Kjølende kurve

Keeling-kurven med de målte verdiene for atmosfærisk innhold av karbondioksid i jordens atmosfære ved Hawaii Mauna Loa siden 1958

Den Keeling kurve er den grafisk representasjon av den midlere globale konsentrasjonsprofil av den sporgass karbondioksyd (CO 2 ) i jordens atmosfære siden 1958. Det er oppkalt etter Charles David Keeling av Scripps Institution of Oceanography . Dette var i stand til å vise for første gang at konsentrasjonen av klimagass øker på grunn av endringer i arealbruk og forbrenning av fossilt brensel . Kurven viser et karakteristisk, svingende løpet av året, som gjenspeiler vegetasjonssyklusen på den nordlige halvkule . På den (nordlige) våren og sommeren dominerer opptaket av CO 2 av planter , noe som gjenspeiles i en reduksjon i konsentrasjonen som er forsinket avhengig av målingen. Om høsten og vinteren avgir vegetasjonen netto CO 2 , noe som fører til en økning i konsentrasjonen.

Keeling-kurven inntar en spesiell posisjon i historien om forskning i klimaendringer , da den ble ansett som et viktig bevis på menneskelig forårsaket global oppvarming , som da bare ble formulert som en hypotese . Betydelige vitenskapelige funn kunne oppnås fra måledataene og kurvens forløp. I 2015 ble hun hedret av American Chemical Society med betegnelsen av et nasjonalt historisk kjemisk landemerke .

I 2005 anerkjente fysikeren og miljøforskeren Charles Kennel Keelings vitenskapelige prestasjoner med ordene:

”Charles David Keelings metrologiske bevis på globale økninger i atmosfærisk karbondioksidnivå har vært utgangspunktet for dagens store bekymringer for global oppvarming. Det er det viktigste miljødatasettet i det 20. århundre. "

forhistorie

Både Guy Stewart Callendar (1938) og Gilbert Plass (1956) bruker nye, mer presise beregninger for å støtte teorien om global oppvarming som først ble formulert av Svante Arrhenius i 1895 på grunn av en økning i atmosfærisk CO 2 -konsentrasjon som følge av forbrenning av fossilt brensel . Imidlertid var det ingen bevis for en økning i konsentrasjonen, og den andelen karbondioksid som var igjen i atmosfæren var heller ikke kjent på den tiden. Måten og hastigheten hvormed havvann blandes var også ukjent.

Det har blitt forsøkt å bestemme det atmosfæriske karbondioksidinnholdet siden 1800-tallet, men resultatene varierte så vidt at flertallet av forskerne antok at en nøyaktig måling ikke var mulig. I 1954 forsøkte en forskningsgruppe ledet av Stig Fonselius å bestemme den atmosfæriske CO 2 -konsentrasjonen ved hjelp av 16 målestasjoner installert i Skandinavia . Prosjektet ble imidlertid snart forlatt, da måleresultatene var forskjellige så vidt at ingen systematikk overhodet kunne identifiseres. Mange forskere antok derfor at CO 2 -konsentrasjonen varierte veldig fra sted til sted, at det ikke eksisterte en " bakgrunnskonsentrasjon " og at alle gassmengder som mennesker slipper ut ved forbrenning, ville bli absorbert av verdenshavene .

Den daværende sjefen for Scripps Institute, Roger Revelle , var ekspert på havkjemi. Han visste heller ikke hvor raskt og i hvilken mengde ytterligere atmosfærisk CO 2 introdusert av mennesker ville bli oppløst i havet. På 1950-tallet ble Revelle klar over forskningsresultatene til Hans E. Suess . Han prøvde å forbedre nøyaktigheten av datering av radiokarbon , og i 1955 oppdaget Suess-effekten oppkalt etter ham . Suess-effekten kunne bare forklares med det faktum at karbondioksid, som kom fra forbrenning av fossile brensler, akkumuleres i atmosfæren. Revelle så i evalueringen av atomvåpeneffekten en mulighet til å bestemme andelen karbondioksid som ble tatt opp av havene for på denne måten å bestemme en mulig økning i konsentrasjonen av klimagassen . I tillegg ønsket han å få ny kunnskap om blanding av havene; de to jobbet sammen fra da av. Etter å ha evaluert 14 C-målingene, beregnet Revelle at bare 20% av karbondioksidet som slippes ut i atmosfæren oppløses i havet. En økning i konsentrasjonen i atmosfæren bør derfor kunne påvises ved måling.

Som doktorgradsstudent utviklet og perfeksjonerte Charles Keeling måleopplegg fra 1953 som han undersøkte CO 2- likevektskonsentrasjonen mellom atmosfære, kalkstein og overflatevann . Han utførte de første målingene ved hjelp av fly, værballonger og skip. I Pasadena la han merke til de regionalt sterkt svingende gasskonsentrasjonene; I et skogsområde i Big Sur viste den atmosfæriske CO 2 -konsentrasjonen sterke svingninger i løpet av dagen . Luften inneholdt alltid mer CO 2 om natten enn om dagen, men alltid rundt 310 ppm om ettermiddagen  .

I motsetning til gruppen rundt Fonselius, postulerte Keeling på grunnlag av dataene han hadde innhentet at den atmosfæriske CO 2 -konsentrasjonen måtte være stort sett konstant langt borte fra forstyrrende kilder og vasker. I 1956 foreslo han et globalt måleprogram til Harry Wexler av den amerikanske Weather Bureau (i dag: National Weather Service ) og Roger Revelle av Scripps Institution of Oceanography . Siden Revelle og Suess også var interessert i nøyaktige CO 2 -målinger, søkte Scripps Institute til slutt med suksess for det internasjonale geofysiske året 1957/58 med det store måleprogrammet, og Keeling ble betrodd ledelsen av prosjektet.

Nyere utvikling

I tillegg til stasjonen på Hawaii, som fortsatt er aktiv i dag, driver Scripps Institute andre fasiliteter, inkludert i Alert (Nunavut) og Barrow (Alaska) , også ved Trinidad Head Observatory i California , på øya Tutuila ( Amerikansk Samoa ) og på Sydpolen ; den NOAA tar over 60 stasjoner to ganger i uken prøver. Siden 2009 har den regionale fordelingen av klimagasskonsentrasjoner også blitt registrert fra verdensrommet med GOSAT- satellitten .

Overvåkingen av måleserien på Hawaii, som ble startet av Charles Keeling, som døde i 2005, ble overtatt av sønnen Ralph F. Keeling, som også er professor i oseanografi og som utvidet måleserien til å omfatte atmosfærisk oksygeninnhold.

Målingene

Mauna Loa-observatoriet

Med den ekstra økonomiske støtten klarte Keeling å anskaffe fire gassanalysatorer , og i 1958 satte han opp den første målestasjonen på vulkanen Mauna Loa på Hawaii . Der begynte han i mars 1958 med systematiske målinger av klimagassen karbondioksid. Han plasserte de andre tre gassanalysatorene i Antarktis , i California og i laboratoriet sitt. Med sistnevnte enhet vurderte han prøver samlet på forskjellige steder. B. ble oppnådd ved hjelp av fly. Den første målte verdien som ble brukt for den senere kjølningskurven var 313  ppm CO 2 .

I 1948 av Kurt Buch (1881-1967) publiserte målinger i henhold til typiske konsentrasjoner av klimagassen mellom 150-230 ppm (Arktis) og 319-349 ppm (tropene). Verdiene publisert av Keeling for første gang i 1962 var mye mer presise. Han ga et område mellom 313 og 325 ppm for Arktis og et område på 317–321 ppm for det ekvatoriale Stillehavet. Tidligere målinger var basert på våte kjemiske metoder , mens Keeling brukte en mer presis måling av ikke-dispersiv infrarød sensor og eliminerte den forstyrrende innflytelsen av å endre fuktighet. Den usikkerhet var hans fremgangsmåte Keeling i 1960 med ± 0,3 ppm, som han var i stand til ytterligere å redusere ppm ved et senere mulig rekalibrering til ± 0,1.

Forstyrrelser i måleresultatene

I motsetning til det nylig mislykkede prosjektet i Skandinavia, ble Keeling målestasjoner plassert langt borte fra forstyrrende karbondioksidkilder. Målestasjonen på Mauna Loa ble satt opp i stor høyde på vindsiden. Målestasjonen i Antarktis var også langt borte fra CO 2 kilder og vasker. Til tross for dette ble karbondioksydkonsentrasjonene som ble bestemt på alle måleplasser noen ganger falsifisert av urenheter. På sørpolen ble den for eksempel en gang forårsaket av en forbrenningsmotor som gikk i nærheten av målestasjonen. På Mauna Loa var disse utgassende fra vulkanen, som i sjeldne tilfeller kunne komme til målestasjonen. Forstyrrelsene var alltid tydelig gjenkjennelige i opptakene, fordi de bare hadde kort varighet og høy amplitude , slik at disse målte verdiene lett kunne gjenkjennes og kastes.

Resultater og innvirkning

Keelings målinger la grunnlaget for ytterligere måleserier av andre atmosfæriske gasser. Forskere ble stimulert av Keelings suksesser for å bestemme konsentrasjonskurvene for klimagassene metan og lystgass og målinger av ozonkonsentrasjonen ble initiert. Likevel ble måleprogrammet gjentatte ganger truet, og de kontinuerlige målingene skulle avbrytes flere ganger, da det ble hevdet at tilfeldige målinger ville vise de samme resultatene som kontinuerlige målinger.

Tidlige resultater

Økning i CO 2 og spektra av endringer i konsentrasjon; den Fourier-analyse åpenbarer en markant årlige syklus (første og andre kurven fra toppen); hvis du glatter denne årlige syklusen, kan du se en kontinuerlig økning (3. og 4. kurve fra toppen); Kurve 5: måledataene

I løpet av de første månedene av målingene tvilte Keeling på om hans teori om bakgrunnskonsentrasjon kunne være riktig, ettersom verdiene steg i noen måneder og deretter falt. Men siden han ikke gi opp og la målingene gå over flere år, var han i stand til å vise at svingningene hatt en årlig periode, som han tilskrives sesongmessig endring vekstperiode på vegetasjon . På den nordlige halvkule , med sitt større landområde, er det betydelig flere planter enn på den sørlige halvkule . I løpet av den nordlige våren er det derfor bundet mer CO 2 fra atmosfæren enn den nordlige høsten, når den sterkeste veksten skjer sør for ekvator .

Etter noen år var det tydelig at de målte verdiene også økte fra år til år. Med dette var Keeling i stand til å bevise med måleteknologi at den atmosfæriske karbondioksidkonsentrasjonen øker fra år til år og dermed støtte Svante Arrhenius 'teori om mulig menneskeskapt global oppvarming. Den målte økningen i konsentrasjon tilsvarte nesten nøyaktig verdien som forventes av forbrenning av fossilt brensel.

Keeling serie av målinger tatt med bestemmelsen av isotopforhold av 13 C / 12 C . Gjennom isotopstudier klarte han å bevise innflytelsen av landplanter på løpet av karbondioksidkonsentrasjon, fordi landplanter foretrekker å absorbere lysere 12 C. Forholdet var lavere om natten enn om dagen og viste et lignende mønster gjennom året. Han publiserte disse resultatene allerede i 1960 i magasinet Tellus.

Resultater fra den langsiktige analysen av måleserien

CO 2 -strøm i biosfæren 23. desember 2006; endringene i konsentrasjon avhengig av tid på dagen er fargekodet (kilde: NOAA Carbon tracker).

Siden Keeling klarte å opprettholde kontinuiteten i målingene, var det mulig å analysere kurvene over flere år og tiår.

På midten av 1970-tallet var nøyaktigheten av måleserien høy nok til å bestemme andelen menneskeskapte CO 2 -utslipp som forblir i atmosfæren og ikke absorberes av verdenshavene: verdien er 57%. Dette forholdet er beskrevet av Revelle-faktoren .

Ved å nøyaktig bestemme stigning og fallpunkt for kurvene på midten av 1990-tallet, var det klart at våren - på grunn av global oppvarming - begynte på den nordlige halvkule rundt en uke tidligere enn i begynnelsen av måleserien.

Gjennom langsiktig observasjon av konsentrasjonsforløpet til atmosfærisk 13 CO 2 og molekylært oksygen , kunne forbrenningen av fossile brensler uten tvil identifiseres som hovedkilden for den observerte sterke økningen i konsentrasjonen av klimagassen karbondioksid.

Sammenligningen mellom ekvatoriale CO 2 -konsentrasjoner og dataene oppnådd i arktiske breddegrader viste sesongmessig innflytelse fra vekstperioden: Mens kurvenes årlige forløp nær ekvator bare er ca. 3 ppm, er den i arktiske breddegrader 20 ppm. Den årlige amplituden til denne svingningen har også økt med 20% (Hawaii) og 40% (Arktis region) på midten av 1990-tallet sammenlignet med kurvene oppnådd på 1960-tallet. Keeling mistenkte at dette skyldtes økt assimilering av landplantene, som reagerer på økt CO 2 -tilførsel og økte temperaturer med økt vekst.

Sjøvannets CO 2 -absorpsjonskapasitet svinger avhengig av havoverflatetemperaturen ; den Henrys konstant er sterkt temperaturavhengig, og for karbondioksyd; Kaldt vann kan løse sporgassen godt, men den er bare lite oppløselig i varmt vann. El Niño og La Niña påvirker Stillehavets overflatetemperatur over et stort område. År med lavt CO 2 -opptak av havene kunne dermed være korrelert med El Niño-hendelser.

Klassifisering av resultatene

Forløp av den atmosfæriske karbondioksidkonsentrasjonen de siste 420.000 årene, rekonstruert fra klimaarkivet til Vostok- iskjernen

Med unntak av ett avbrudd i 1964, er dataene fra Mauna Loa til i dag i en uavbrutt serie. På den tiden måtte målingen avbrytes på grunn av en enhetsfeil som ikke kunne repareres med kort varsel.

I løpet av de siste 800 000 årene har konsentrasjonen av karbondioksid i jordens atmosfære aldri oversteg 300 ppm. I 750 år mellom 1000 og 1750 e.Kr. var CO 2 -innholdet i jordens atmosfære mellom 275 og 285 ppm. Mens CO 2 -innholdet i jordens atmosfære var rundt 310 ppm på begynnelsen av 1950-tallet, steg det til 400 ppm for første gang våren 2013 på målestasjonen på Mauna Loa. En ny høyde på 415,26 ppm ble nådd 11. mai 2019.

Mellom 1770 og 1970, over 200 år, ble det observert en økning på 50 ppm, dvs. det vil si at den årlige økningstakten var 0,25 ppm. På bare 30 år til var det en ytterligere økning på 50 ppm: på 1960-tallet var den årlige økningen rundt 0,8 ppm, på 1980-tallet var verdien allerede dobbelt så høy med 1,6 ppm per år. På 1990-tallet var den ganske konstant på rundt 1,5 ppm per år, steg til rundt 2 ppm per år på 2000-tallet og var rundt 2,4 ppm per år på 2010-tallet.

I 2018 var økningen i CO 2 -konsentrasjon på 2,87 ppm den fjerde høyeste noensinne målt på et år siden nøyaktige registreringer eksisterte. I mai 2020 var karbondioksydkonsentrasjonen 417,2 ppm og dermed 2,4 ppm over året før. Økningen var litt lavere enn i samme periode året før, noe som sannsynligvis er relatert til de litt lavere karbondioksidutslippene som følge av COVID-19-pandemien .

weblenker

Commons : Keeling Curves  - samling av bilder, videoer og lydfiler

Individuelle bevis

  1. ^ Scripps Institution of Oceanography (red.): American Chemical Society Honors Keeling Curve og NOAA Observatory. Pressemelding 24. april 2015, tilgjengelig 23. februar 2020
  2. ↑ NASA Earth Observatory: Dagens bilde: Kjølingskurven (vil ikke lenger oppdateres)
  3. Call GS Callendar: Den kunstige produksjonen av karbondioksid og dens innflytelse på temperaturen . I: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society . teip 64 , nei. 275 , 1. april 1938, s. 223-240 , doi : 10.1002 / qj.49706427503 .
  4. ↑ Dr. Max Pettenkofer : Om en metode for å bestemme karbondioksid i atmosfærisk luft . I: Journal für Praktische Chemie , 1862, 85, s. 165-184.
  5. ↑ MJ Travel: Recherches sur la proportion de l'acide carbonique dans l'air i Comptes Rendus 90, 1144-1150 (1880)
  6. ↑ Stig Fonselius, Folke Koroleff og Kurt Buch: Microdetermination of CO2 in the Air, with Current Data for Scandinavia. I: Tellus . teip 7 , nei. 2 , mai 1955, s. 258–265 , doi : 10.1111 / j.2153-3490.1955.tb01160.x ( tellusa.net [PDF]). og S. Fonselius, F. Koroleff og Karl-Erik Wärme: Karbondioksidvariasjoner i atmosfæren . I: Tellus . teip 8 , nei 2 , mai 1956, s. 176-183 , doi : 10.1111 / j.2153-3490.1956.tb01208.x ( tellusa.net [PDF]).
  7. ^ Penger for Keeling. American Institute of Physics
  8. ↑ a b c d Discovery of Global Warming: Roger Revelles Discovery . American Institute of Physics
  9. ↑ a b c d Scripps CO 2 Program: The Early Keeling Curve.
  10. ↑ Målestasjoner fra Scripps Institute
  11. ↑ Sporing av globalt karbon - Atmosfæriske forskere overvåker globalt karbon ( Memento fra 21. mars 2011 i Internett-arkivet )
  12. ↑ Japan lanserer satellitt for å overvåke klimagasser. Reuters.com, 23. januar 2009; åpnet 23. februar 2020.
  13. Ri Scripps CO 2 -program - Målinger av karbondioksid. Scripps Institute of Oceanography, åpnet 23. februar 2020 .
  14. ↑ a b c d Charles D. Keeling: Konsentrasjonen og isotopiske overflod av karbondioksid i atmosfæren . I: Tellus . teip 12 , nei. 2 , 1960, s. 200–203 , doi : 10.1111 / j.2153-3490.1960.tb01300.x ( scrippsco2.ucsd.edu [PDF]). scrippsco2.ucsd.edu ( Memento av den opprinnelige fra 04.03.2016 i Internet Archive , PDF) Omtale: The arkivet koblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen.  @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / scrippsco2.ucsd.edu
  15. ^ A b Tyler Price Lecture. ( Minne 7. november 2013 i Internet Archive ; PDF) 2005.
  16. ↑ Geophysica , vol. 3, 1948, s. 63-79
  17. ↑ a b c Scripps CO 2 Program: Keeling Curve Lessons
  18. ↑ a b C. D. Keeling, JFS Chin, TP Whorf: Økt aktivitet av nordlig vegetasjon utledet fra atmosfæriske CO2-målinger . I: Natur . teip 382 , nr. 6587 , 1996, s. 146-149 , doi : 10.1038 / 382146a0 .
  19. ↑ IPCC AR4 , kapittel 1.3.1 Det menneskelige fingeravtrykket på drivhusgasser. (PDF)
  20. ↑ a b IPCC AR4 , kapittel 2.3.1 Atmosfærisk karbondioksid. (PDF)
  21. ↑ Illustrasjon av målebrudd. American Institute of Physics
  22. ^ The Keeling Curve Daily Reading
  23. ↑ CO2-innholdet i atmosfæren når en ny høyde. I: Spiegel online. 14. mai 2019, åpnet 10. juni 2019 .
  24. ↑ a b Atmosfæriske CO2-nivåer stiger kraftig til tross for Covid-19-sperrer . I: The Guardian , 4. juni 2020. Hentet 5. juni 2020.
  25. ↑ Global karbondioksidvekst i 2018 nådde 4. høyeste på rekord. I: noaa.gov. National Oceanic and Atmospheric Administration, 22. mars 2019, åpnet 15. mai 2019 .