Tässä kirjoituksessa tarkastelen yksinkertaisen hiilenkiertomallin avulla antropogeenisten päästöjen absorboitumista eri hiilivarantoihin.
Valitettavasti jouduin jakamaan kirjoituksen osiin, koska se ylittää 5000 merkin maksimipituuden.
Sisällysluettelo:
1. Johdanto
2. Malliajot
3. Johtopäätökset
4. Viitteet
Valitettavasti jouduin jakamaan kirjoituksen osiin, koska se ylittää 5000 merkin maksimipituuden.
Sisällysluettelo:
1. Johdanto
2. Malliajot
3. Johtopäätökset
4. Viitteet
Vastaukset 17
Vanhimmat
1. Johdanto
Hiilenkiertoa voi mallintaa yksinkertaisella matemaattisella mallilla, ns. laatikkomallilla. Laatikkomallissa laatikot kuvaavat mallinnettavia hiilivarantoja, ja hiilen liikkeet laatikoiden välillä mallinnetaan differentiaaliyhtälöin. Kunkin laatikon välinen hiilenvaihto riippuu sekä vakiokertoimesta että laatikon sisältämän hiilen määrästä. Esimerkiksi kahden laatikon mallissa hiilenvaihto laatikosta A laatikkon B on dMa/dt = -kab*Ma, missä Ma on hiilen määrä laatikossa A, t on aika, kab on vakiokerroin ja miinusmerkki ilmaisee suunnan olevan laatikosta A laatikkon B. Erinomaisen kuvauksen tällaisesta mallista antaa Rabett (2007). Rabettin (2007) kuvauksen perusteella (yhtälöt ja kertoimet) kirjoitin oman koodini, jolla mallinnetaan neljän hiilivarannon systeemiä: (1) maankamaran hiilivaranto, (2) ilmakehän hiilivaranto, (3) pintameren hiilivaranto ja (4) syvän meren hiilivaranto. Em. laatikoiden lisäksi malli sisältää antropogeeniset päästöt. Kuva 1 esittää mallin periaatetta (nuolet kertovat hiilenvaihdon suunnan laatikoiden välillä).
Kuva 1: http://i46.tinypic.com/11jotww.png
on hiljaa, kun älykkö availee hiilidioksidilaatikoita. Tuliko paskat housuun?
Niin, todellisuus on tarua ihmeellisempää ja välillä se sattuu.
CO2-päästöjen vähentäminen ei ole hälläväliä-joojoo-juttu, vaan koko ajan paisuva ongelma, joka ollaan tiedetty puoli vuosisataa, mutta yritetty piilotella öljyn nimissä ja samalla haitattu teknologista kehitystä. Nyt ollaan tultu siihen pisteeseen, että CO2:n vaikutuksia ei voida enää piilotella, joten peittely- ja disinformaatiovaihe on päällä.
Kyllä se kuulkaas on sellanen juttu, että jos te disinformaation levittäjät viivytätte välttämätöntä, niin käy niinku maanteiden kuninkaalle Teuvolle.
Kiina, Intia, Venäjä, kehitysmaat ja USA on jo ottaneet sen kannan, että kasvu on numero 1. Ympäristönsuojelu, liikakalastus, CO2-päästöt ym ei mahdu noiden maiden kasvubudjeteihin. Lopputulos on ihan sama vaikka väännettäisiin EU:ssa viimeinenkin energiansäästölamppu irti kannastaan. CO2-pitoisuus nousee aina vain uusiin ennätyksiin meistä lähes riippumatta seurasipa tuosta pitoisuuden kasvusta sitten mitä tahansa.
2. Malliajot
Kuva 2 esittää hiilenkierron tasapainotilannetta kuvaavaa malliajoa, jossa antropogeeniset päästöt ovat nolla, eikä varantojen sisältämät hiilimäärät muutu. Esiteollisen ajan tilanne oli suurin piirtein tällainen.
Kuva 2: http://i46.tinypic.com/33jmud4.png
Lähdetään seuraavaksi tarkastelemaan malliajoa, jossa antropogeeniset päästöt on otettu huomioon. Kuva 3 esittää arviota antropogeenisistä hiilidioksidipäästöistä vuosina 1751-2010. Vuosille 1751-2006 arvion antavat Boden et al. (2009). Vuosille 2007-2010 laskin arvion itse, käyttäen edellisvuosien trendiä.
Kuva 3: http://i46.tinypic.com/2115bur.jpg
Kuva 4 esittää malliajoa, jossa kuvan 2 tasapainotilannetta poikkeutetaan kuvan 3 antropogeenisillä päästöillä. Systeemi sisältää vuonna 2010 364 gigatonnia enemmän hiiltä, kuin lähtötilanteessa vuonna 1751. Tämä lisähiili on jakautunut seuraavasti: (1) 57 gigatonnin lisäys maankamaraan, (2) 219 gigatonnin lisäys ilmakehään, (3) 34 gigatonnin lisäys pintamereen ja (4) 54 gigatonnin lisäys syvään mereen. Mallinnustuloksen mukaan antropogeeniset päästöt ovat lisänneet ilmakehän hiilidioksidivarantoa 34 %, mikä on hyvin lähellä todellista, noin 36 % lisäystä.
Kuva 4: http://i48.tinypic.com/25h2t52.png
Katsotaan vielä tarkemmin sitä, kuinka suuri osuus antropogeenisistä päästöistä jää kasvattamaan ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta eli ns. Airborne Fractionia (AF). Kuvan 5 mukaan AF on noin 61 %. Tämä vastaa suuruusluokaltaan erinomaisesti esim. Keelingin (2007) esittämää 57 %:in arviota (kalvo 27). Toisaalta, esim. Knorr (2009) antaa jossain määrin matalampia arvoja AF:lle: 45-52 %.
Kuva 5: http://i48.tinypic.com/2z4muz9.png
Tarkastellaan lopuksi vielä mitä tapahtuisi, jos antropogeeniset päästöt lopetettaisiin vuonna 2010 kokonaan. Kuva 6 esittää päästöskenaariota, jossa on kuvan 3 arviot hiilidioksidipäästöistä vuoteen 2010 asti, jonka jälkeen päästöt ovat nolla. Kuva 7 esittää malliajoa, jossa laatikkomalliin on syötetty kuvan 6 päästöt.
Kuva 6: http://i48.tinypic.com/2rokwhe.png
kuva 7: http://i47.tinypic.com/28ujuvs.png
Kuva 7 kertoo selkesti sen, että mallin mukaan veisi noin 1000 vuotta, ennen kuin uusi hiilenkierron tasapainotila saavutettaisiin. Uuden tasapainotilan saavuttaminen vie kauan, koska ilmakehään joutuneen hiilidioksidilisän absorboituminen syvän meren varantoon (joka on kaikkein suurin varanto) tapahtuu huomattavasti hitaammin, kuin absorboituminen maankamaran ja pintameren varantoihin. Kaiken lisäksi, uudessa tasapainotilassa ilmakehän hiilidioksidipitoisuus jää esiteollisen ajan pitoisuutta korkeammaksi. (Kymmenien tuhansien ja miljoonien vuosien aikaskaalassa tuo kohonnut pitoisuus vähitellen absorboituisi geologisten prosessien sitoessa hiilidioksidia.)
Sattumoisin osuvaa tai ei, etelämeren (tai e-mantereen) alueen hylkeiden C-14 ikä saattaa olla sen 1000 vuotta vanhaa juuri koska hiili ja hiili-14 kulkeutuu merenpohjaan niin kauan aikaa suurella viiveell. Tämä on huomioitava ajanmäärityksissä eli C14-kalibraatio on erilainen meren fossiileille verrattuna mantereen fossiileille tms. kohteille ja huomioitava.
Jos hylkeiden ravintona on ei-yhteyttävät ja osin hidaskasvuiset* eliöt, ei hylkeiden C-14 -pitoisuus taida olla juuri missään suhteessa CO2:n merivedessä kulkeutumisen kanssa. Mutuna sanoisin, että se uppoaa metrin vuorokausivauhdilla vähintään tuolla antarktisilla vesillä kuten pohjoisessakin luullakseni.
*) Esim. pohjoisen holkerit kuulemma voivat olla n. tuhatvuotiaita. Tällöin niiden C-14 -ikä kuollessa voinee olla useita satoja vuosia, ravinnosta riippuen.
Kommentoin nyt sitten varmuuden vuoksi koska sitä kovaan ääneen vaaditaan.
Kairauksissahan viiveeksi on havaittu hieman lyhyempi lukema, muistaakseni noin 700-800 vuotta?
Johtuukohan mallisi ero mitattuun pelkistetyista lähtöarvoista, vai yksinkertaistetusta mallista, joka ei havaitse jäähtyvän meren nopeutunutta hiilennielemiskykyä, vai kenties molemmista.
Myös huippujen terävimmän kärjen voisi reaalimaailmassa olettaa hieman pyöristyvän em. vaikutuksesta johtuen, mutta sekään ei ole tässä mallinnuksessa oleellista, joka on suuntaa antava.
Mielenkiintoinen ja havainnollistava mallinnus kuitenkin kokonaisuudessaan, kiitos mallintajalle.
3. Johtopäätökset
* Vaikka kyseessä on pelkkä ad hoc -malli, jossa on käytetty karkeasti arvioituja kertoimia, ovat tulokset yllättävän hyvin yhtäpitävät muualla esitettyjen tulosten kanssa.
* Mallin mukaan antropogeeniset päästöt tapahtuvat niin nopeasti, että ne eivät ehdi kokonaisuudessaan absorboitumaan valtameriin. Yli puolet päästöistä jää ilmakehään.
* Vaikka päästöt lopetettaisiin vuonna 2010 kokonaan, veisi noin 1000 vuotta, ennen kuin hiilenkierto saavuttaisi uuden tasapainotilan.
* Uudessa tasapainotilassa ilmakehän hiilidioksidipitoisuus jää esiteollisen ajan pitoisuutta korkeammalle (kymmeniksi tuhansiksi, ellei miljooniksi vuosiksi).
m/c on suurepi kuin WC, on tehtävä mahdoton!
Kiitos linkeistä, mutta rabitin laatikot näkyvät tyhjinä. Niinpä taitaa jäädä jotain arvailujen varaan, siis toistettavuus on vaikeampaa jne.
Mutta noista johtopäätöksistä vielä tämä:
"Uudessa tasapainotilassa ilmakehän hiilidioksidipitoisuus jää esiteollisen ajan pitoisuutta korkeammalle (kymmeniksi tuhansiksi, ellei miljooniksi vuosiksi). "
Kun mallissasi in lisäysvirta, mutta ei poistumavirtaa järjestelmästä, niin tuota ei voi oikeastaan sanoa johtopäätökseksi vaan lähtökohdaksi. Vai mitä mieltä itse olet?
"Kiitos linkeistä, mutta rabitin laatikot näkyvät tyhjinä. Niinpä taitaa jäädä jotain arvailujen varaan, siis toistettavuus on vaikeampaa jne."
Kuvat olivat hyvin yksinkertaisia, jotain tähän tyyliin: http://i33.tinypic.com/2a8gn7q.jpg
Tekstin pitäisi aueta kyllä ilman kuviakin. Kyse ei kuitenkaan ole hirvittävän monimutkaisesta asiasta.
"Kun mallissasi in lisäysvirta, mutta ei poistumavirtaa järjestelmästä, niin tuota ei voi oikeastaan sanoa johtopäätökseksi vaan lähtökohdaksi. Vai mitä mieltä itse olet?"
Ihmiskunta päästää nyt muutamassa sadassa vuodessa ilmakehään sen hiilen, minkä kertyminen maankamaraan on tapahtunut kymmenien, ellei satojen miljoonien vuosien aikaskaalassa.
Kyse on siis kiviin sitoutuvasta hiilestä. Tuo sitoutuminen tapahtuu niin hitaasti, ettei sillä ole merkitystä tuhansien, tai edes kymmenien tuhansien vuosien aikaskaalassa. Toisin sanoen, ilmakehän hiilidioksidipitoisuus säilyy hyvin pitkään kohonneena.
Tärkeämpi kysymys koskee jääkausisykliä. Jatkuuko sykli, vai katkaiseeko ilmakehän kohonnut hiilidioksidipitouisuus sen.
4. Viitteet
Boden T., Marland G. and Andres R.J. (2009): Global CO2 Emissions from Fossil-Fuel Burning, Cement Manufacture, and Gas Flaring: 1751-2006.
Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory. URL: http://cdiac.ornl.gov/ftp/ndp030/global.1751_2006.ems
Keeling R. (2007): Lessons from Mauna Loa: On the value of continuous time series. Scripps Institution of Oceanography, La Jolla, California. URL: http://scrippsco2.ucsd.edu/talks/rfk_hawaii_mlo_50th.pdf
Knorr W. (2009): Is the airborne fraction of anthropogenic CO2 emissions increasing? Geophysical Research Letters, Vol. 36, L21710. URL: http://radioviceonline.com/wp-content/uploads/2009/11/knorr2009_co2_sequestration.pdf
Rabett E. (2007): Doc Martyn gets the boots (with box model). URL: http://rabett.blogspot.com/2007/06/doc-martyn-gets-boots-with-box-model.html
Aina kun tällaista tekstiä tulee, niin kuulapäämaiharipaskasakki varoo visusti ottamasta kantaa, kun on vastassa älykköjä.
Tieteen ja älykköjen kunniaksi... YLÖS!!!
Höpö höpö, tekstiä kyllä tulee, mutta minkälaista.
Vanhoihin oletuksiin perustuvaa höttöä.
het kun sen tajuaa!
http://tinyurl.com/y9fmw6x
Ottaisit sitten kantaa mallintajan tekemään työhön,
sensijaan että möyhkäät kuin "kuulapäämaiharipaskasakki", mitä sillä sitten tarkoitatkin.
Mielenkiintoinen mallinnus, kairauksista havaittu 700-800 vuoden viive korreloi kohtuullisen hyvin mallisi kanssa.
Mistä lie, likiarvoistamisesta, mittausepätarkkuuksista ja lämpötilankin vaikutuksesta(joka mallissa yksinkertaistamisen vuoksi vakioitu?) meren hiilennielemisnopeuteen tämä eroavaisuus.
Kunhan "ääneen" pohdiskelin, tähän en edes odota selvitystä.
Kiitos hienosta mallinnuksesta.