Ved hjelp av data fra iskjerner har seniorforsker Sabine Eckhardt forbedret utslippstallene for svart karbon fra den industrielle revolusjon og til i dag. På sikt kan det gjøre klimamodellene forskerne bruker mer nøyaktige.
Isbreer består av lag på lag med snø og is, oppsamlet over tusenvis av år. Disse lagene er som årringene på et tre, og de fanger opp forskjellige stoffer i seg.
Blant disse stoffene er svart karbon, som bidrar til oppvarmingen av atmosfæren: Når de svarte karbonpartiklene legger seg på is og snø, gjør de overflaten mørkere og endrer dermed dens reflekterende egenskaper.
Seniorforsker Sabine Eckhardt ved NILU jobber hovedsakelig med atmosfærisk transportmodellering. Det vil si at hun bruker – og er med på å utvikle – avanserte matematiske modeller som beregner hvordan gasser, partikler og andre stoffer transporteres gjennom atmosfæren.
Du har kanskje sett arbeidet hennes før; hun modellerte f.eks. hvordan metangassen fra North Stream-området ble transportert gjennom atmosfæren fra utslippsstedet og helt til Svalbard.
Tidsreise med iskjerner
Sabine er også svært interessert i iskjerner og har bidratt til flere tidligere studier av dem.
En studie handlet om hvordan hendelser som svartedauden påvirket økonomien i middelalderens Europa. En annen knyttet en økning av svart karbon i antarktiske iskjerner til branner på New Zealand for mer enn 700 år siden.
– Iskjerner er som en tidsreise til fortiden, sier hun. – Litt på samme måten som observatorier, registrerer de avsetninger av komponenter i atmosfæren, som svart karbon.
Svart karbon er bitte små sotpartikler. Den viktigste naturlige kilden er skogbranner. Noen av de viktigste menneskeskapte kildene er vedfyring og ufullstendig forbrenning av fossilt brensel.
Ved høye konsentrasjoner kan de være skadelige for helsen din, fordi partiklene er små nok til å puste inn.
Svart karbon og menneskelig aktivitet
Utslipp av svart karbon er tett knyttet til menneskelig aktivitet. Når økonomien er god, har utslippene en tendens til å øke på grunn av blant annet høyere forbruk og forbrenning av fossilt brensel.
Når det er dårlige tider, går utslippene ned.
I tillegg er svart karbon blant de viktigste klimadriverne. Det vil si gasser og partikler som bidrar til oppvarming eller avkjøling.
Svart karbon en derfor en av faktorene i modellkjøringene FNs klimapanel (IPCC) utfører for å vurdere klimaendringene.
Figuren over viser svarte karbonutslipp i ulike nordlige regioner basert på CMIP6. CMIP står for Climate Model Intercomparison Project, som er et globalt initiativ for sammenlikning av klimamodeller. CMIP6 er betegnelsen for den nyeste sammenlikningen fra 2020, og FNs klimapanel bruker den i sine nyeste vurderinger. Datasettene viser utslipp knyttet til forbrenning av biomasse (rødt) versus de større menneskeskapte utslippene (grå).
Ifølge disse figurene nådde de menneskeskapte utslippene i Nord-Amerika en topp rundt 1910. Utslippene i Sentral-, Øst og Sør-Asia topper seg mye senere, rundt 1990.
I Europa er den første toppen også rundt 1910, så kommer en ny topp på syttitallet. Etter det har politiske initiativer for å forbedre luftkvaliteten ført til at utslippene synker.
Hva skjer når modell og observasjon ikke passer sammen?
Da Eckhardt fikk iskjernedataene for fem år siden, i 2017, ønsket hun å finne ut hva man kunne lære ved å kombinere observasjoner av iskjerner med transportmodellering.
Iskjernedataene fikk hun fra internasjonale forskerkollegaer som jobber med å hente iskjerner ut fra isen og analysere dem etterpå. Noe av dataene fra disse iskjernene var allerede publisert og kunne lastes ned, andre data var helt nye.
– Plutselig la jeg merke til at svart karbon-observasjonene fra iskjernene ikke passet med modellresultatene mine basert på CMIP6. Det var frustrerende, sier Eckhardt.
Men det fikk henne også til å tenke.
Utslippene ble fraktet med vinden for mange, mange år siden og avsatt på iskjernestedene. Informasjon om de opprinnelige utslippene er dermed oppbevart i isen.
– Vår tidligere kollega Andreas Stohl foreslo at det brede datagrunnlaget fra de 13 ulike iskjernene kunne brukes til å finne ut mer om historiske utslipp, forteller hun.
Samtidig kunne forskerne få bedre innsikt i hvordan svart karbon har påvirket klimaendringene siden den industrielle revolusjonen.
Denne idéen førte til en studie nylig publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Nature Communications.
Der viser Eckhardt og kollegaene hennes hvordan de brukte innholdet av svart karbon i iskjerner for å forbedre de eksisterende utslippsoversiktene som brukes i klimamodellering.
Brukte data fra 13 ulike iskjerner
Enkelt forklart er en utslippsoversikt et kart over utslippsstyrke og utslippets variasjon over tid. Den viser hvor, når og hvor mye av noe som ble sluppet ut.
Dette er inngangsdata for modellene klimaforskere bruker for å beregne hvordan konsentrasjonen av ulike stoffer i atmosfæren har endret seg og påvirket jordens klima gjennom tidene.
Alt i alt brukte de data som oppga konsentrasjonen av svart karbon for hvert år fra 1850–2000, hentet fra 13 forskjellige iskjerner.
Kjernene ble boret opp på Grønland, Arktisk Canada, Svalbard, Russland, de europeiske alpene og Kaukasus. Det er første gang noen har brukt et så stort utvalg av iskjerner for å tallfeste utslipp av svart karbon.
For hvert av stedene kunne Sabine og kollegaene hennes modellere den atmosfæriske transporten og beregne det svarte karbonets opprinnelse tilbake til de respektive geografiske områdene.
Revidering av historien ved hjelp av iskjerner
Figuren under viser svart karbon-utslippshistorikken beregnet ut fra iskjernedata og inversjonsmodellering. I modellering tar forskerne som regel utgangspunkt i et kjent utslipp, og beregner seg fram til hva konsentrasjonen av stoffet i atmosfæren blir. I inversjonsmodellering kjenner de konsentrasjonen av stoffet i atmosfæren fra før, og beregner seg tilbake til en forbedret oversikt over hva utslippet har vært.
De fargede områdene viser de nye utslippsvurderingene etter at forskerne utførte inversjonen:
- Utslippene i Nord-Amerika toppet seg tidligere og høyere, etterfulgt av en bratt nedgang i utslipp i årene 1929–1939.
- I Russland kom utslippene av svart karbon til et minimum rundt tidspunktet for oktoberrevolusjonen i 1917, noe som kan ha hatt større innvirkning enn tidligere antatt.
- Utslippene i Europa er totalt sett lavere, men CMIP6 passer ganske bra.
Under arbeidet fikk Eckhardt innspill fra forskere fra flere forskjellige land, blant dem Finland, Sveits, Sør-Korea, USA og Canada.
– Alle bidro gjerne med sine iskjernedata og satte pris på at de ble brukt i en større sammenheng. Å ha en så støttende internasjonal gruppe å samarbeide med var både viktig og givende, sier Eckhardt.
Om vitenskapelig usikkerhet
Sabine Eckhardt og hennes kollega ved NILU, seniorforsker Ignacio Pisso, sier at de ville sette stor pris på om studien deres kunne bidra til å forbedre utslippsoversiktene modellerere jobber med.
De har lagt mye vekt på detaljer og usikkerheter underveis i arbeidet.
– Det er viktig å forstå at vi forskere jobber med sannsynligheter. Vi må ta hensyn til feilmarginene, sier Pisso.
Han sier folk flest er generelt ikke vant til å hanskes med sannsynlighetsrom, og det gjør at det kan være vanskelig å kommunisere vitenskapelig usikkerhet.
Usikkerhet innenfor forskning tolkes ofte som mangel på kunnskap. Det det er ment å definere, er hvor godt noe er kjent. Generelt betyr vitenskapelig usikkerhet at det er en rekke mulige verdier, og den sanne verdien ligger et sted innenfor dette området.
Videre forskning kan redusere usikkerhetsnivået – eller utvide omfanget av muligheter.
Foreløpig er de to NILU-forskerne fornøyde med å ha utviklet en metode som andre forskere allerede viser interesse for å bruke på andre iskjernekomponenter.
