Share |

AURINKO HIILIDIOKSIDI JA ILMASTO

16.3.2024

Ilmakehän hiilidioksidista on vain hyötyä, osa VI

https://puheenvuoro.uusisuomi.fi/arojouni/ilmakehan-hiilidioksidista-on-vain-hyotya-osa-vi/

Tutkijat päättelevät, että tämä lisääntynyt hiilidioksidin otto jarrutti ilmakehän hiilidioksidin kasvunopeutta vuosina 2002–2014.

https://www.nature.com/articles/ncomms13428

Viimeisten 50 vuoden aikana valtamerten ja maanpäällisen biosfäärin vuosittain absorboima hiilidioksidin määrä on yli kaksinkertaistunut. Parannetun hiilinielun on katsottu johtuvan lisääntyneestä imeytymisestä valtameriin ja maanpäällisestä imeytymisestä, ja se on tapahtunut huolimatta ekosysteemeihin kohdistuneiden alueellisten häiriöiden, kuten laajan kuivuuden, metsäpalojen ja hyönteisten, vakavuuden ja voimakkuuden lisääntymisestä.

Kaikkien hiilidioksidipäästöjen täytyy mennä jonnekin, joten tutkijat epäilivät, että jotain hiilen kierrosta on viime aikoina muuttunut suuresti. ”Uskoimme, että yksi maapallon tärkeimmistä hiilinieluista oli yllättäen vahvistunut. Kysymys oli: kumpi? ” sanoo Keenan.

Tutkijat sulkivat pois valtameret hallitsevana syynä, koska useimmat tietokonemallit ovat yhtä mieltä siitä, että valtamerten ottama hiilen määrä on kasvanut tasaisesti viime vuosina. Tämä jätti jäljelle maanpäälliset ekosysteemit, joiden hiilenottokyky vaihtelee suuresti vuosittain, ja kaksi suurinta vaikutusta tähän vaihteluun ovat fotosynteesi ja kasvien hengitys.

El Niño 2015/16 muutti tilanteen ja tuo positiivinen kehitys ilmakehän hiilidioksidin kertymän osalta unohdettiin.

El Niño vaikuttaa kahdella tavalla ilmakehän hiilidioksidipitoisuuteen: merestä tulee suoraan hiilidioksidipulsseja ilmakehään ja ekosysteemit nielevät vähemmän hiilidioksidia ilmakehästä El Niñon aiheuttaman kuivuuden ja metsäpalojen takia tropiikissa.

https://ec.europa.eu/info/funding-tenders/opportunities/portal/screen/opportunities/topic-details/horizon-cl6-2022-climate-01-02

Valtameren hiilikierto on seurausta monista vuorovaikutuksessa olevista voimista useilla aika- ja avaruusasteikolla. Valtameren hiilikierto on keskeinen osa maailmanlaajuista hiilikiertoa ja sisältää kolme pääprosessia (tai pumppua): liukoisuuspumppu, karbonaattipumppu ja biologinen pumppu.”

Ihminenkin voi osaltaan vaikuttaa ilmakehän hiilidioksidipitoisuuteen parantamalla maankäyttöä ja vähentämällä fossiilisten polttoaineiden käyttöä.

Olennaista olisikin keskittyä hiilenkiertoon biosfäärissä. Ja tiedossa on mikrobien pyörittävän ainakin yli 20 kertaa suurempaa liikevaihtoa (220/10 = 22) hiilenkierron osalta kuin ihminen.

On ollut tiedossa, että hiili – typpi – fosfori (C-N-P) -suhde on tärkeä hiilensidonnan kannalta ja ettei mitään näistä voi jättää kasveilta, eikä mikrobeilta uupumaan.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969720301091

Tarve parantaa C-syklien ymmärtämistä ja kvantifiointia maatalousjärjestelmissä kasvaa edelleen, kun aloitteet, kuten ”4 promillea”, pyrkivät lisäämään C-varastoja maatalousmailla ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi (Chambers et al., 2016; Van) Groenigen et al., 2017; Poulton et al., 2018). Kuitenkin, kun otetaan huomioon C-, N- ja P-syklien välinen vuorovaikutus ja N:n ja P:n suuri vaikutus maatalousjärjestelmissä, näiden ravinteiden C-syklin hallinnan ymmärtäminen on tärkeää.

Jouni Aro

Ilmakehän hiilidioksidista on vain hyötyä, osa III

https://puheenvuoro.uusisuomi.fi/arojouni/ilmakehan-hiilidioksidista-on-vain-hyotya-osa-iii/

Kuva yllä: Hiilenkierto ja kasvit: Kasvit ottavat fotosynteesin aikana ilmasta hiilidioksidia (CO2) ja auringon energian avulla ne käyttävät hiiltä sokereita rakentamaan varsia, juuria ja lehtiä. Ilmakehän aerosolit ja pilvet hajottavat auringonvaloa, mikä mahdollistaa metsien ja viljelysmaan kasvillisuuden sitovan hiilidioksidia tehokkaammin. Lehtien avannesolut voivat avautua leveämmin päästääkseen sisään enemmän hiilidioksidia, kun ne eivät ole alttiina suoran auringonvalon ankarille, kuivaaville vaikutuksille. Kuvitus: P.J. Sellers et al, NASA Earth Observatory. Teksti: NASA

Myöskin kasvihuonekaasumolekyylit, kuten CO2 ja metaani (CH4) absorboivat pieniä määriä auringosta lähteviä fotoneja. Näillä fotoneilla ei kuitenkaan ole suurta merkitystä kasvihuonekaasujen pitkäaaltoisen säteilyn fotoniabsorptioon verrattuna. Pyrkiessään eroon absorboimasta fotonista CO2 voi emittoida absorboimansa fotonin myöskin lyhyemmällä aallonpituudella suoraan avaruuteen auringosta absorboimalla fotonin energialla.

Kun CO2 on kuitenkin yksi kasvinhuonekaasuista, NASA on tutkinut keinoja saada hiiltä sidottua enemmän maaperään. Luomalla suotuisat olosuhteet kasvien fotosynteesille, ottavat kasvit enemmän hiilidioksidia ilmakehästä ja kuljettavat hiiltä kasvien juuriin ja maaperään, pitkäaikaista varastointia varten.

Ilmakehän aerosoleilla (hiukkasilla) on oma ratkaiseva merkitys tämän prosessin etenemisessä. Pilvet heikentävät fotosynteesiprosessia heijastamalla auringon säteitä takaisin avaruuteen, kun taas ilmakehän aerosolit sirottavat auringon valoa enemmän kasvien käyttöön.

Tutkimus on tärkeä, jotta ymmärrettäisiin ilmastonmuutosta ja erilaisia tekijöitä, jotka vaikuttavat siihen, kuinka paljon hiiltä siirtyy ilmasta maanalaisiin hiilinieluihin, joissa hiiltä varastoituu esimerkiksi maaperään.”

https://www.nasa.gov/vision/earth/environment/aerosol_carbon.html

On hämmästyttävää, kuinka sidoksissa maailmamme todella on. Pienen pienet ilmassa leijuvat hiukkaset, kuten pöly tai noki, voivat vaikuttaa suuriin prosesseihin, kuten ilmastoomme.”

Jouni Aro

Ilmakehän hiilidioksidista on vain hyötyä, osa II

https://puheenvuoro.uusisuomi.fi/arojouni/ilmakehan-hiilidioksidista-on-vain-hyotya-osa-ii/

Ilmakehän hiilidioksidi (CO2) absorboi infrapunasäteilyä kahdella aallonpituudella pääosin, kuva.

Kun ilmakehän hiilidioksidi absorboi maanpinnalta tulevaa lämpösäteilyä, pyrkii se myös välittömästi emitoimaan absorboimansa fotonin lyhyemmällä aallonpituudella, ~ 10 μm aallonpituudella, joka jatkaa matkaa avaruuteen. Siinä CO2:n ~ 15 μm:n aallonpituuden fotonin absorptiossa ja ~ 10 μm:n aallonpituuden fotonin emissiossa ei kauaa nokka tuhise.

https://geoexpro.com/recent-advances-in-climate-change-research-part-viii-how-carbon-dioxide-absorbs-earths-ir-radiation/

Kun ”laajakaistainen” IR-säteily kulkee ilmakehän kaasun läpi, joka sisältää infrapuna-aktiivisen molekyylin, siirtymiä vastaavien aallonpituuksien energia absorboituu ja katoaa säteilyn reitiltä. Näin ollen, kun fotonilla on oikea määrä energiaa molekyylin energiatilan muutoksen mahdollistamiseksi, fotoni absorboituu. Kasvihuonekaasuiksi kutsutaan kaasuja, jotka absorboivat aallonpituusalueella 4–50 μm, josta suurin osa maasäteilystä lähtee.

https://climate.mit.edu/ask-mit/how-do-greenhouse-gases-trap-heat-atmosphere

Lopulta CO2-molekyylimme vapauttaa nämä fotonit. Joskus fotonit jatkavat avaruuteen. Mutta toisinaan ne palaavat takaisin maan ilmakehään, missä niiden lämpö jää loukkuun.

Eli kun huomioidaan myöskin vesihöyry (H2O), pyrkivät molemmat mainitut kasvihuonekaasut absorboimaan ja välittömästi emitoimaan lämpösäteilyä, josta osa menee avaruuteen ja kvanttimekaaniikan säteilyteorian mukaan osa jää loukkuun lämmittämään ilmakehää.

”Planck kehitti edelleen mustan kappaleen säteilyteoriaa, selittäen energian jakautumisen aallonpituuksille. Musta kappale on täydellinen absorboija ja emittoija, molekyylit absorboivat ja emittoivat todellakin hyvin erilaisesti. Ne ovat paljon, paljon huonompia sekä absorptoimaan että emitoimaan rajoitettuaan vain spektrin osiin, joissa hiilidioksidi on rajoitettu vain pariin aallonpituuksiin.
Tämä tarkoittaa, että ne eivät absorboi yhtä paljon kuin kiinteä aine ja eivät säteile niin paljon kuin kiinteät aineet. Tämä tekee niistä vieläkin merkityksettömämpiä lämpötilan nostamiseksi kiinteässä pinnassa. Päinvastoin, ne ovat täydellisiä kiinteiden aineiden jäähdyttimiä, etenkin ne, jotka absorboivat paljon infrapunaa, kuten vesihöyry ja CO2.”

Kasvihuonekaasut vain absorboivat lämpösäteilyä tietyllä aallonpituudella ja emittoivat välittömästi lyhyemmällä aallonpituudella, jolloin kasvihuonekaasun emitoima fotoni voi jatkaa matkaa avaruuteen tai se jää lämmittämään maanpintaa, pitäen maapalloa elämälle suotuisana.

Kun elämälle tärkeän hiilidioksidin kertyminen ilmakehään nähdään kuitenkin ongelmana, voidaan hiilidioksidi ottaa avainprosesseista talteen myöhempää käyttöä varten.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscentsci.3c00692

Johdanto
Fossiilisten polttoaineiden poltosta aiheutuvien ihmisperäisten hiilidioksidipäästöjen (CO2) vähentäminen edellyttää parannettujen hiilidioksidin erotustekniikoiden kehittämistä, joilla on alhainen energiavaatimus, kestävyys ja monipuolisuus. Vaikka uusiutuviin energialähteisiin perustuva keskeisten teollisuudenalojen, kuten sähköntuotannon, sähköistys on asetettava etusijalle, vaikeasti toteutettavissa oleville hiilidioksidipäästöttömille aloille, kuten paljon lämpöä ja hiilidioksidia kuluttavalle teollisuudelle (esim. sementin, teräksen ja kemikaalien tuotanto) on heti saatavilla huomattavasti vähemmän ratkaisuja. (1–5)”

Jouni Aro

Ilmakehän hiilidioksidista on vain hyötyä

https://puheenvuoro.uusisuomi.fi/arojouni/ilmakehan-hiilidioksidista-on-vain-hyotya/