Opgave 11: Feedbackmekanismer

Istiderne og bratte klimaændringer er ifølge Milankovitch teorien forårsaget af ændringer i solindstrålingen på grund af ændringer i Jordens baneforhold. Disse ændringer i solindstrålingen er dog forholdsvis små og kan ikke alene forklare de store temperaturudsving, der er sket. Men der er forskellige feedback–mekanismer, der forstærker temperaturudsvingene. Denne opgave handler om tre af dem, is–albedo–feedback, CO₂–feedback og CH₄ –feedback.

Is–albedo–feedback

1. Forklar, hvad man forstår ved albedo.
2. I tabellen er der eksempler på albedo for stråling i det synlige område

Overflader med albedo under 0,03 opfattes som sorte, mens overflader med albedo over 0,8 opfattes som hvide
Beskriv, hvad der sker med energien i solstrålingen, når sollyset rammer hhv. en sne– eller isdækket overflade og en havoverflade.

3. Forklar, hvorfor en begyndende afsmeltning af en isdækket havoverflade forstærkes af is–albedo mekanismen.

Kilde: NASA

4. På figuren er indtegnet isranden i det arktiske område i tre forskellige år, alle i september. Forklar, hvilken rolle is–albedo feedback–mekanismen kan have i disse ændringer.

Is–albedo mekanismen er forholdsvis hurtig og virker på kort sigt, da der kun skal opvarmes overfladevand og luft.

CO₂–feedback

Hvis der er CO₂ i luften over en vandoverflade, vil CO₂ opløses i vandet, idet der indstiller sig nogle ligevægte:

CO₂(g) ↔ CO₂(aq)

CO₂(aq) + H₂O(l) ↔ H₂CO₃(aq)

Den øverste ligevægt er "flaskehalsen", altså den der tager længst tid at indstille sig. Den nederste ligevægt er forskudt langt mod venstre, idet kun ca. 0,17% er blevet til H₂CO₃ (kulsyre).

1. Forklar, hvorfor det bruser, når man åbner en flaske danskvand.
2. CO₂ i atmosfæren øger drivhuseffekten, som giver højere temperatur. Forklar, hvordan drivhuseffekten virker.

Opløseligheden af CO₂ i vand (altså hvor langt den først ligevægt er forskudt mod højre) afhænger af temperaturen. Dette fremgår af tabellen.

Opløselighed af CO₂ i en atmosfære af ren CO₂

Tallene for opløseligheden gælder for en atmosfære af ren CO₂. Da CO₂ kun udgør en lille del af atmosfæren er opløselighederne naturligvis tilsvarende mindre, men der gælder stadig, at opløseligheden falder med stigende temperatur.

3. Hvis temperaturen begynder at stige, fx på grund af øget solindstråling, afgives der mere CO₂ til atmosfæren, da opløseligheden falder. Forklar, hvordan dette kan forstærke temperaturstigningen, altså hvordan CO₂–feedback mekanismen virker.
4. Feedbackmekanismen vil også forstærke et begyndende temperaturfald. Forklar, hvad der sker i dette tilfælde.

Udvekslingen af CO₂ mellem atmosfære og overfladevand er forholdsvis hurtig. Men opblandingen med vand på store havdybder tager meget lang tid, så varigheden af de globale temperaturstigninger, der sker ved fx en istids ophør er af størrelsesordenen 5.000 år, se evt. opgave 7.

Temperaturen i Grønland kan stige betydelig hurtigere, men det afspejler mest regionale forhold, fordi ændringer i Nordatlantens hav– og luftstrømninger påvirker temperaturen i Grønlands meget voldsomt, mens Antarktis er omgivet af ret konstante hav– og luftstrømninger. Temperaturen i Antarktis afspejler derfor det globale klima bedre end den grønlandske temperatur.

CH₄–feedback

Som det omtales i temaheftet side 20, ændrer CH₄–koncentrationen i atmosfæren sig på samme måde som temperaturen og CO₂–koncentrationen i løbet af istiderne. Så ved temperaturstigninger frigives der også CH₄ til atmosfæren, og da CH₄ er en drivhusgas, vil der også her være en feedbackmekanisme. Spørgsmålet er, hvor denne CH₄ kommer fra.

1. I opgaven Naturlige kilder til CO₂ og CH₄ antydes der nogle kilder til CH₄. Forklar, hvordan CH₄ produktionen fra nogle af disse kan stige, når temperaturen stiger.
2. De biologiske kilder til CH₄ burde medføre en konstant stigende mængde i atmosfæren. Begrund, ud fra oplysningerne i ovennævnte opgave, hvorfor der på kort tid indstiller sig et nogenlunde konstant niveau.
3. Det vides, at der i permafrostområder findes store mængder CH₄ oplagret. Foreslå, hvordan det kan tænkes dannet og hvilken betydning det vil have, hvis temperaturen stiger.

Når det bliver varmere i Arktis smelter permafrosten. Methan frigives herved til atmosfæren, og det accelererer den globale opvarmning.

Methanet findes i forbindelse med iskrystaller, såkaldt methanhydrat, hvor methanet indlejres i iskrystallerne. Der kan være op til ét methanmolekyle for hver 6 vandmolekyler. I iskernerne findes methanet som methanhydrat.