Ekspertintervjuet: Historien bak Keeling-kurven - Energi og Klima

Ekspertintervjuet: Historien bak Keeling-kurven

I over 50 år har den såkalte Keeling-kurven vist hvordan CO2-innholdet i atmosfæren øker. Vi har snakket med Ralph Keeling, sønnen til mannen kurven er oppkalt etter.

Ralph Keeling er sønn av Charles Keeling - mannen bak den lengste kontinuerlige måleserien av CO2 i atmosfæren. En kurve som jevnt og trutt har buktet seg oppover siden starten i 1958. Foto: Scripps Institution of Oceanography, University of San Diego.

Siden 1958 har forskere overvåket CO2-konsentrasjonen i atmosfæren nær toppen av vulkanen Mauna Loa på Hawaii. Keeling-kurven, som viser de månedlige snittene av målingene på Mauna Loa er oppkalt etter mannen som startet måleserien i 1958. Sønnen hans, professor Ralph Keeling, er tilknyttet samme institusjon som hele tiden har stått bak målingene: Scripps Institution of Oceanography ved University of California, San Diego (UCSD). Ralph Keeling var også i en årrekke ansvarlig for målingene faren startet på Mauna Loa.

2°C: – Hvordan begynte historien om Keeling-kurven? Hvorfor begynte Charles Keeling å måle CO2 i atmosfæren?

Ralph Keeling: – Det hele startet på Cal Tech-universitetet, der han forsket på CO2-innholdet i elvevann. Han publiserte aldri noe av den forskningen, fordi han underveis ble mer interessert i rollen CO2 spilte i luften. Han begynte med å samle luftprøver i skog, jobbet med å forbedre målemetodene, og var snart helt i teten av utviklingen på det feltet.

– Men oppdaget han noe spennende?

– Ja, han fant ut at CO2-konsentrasjonen varierte med tiden på døgnet. Han noterte også at på dagtid, i skogene der han målte konsentrasjonen, var den nær sagt alltid 310 ppm. Ingen hadde sett denne typen regelmessighet tidligere.

Ad
Vi støtter Tograder-prosjektet:

Han gikk derfor ut fra at man ville finne en liknende standardkonsentrasjon for CO2 i atmosfæren – og oppdaget i praksis det vi i dag kaller «bakgrunns-CO2». Nær overflaten har du jo alle kildene til CO2-utslipp – prosesser i bakken, i skoger, i byer – alle de ulike utslippskildene og CO2-lagrene – og der varierer konsentrasjonen mye. Men lenger opp i atmosfæren, er konsentrasjonen mer konstant.

– Han var vel ikke den første som målte CO2 i atmosfæren?

Ekspertintervjuet

Foto: Scripps Institution of Oceanography

Navn: Ralph Keeling
Stilling: Professor i geokjemi ved Scripps Institutition of Oceanography, UCSD
Aktuell: Var i en årrekke ansvarlig for Keeling-kurven, som i år for første gang viste enkeltmålinger høyere enn 415 ppm.

– På ingen måte. Det hadde man gjort i 150 år. Men dette var først og fremst noe fysiologer gjorde, for eksempel for å måle åndedrettet hos mus som var plassert under glassklokker. Da måtte de først måle den såkalte bakgrunnskonsentrasjonen, for å ha en referanse. Så det finnes eldre data, men da dreier det seg hovedsakelig om nokså tilfeldige målinger med mindre presise apparater og metoder.

– Men tilbake til Keeling-kurven. Faren din beskrev bakgrunnskonsentrasjonen, og hvordan den varierte med døgnet – hvor gikk veien videre?

– Arbeidet hans ble lagt merke til av andre som var opptatt av CO2-konsentrasjonen i atmosfæren. Blant annet sjefen for Scripps Institution of Oceanography, som het Roger Revelle.

Han var en sentral aktør da det ble satt i gang flere prosjekter for å overvåke CO2-konsentrasjonen mange ulike steder. Charles Keeling ville gjerne sette opp en målestasjon på Mauna Loa, der det fantes en amerikansk militærinstallasjon fra krigen.

Revelle var ikke så interessert i det i første omgang. Han trodde man ikke ville ha noe særlig utbytte av å måle på samme sted hele tiden. Men faren min fikk til slutt gjennomslag for denne stasjonen.

– Hva var det han oppdaget da?

– De målte den verdien de forventet, men over tid begynte den å variere systematisk. Først trodde min far at det var noe galt med instrumentene hans, men mønsteret gjentok seg året etter – og da forsto han at det dreide seg om årstidsvariasjoner.

I etterpåklokskapens lys er det kanskje ikke så rart at planter responderer på årstidene, og at CO2 derfor vil variere – men det var likevel ikke noe man ventet å kunne måle på den måten. Og etter et par år kunne de også se at konsentrasjonen økte fra år til år. Det hadde ingen vist tidligere like sikkert.

Keeling-kurven. For mai 2019 ble det notert i snitt 414,66 ppm. Da hadde forskere notert flere enkeltmålinger over 415 ppm. Hvis målingene for 2020 følger trenden for de siste 50 årene, vil vi da se månedlige snitt over 415 ppm. For mer om målingene, se Klimavakten, CO2 i atmosfæren.

Litt viktig bakgrunn her – Svante Arrhenius hadde selvsagt allerede skrevet en viktig artikkel der han forutså økt konsentrasjon av CO2, og at det ville forårsake global oppvarming.

Men det var stor grad av tvil om hvorvidt dette faktisk ville skje, fordi man antok at havene ville absorbere en økning i CO2-konsentrasjonen. Man antok også at havene ville absorbere økt energi i atmosfæren fra global oppvarming, så man ikke ville merke det i særlig grad.

Begge disse innvendingene mot Arrhenius hadde imidlertid blitt tilbakevist innen min far offentliggjorde resultatene sine fra Mauna Loa. I tillegg hadde man registrert en tilsvarende økning i CO2-nivå i atmosfæren fra overflyvninger i Antarktis.

– Den økningen i CO2-konsentrasjonen som Keeling-kurven viste, ble den tilskrevet menneskelig aktivitet?

Charles David Keeling (1928-2005) var en betydningsfull klimaforsker. Han mottok flere utmerkelser, blant annet National Medal of Science i 2001, både for Keeling-kurven, og for at han dokumenterte at CO2-innholdet i atmosfæren korrelerte med utslipp fra fossile brensler. Selve medaljen mottok han året etter, i 2002, fra daværende president George W. Bush.

– Ja, jeg vil påstå det var forståelsen allerede da. For du kunne beregne omtrent hvor mye CO2 du ville forvente å se i atmosfæren på grunn av fossile brensler, rett og slett fordi hvor mye olje, gass og kull som ble brent var noe vi hadde oversikt over. I tillegg visste man hvor stor atmosfæren var.

Til og med Revelle hadde utregninger som viste at havet ikke kunne absorbere all denne økningen. Det viste seg imidlertid at konsentrasjonen steg noe langsommere enn man hadde forventet, fordi man ikke hadde tatt tilstrekkelig høyde for ulike karbonsluk på land og i havet.

– Hvilken betydning har Keeling-kurven i dag?

– Det er først og fremst et fantastisk datasett som spenner over 60 år og dokumenterer systematisk økningen av CO2-konsentrasjonen klart og pålitelig. Samtidig viser det oss ikke bare at vi har et problem med CO2, det stikker litt dypere. Det er kumulativt.

Vi kan regne på den fossile brenselbruken og erklære det i teorien, men denne måleserien beviser det: Atmosfæren vår er blitt en søppeldynge for fossile brensler. Så lenge vi fortsetter å brenne dem, vil søppeldyngen vokse. I tillegg hjelper det oss å tallfeste hvordan karbonslukene våre fungerer. Igjen fordi vi vet hvor mye brensel vi forbruker, og hvor mye CO2 vi slipper ut.

Hvorfor Mauna Loa?

«Mauna Loa Under The Stars» – foto av Anish Patel Photo. Lisens: CC BY-NC-ND 2.0 

Da Charles Keeling lette etter et egnet sted å måle bakgrunns-CO2 falt valget på Mauna Loa, en aktiv vulkan på Hawaii.

På andre målesteder slet forskere med forurensning fra befolkningssentre eller skog i nærheten. Høyt på Mauna Loa lå et anlegg der luften var relativt upåvirket av folk og planteliv.

Dette kommer dels av at Mauna Loa befinner seg i et tynt befolket område, på en øy midt i Stillehavet. I tillegg ligger målestasjonen 3400 meter over havet. Det er lite vegetasjon og aktivitet fra mennesker i nærheten. Mesteparten av tiden befinner dessuten målestasjonen seg også over inversjonslaget. Dette luftlaget fungerer som et «lokk» over CO2-forurensningskilder.

Vulkaner kan også slippe ut CO2, som kan forstyrre målingene. Under bestemte vær- og vindforhold enkelte netter ser man da at den målte konsentrasjonen stiger kraftig. Men siden disse utslippene er begrenset i tid og geografisk, kan forskerne enkelt skille vulkanutslippene fra bakgrunnskonsentrasjonen i dataene.

Kilder: NOAA, NASA, Ryan, Steven. «Quiescent outgassing of Mauna Loa volcano 1958-1994.» Mauna Loa Revealed: Structure, Composition, History, and Hazards, Geophys. Monogr. Ser 92 (1995): 95-115.

– I mai så vi enkeltmålinger som akkurat lå under 415 ppm – antakelig passerer vi månedlige snitt neste år som er høyere enn det også. Hva vil den milepælen bety?

– Da vi startet, lå det rundt 310-315 ppm. Charles Keeling ante ikke om CO2-konsentrasjonen ville øke eller synke, han kunne ikke se inn i fortiden, men vi vet nå fra iskjerner at nivåene fra førindustriell tid lå rundt 280 ppm. Det hadde altså allerede økt.

Da jeg begynte å jobbe med disse målingene, lå de rundt 330 ppm. I min levetid har jeg altså sett en foruroligende økning i CO2-nivået. Nå er den økningen nærmest blitt noe vi har vent oss til.

Milepæler er bare runde tall, selvsagt, men de hjelper ved at man får offentlig oppmerksomhet rundt dem. De setter økningen i perspektiv. De viser oss hvor raskt den påvirker forholdene på planeten vår. Og ikke minst at økningen skjer raskere enn den har gjort noensinne før.

– Du har studert konsentrasjonen av oksygen i atmosfæren også. Hva kan du si om forholdet mellom konsentrasjonene av O2 og CO2 i atmosfæren?

– O2-konsentrasjonene kan gi oss et utfyllende perspektiv på hva som skjer med CO2. Oksygen utgjør 21 prosent av luften rundt oss – mye mer enn CO2, selvsagt, som nå altså utgjør rundt 415 ppm. Oksygen er en betydelig bestanddel av luften, mens CO2 er en sporgass.

Dermed påvirkes O2-konsentrasjonen bare bittelitt av fossil brenselbruk, fordi skalaen er så annerledes. Det har i praksis ingen fysiologiske eller klimamessige konsekvenser i seg selv. Så hvorfor måle det, kan du kanskje spørre? Fordi det gir oss informasjon. Det bistår oss i å stille diagnosen.

La meg utdype: Et uløst problem da min far målte CO2 var at ikke all CO2 som ble brent i atmosfæren forble i atmosfæren. 40-50 prosent havner andre steder. I havene, i fotosyntesen, og så videre. Hvis vi måler O2-nivået i atmosfæren, får vi en idé om hvor mye disse ulike karbonslukene utgjør.

Fotosyntesen krever oksygen, så når fotosyntese pågår, vil O2 gå opp hvis CO2 går ned. Og omvendt, når du spiser mat, forbruker du O2 og slipper ut CO2. Det store unntaket er havet. Hvis uorganisk karbon – bikarbonat – blir løst opp i havet, påvirker det ikke O2-nivået. Dermed bør O2-nivået fortelle noenlunde den samme historien som CO2-nivået gjør – minus for det som har med havet å gjøre. Og på den måten kan vi få en idé om betydningen til og forholdet mellom de ulike komponentene.

Hvordan kan en sporgass bety så mye?

Konsentrasjonen av CO2 måles i parts per million, eller ppm. Én PPM er altså en milliontedel av noe – eller 0,0001 prosent. Når vi ser en CO2-konsentrasjon på 415 ppm, tilsvarer det altså litt over 0,04 prosent av luften. Kan en gass det er så lite av virkelig bety så mye for klimaet? Keeling svarer:

– Bare fordi du har relativt lite av et bestemt stoff, betyr ikke det i seg selv at det er uten betydning. Tenk på kolesterolnivået i blodet ditt: Det er et sporstoff i blodstrømmen. Men relativt små endringer kan få alvorlige konsekvenser for helsen din.

Vann, for eksempel, kan også fungere som en drivhusgass i atmosfæren. Men mengden vann i atmosfæren er en funksjon av klimaets status. CO2-konsentrasjonen er en funksjon av menneskelig aktivitet. Ingen annen gass med tilsvarende egenskaper er til stede nok til å endre klimaet slik CO2 gjør akkurat nå.

Dette er til syvende og sist det kjemi handler om. Vi studerer kjemi fordi vi er interessert i bestemte stoffers egenskaper har. En viktig egenskap LDL-kolesterol har, er at det kan blokkere blodkar selv i relativt lave konsentrasjoner. Og CO2 har viktige egenskaper i atmosfæren, selv om konsentrasjonen er relativt lav.

Til slutt: Fra et vitenskapelig ståsted er dette en diskusjon vi er ferdige med for lengst. Vi vet at CO2 er avgjørende for drivhuseffekten. Vi kan observere oppvarmingen som har fulgt med økningen i konsentrasjonen. Det er ingen seriøse teorier som konkurrerer med denne. Du må gjerne krangle på detaljene – det gjør absolutt forskerne – men fakta er på bordet og bør forbli der: Konsentrasjonen av CO2 i atmosfæren er økende. Det forårsaker global oppvarming. Nå bør vi komme oss videre.

Der er forskningen mer eller mindre avgjort nå. Det er derfor Global Carbon Project såpass detaljert hvert år kan fortelle hvor mye som er gått i de ulike karbonslukene.

– Hvis vi ser på årlige utslipp – de har jo flatet ut innimellom, til og med blitt redusert – mens Keeling-kurven ser ut til å stige jevnt og ufortrødent år for år. Hvorfor ser vi ikke at utslippene påvirker konsentrasjonen fra ett år til neste?

– Fordi det er et kumulativt problem. Det årlige CO2-nivået er på en måte summen av alle tidligere års utslipp. Jeg nevnte tidligere at atmosfæren er en søppeldynge – for hvert år blir den litt høyere. Og selv om vi kaster bittelitt mindre på søppeldyngen ett år enn vi gjorde året før, vil den fortsatt vokse omtrent like mye.

Hvis du i stedet for å plotte årlige utslipp lager en graf med kumulative utslipp, vil du knapt se forskjell fra ett år til neste – du vil se en kurve som stiger like jevnt som CO2-konsentrasjonen. Og slik vil det alltid være. Til vi oppnår negative utslipp. Om vi noen gang gjør det.

– Men om vi begrenser utslippene mer – vil Keeling-kurven flate ut? Eller bare stige langsommere?

– Vi kan gjøre et enkelt regnestykke her. Fossile brensler gir CO2. Av all CO2 vil rundt halvparten bli absorbert i havet, eller brukt i fotosyntese på land. Mesteparten av resten blir i atmosfæren, der det bidrar til å varme opp planeten.

Disse karbonslukene er direkte responser på utslippene. Så dersom vi kutter uslippene helt og holdent i morgen, vil karbonslukene fortsette å fungere en stund. Med andre ord vil konsentrasjonen gå litt ned, som resultat av disse slukene.

Skal vi være realistiske, er det beste vi kan håpe at vi oppnår netto null utslipp om 30-40 år. Dersom vi lykkes med det, vil CO2-konsentrasjonen likevel fortsatt stige en stund. Dersom vi klarer å halvere utslippene fra dagens nivå, kan det hende at vi ser CO2-konsentrasjonen vil synke litt, kanskje ned mot 400 ppm på sikt. Men der vil den flate ut igjen.

Poenget er at selv om vi når netto null utslipp, klarer vi aldri å komme ned på førindustrielle nivå av CO2. Med «aldri» mener jeg da ikke på mange tusen år. All CO2-en vi har akkumulert siden Den industrielle revolusjon er med andre ord kommet for å bli. For alltid.

Bli abonnent!

<2°C eies av

I samarbeid med