numeriske modeller.

Men desværre er fysikken tilbøjelig til fuldstændigt at drukne i den politisk definerede pengestrøm, der også er med til at gøde den polariserede debat mellem de to klimapolitiske fløje, alarmisterne og skeptikerne. At et daværende folketingsmedlem engang med slet skjult reference til et andet ubehageligt begreb benyttede ordet “klimabenægter” om mig og mine kolleger, fordi vi åbenbart ikke ville acceptere, at klimaet er under forandring, er jo blot ironisk, idet min egen forskning på dette område netop er baseret på, at klimaet varierer og altid har gjort det, bl.a. som følge af Jordens bane omkring Solen og ændringer i selve Solens udstråling.

Hovedparten af klimaforskningen og bevillingerne hertil har i dag til formål at forstå de menneskeskabte drivhusgassers virkning på klimaet. Dette er et politisk valg i overensstemmelse med anbefalingerne i FN’s klimapanel. En langt mindre indsats gøres for at forstå de naturlige ændringer i Jordens klima. Men dette er ikke nødvendigvis den rigtige prioritering. Forståelse af de (store) naturlige ændringer i det globale klima er nemlig helt nødvendig for at forstå og dermed beregne virkningen af udledningen af drivhusgasser, især CO2. I dag forstår vi end ikke nogle af de allerstørste klimaændringer, som vi har set i Jordens historie i form af istiderne. Vi anerkender variationerne i Jordens bane omkring Solen som årsag, men vi mangler en fysisk forklaring på, at det er excentriciteten i jordbanen (den varierende afstand til Solen), der tilsyneladende er årsag til de største istiders opståen og forsvinden. Ifølge Milankovitchs teori skulle jordbanens præcession (der bestemmer fordelingen af solens indstråling på den nordlige og sydlige halvkugle) give et langt større bidrag til variationerne i solindstrålingen på 65 grader nord, der er afgørende for, om sommeren er varm nok til at smelte den sne, der er faldet i løbet af vinteren. Denne mangel i Milankovitch-teorien kaldes “the 100,000-year problem”. Tilsvarende eksisterer der heller ikke nogen accepteret model, som forklarer de såkaldte “Dansgaard-Oeschger-begivenheder”, som er meget hurtige klimaskift, der optræder med typisk 1500 års mellemrum. Disse ses tydeligt i iskernerne fra den sidste istid i Grønland. Og hvis vi går til dagens klima, er der ingen model, som kan forklare vejrfænomenet El Niño, som er årsagen til de største globale variationer i atmosfærens cirkulation. Jo, når udviklingen af El Niño først er påbegyndt, kan man modellere dens forløb, men ingen har indtil videre kunnet forklare, hvorfor den altid starter på et bestemt tidspunkt i året og har sit maksimum, når det er vinter på den nordlige halvkugle. Dette blot for at nævne nogle af de svingninger i Jordens klima, som ikke er forklaret, både i atmosfæren over Stillehavet og over Atlanterhavet. Men der er flere endnu.

Min egen artikel fra 1991 var baseret på temperatur- og solpletmålinger fra 1850 til 1986 og viste en meget høj korrelation mellem disse. Men i de efterfølgende 10 år fortsatte den globale temperatur med at stige, mens solaktiviteten faldt. Derfor konstaterede vi også i en artikel fra 2000, at det var nødvendigt at involvere andre fysiske mekanismer, herunder muligvis også den menneskeskabte drivhusvirkning, for at forklare stigningen i temperaturen. Det havde vi heller ikke udelukket i den første artikel, men det blev naturligvis straks brugt til at påstå, at enhver årsagssammenhæng dermed var modbevist. Da den globale temperatur efter 1998 holdt op med at stige, bortset fra temperaturstigningen forårsaget af den nylige El Niño, blev dette naturligvis af nogle fra den anden side i debatten udlagt som bevis på, at stigningen i atmosfærens CO2-indhold er uden betydning for den globale temperatur. Begge disse reaktioner hviler på den grundlæggende fejlagtige opfattelse, at der er en lineær sammenhæng mellem den globale temperatur og de parametre, der beskriver kilderne til de forskellige fysiske processer i klimasystemet. Men ligesom tilstedeværelse af korrelation ikke er ensbetydende med en årsagssammenhæng, så er bortfaldet af korrelation i en periode heller ikke ensbetydende med det modsatte. I begge tilfælde kan man kun udtale sig fagligt herom, når man har en fysisk teori, der kan testes (falsificeres).

Korrelationer kan derfor ikke i sig selv bruges til at forklare de observerede klimavariationer. Men for fysikeren er en korrelation, som ikke umiddelbart kan afvises som rent tilfældig, en inspiration til at finde mulige fysiske forklaringer.

Det midlertidige bortfald af korrelationen mellem den globale temperatur og solaktivitet hhv. CO2 har haft den for debatten gavnlige virkning, at det illustrerer kompleksiteten af klimaet og begrænsningerne i de klimamodeller, der anvendes. Det er efterhånden også erkendt, at en stor ubekendt faktor i forståelsen af klimavariationerne ligger i oceanerne, simpelthen fordi varmekapaciteten her er så enorm. Både oceanmodellerne og i særdeleshed målingerne af temperaturen i oceanerne, er stadig meget mangelfulde. Det er også påfaldende, at usikkerheden i beregningen af fremtidens klima i dag stort set er lige så stor som for 25 år siden, på trods af store fremskridt i både observationer, beregningsmetoder og computerkraft.

Efter min mening antyder det kraftigt, at der mangler noget i den fysik, som klimamodellerne er baseret på. Noget af den fysik, som stadig er dårligt forstået, men som betyder meget for strålingsbalancen, er relateret til skyerne og skydannelsen. Det er skyernes højde og fordeling, som bestemmer hvor stor en del af solindstrålingen, der rent faktisk rammer Jordens overflade og dermed bidrager til opvarmningen.

Inspireret af den tydelige korrelation mellem Solens aktivitet og den globale temperatur fik min kollega Henrik Svensmark for tyve år siden den idé, at en øget tilstedeværelse af ioner i atmosfæren kunne påvirke skydannelsen og dermed populært sagt “skrue op og ned” for Solen. Atmosfærens ionisering skyldes bl.a. høj-energetiske elektrisk ladede partikler fra rummet, den såkaldte kosmiske stråling. Teorien er understøttet af observationer af skyernes mængde og højde i forhold til den kosmiske stråling, som er reduceret, når solens magnetfelt er stærkt. Dette ses i den 11-årige solpletperiode, men også under meget kraftige soludbrud, typisk af ca. 10 dages varighed, kan man observere en virkning på skyerne. Laboratorieforsøg i skykamre både på DTU og ved CERN har vist, at øget tilstedeværelse af ioner har en effekt på udviklingen af aerosoler, der er nødvendige for at danne de kondensationskerner, som er en forudsætning for, at skyer kan dannes. Teorien er, efter at den blev fremsat for næsten 20 år siden, blevet mere og mere accepteret som den mest sandsynlige forklaring på de mange observationer gennem Jordens historie, som tyder på, at Solens varierende aktivitet påvirker vores klima. Men stadig mangler der en præcis forståelse af alle de mange led i den fysiske mekanisme, som er årsagen til ionernes virkning på dannelsen af kondensationskerner. Det er blandt andet usikkert, i hvor høj grad forskellige organiske molekyler spiller ind i processen, ligesom det er vanskeligt i laboratorieforsøg på en realistisk måde at simulere den rigtige atmosfære, som jo har en i princippet ubegrænset udstrækning.

I den klimapolitiske debat er videnskaben for længst blevet ”settled”, men for fysikerne er der talrige uløste spørgsmål tilbage, som stadig kan rykke rundt på vores forståelse. Den amerikanske forfatter Mark Twain har en glimrende formulering, der passer som kommentar til den situation, vi i dag står i: “It ain’t what you don’t know that gets you into trouble. It’s what you know for sure that just ain’t so”.