Redigerer Tilbakekoblingsmekanisme (klima) (avsnitt)

== Negative tilbakekoblingsmekanismer ==
Negative tilbakekoblingsmekanismer er mindre virkningsfulle sett i sammenheng med økt strålingspådriv. Disse reduserer hastigheten av oppvarmingen, men kan ikke alene forårsake nedkjøling av jorden.<ref>[[#Barry og Chorley|Barry og Chorley: ''Atmosphere, weather and climate'' side 359.]]</ref> Den viktigste negative tilbakekoblingsmekanismen er temperaturavhengig langbølget stråling (varmestråling) fra jorden.<ref name=Hartmann231>[[#Hartmann1994|Hartmann: ''Global Physical Climatology'' side 231–232.]]</ref> En negativ tilbakekobling er dannelse av flere høye skyer som reflekterer mer av solens innkommende stråler.<ref name=Barry358/>

=== Langbølget stråling fra jorden ===
[[Fil:NASA Earth radiation thermal balance energy budget atmosphere.jpg|mini|Pilene øverst viser langbølget varmestråling (infrarødt lys) ut fra atmosfæren (bred pil) og fra jordoverflaten (smal pil) til verdensrommet. {{byline|NASA Earth Observatory}}]]

Når temperaturen for et svart legeme øker, vil utslipp av langbølget varmestråling øke med fjerde potens av legemets absolutte temperatur. Dette er i henhold til Stefan–Boltzmanns-lov. I denne sammenhengen er det vanlig å betrakte jordkloden som et svart legeme som emitterer varmestråling ut i verdensrommet. Dette øker styrken av utgående stråling når jordoverflaten får høyere temperatur. Denne er også kalt Planck-tilbakekobling, som er den sterkeste negative tilbakekoblingen.<ref name=Knutti/>

Klimamodeller gir en verdi for Planck-tilbakekobling på -3,2 w/(m<sup>2</sup>K).<ref name=Goosse4/>

=== Karbonsyklusens negative tilbakekoblinger ===
[[Fil:Carbon cycle-cute diagram.svg|mini|Diagrammet viser karbonsyklusen med lagring og årlig utveksling av karbon mellom [[jordens atmosfære]], [[hydrosfære]]n og [[litosfære]]n i gigatonn, eller milliarder tonn, karbon (GtC). {{byline|NASA}}]]

Det største karbonsluket er havet som tar opp CO<sub>2</sub>-gass via mekanismer som har å gjøre med at havvann fysisk har evne til å løse opp CO<sub>2</sub> (beskrevet ved [[Henrys lov]]), samt biologiske prosesser der CO<sub>2</sub> inngår.<ref>[[#Stocker|Stocker et al: ''Fifth Assessment Report'' side 472.]]</ref> Havet har hatt en økende evne til å ta opp CO<sub>2</sub>, slik at en økende mengde av gassen i atmosfæren har ført til økende opptak.<ref name=Prentice1213/>

Tilbakekoblingsmekanismen relatert til karbonsyklusen representerer tilbakekoblinger som primært har betydning for styrken av dem.<ref name=Hartmann8/> Tidsskalaen de virker på er hele spennet fra dager til århundrer.<ref name=Stocker128/>

==== Den uorganiske karbonpumpen ====
Ifølge [[Le Chateliers prinsipp]] vil den kjemiske likevekten for jordens karbonkretsløp endres som en respons på menneskeskapte CO<sub>2</sub>-utslipp. Den primære driveren for dette er havet, som absorberer den menneskeskapte tilførselen av CO<sub>2</sub> via den såkalte ''karbonpumpen''. I dag utgjør dette bare om lag en tredjedel av totale utslipp, men til syvende og sist vil det meste, rundt 75 %, av den CO<sub>2</sub>-gassen som slippes ut på grunn av menneskelige aktiviteter, løses opp i havet over flere århundrer.<ref>{{cite journal|last=Archer|first=David|year=2005|title=Fate of fossil fuel CO<sub>2</sub> in geologic time|journal= Journal of Geophysical Research |volume=110|url=http://geosci.uchicago.edu/~archer/reprints/archer.2005.fate_co2.pdf|doi=10.1029/2004JC002625|pages=C09S05|bibcode=2005JGRC..11009S05A}}</ref> Imidlertid er hastigheten som havet vil ta CO<sub>2</sub> opp i fremtiden være mindre sikkert. Den er påvirket av en forventet lagdeling forårsaket av oppvarming og eventuelt endringer i havets [[Termohalin sirkulasjon|termohaline sirkulasjon]]. Med andre ord en svekkelse av havstrømmene.<ref>{{Kilde artikkel | forfattere = Jansen, Malte F.  | tittel = Glacial ocean circulation and stratification explained by reduced atmospheric temperature | publikasjon = Grantham Institute Briefing paper  | år = 2016  | bind =114 | hefte = 1 | sider = 45–50 | doi = 10.1073/pnas.1610438113  | url = https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5224371/}} {{død lenke|dato=september 2017 |bot=InternetArchiveBot }}</ref><ref>{{Kilde artikkel | forfattere = C. Heinze, S. Meyer, N. Goris, L. Anderson, R. Steinfeldt, N. Chang, C. Le Quéré, og D. C. E. Bakker | tittel = The ocean carbon sink – impacts, vulnerabilities and challenges | publikasjon = Earth System Dynamics | år = 2015 | bind = 6 | hefte =  | sider = 327–358 | doi = 10.5194/esd-6-327-2015 | url = https://www.earth-syst-dynam.net/6/327/2015/ }}</ref>

[[Fil:Emiliania huxleyi coccolithophore (PLoS).png|mini|Kalkflagellen ''[[emiliania huxleyi]]'' sett i et elektronmikroskop. Dette planteplanktonet tar opp CO<sub>2</sub> for å opprettholde dets livsprosess, den er dermed blant de største bidragsyterne til den såkalte ''biologiske karbonpumpen'' i havet. Det er usikkert hvorvidt ''emiliania huxleyi'' representerer et [[Karbonsluk|nettosluk]] eller kilde til CO<sub>2</sub>. {{byline|Alison R. Taylor}}]]

CO<sub>2</sub> løses opp i sjøvann og det skjer en kjemisk reaksjon der det dannes [[karbonsyre]] (H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>). H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> reagerer videre og danner hydrogenioner, som til slutt danner [[hydrogenkarbonat]] (HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>). Dette uorganiske karbonet, som ikke innlemmes i organisk karbon via fotosyntese, blir til uoppløselige ioniske salter, hvorav størstedelen er [[kalsiumkarbonat]]  (Ca<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>). Ca<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> er uoppløselig i havvann, og blir til bunnfall. Imidlertid er det mange organismer i havet som bruker Ca<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> som byggesteiner, for eksempel koraller, skalldyr og plankton.<ref name=Riebeek>{{Kilde www | forfatter= Riebeek, Holli | url= https://earthobservatory.nasa.gov/Features/OceanCarbon/ | tittel= The Ocean’s Carbon Balance | besøksdato= 17. september 2019 | utgiver= Earth Observatory, NASA | arkiv_url= | dato = 30. juni 2008 }}</ref><ref name=Ocean>{{Kilde www | forfatter=  | url= https://www.acs.org/content/acs/en/climatescience/oceansicerocks/oceanchemistry.html | tittel= Ocean Chemistry – ACS Climate Science Toolkit | besøksdato= 17. september 2019 | utgiver= American Chemical Society | arkiv_url= https://web.archive.org/web/20200222042943/https://www.acs.org/content/acs/en/climatescience/oceansicerocks/oceanchemistry.html | dato=  | arkiv-dato= 2020-02-22 | url-status= yes }}</ref>

[[Fil:EL18p-Réunion.jpg|mini|Korallbleking har en rekke årsaker, en av dem er økt havtemperatur på grunn av [[global oppvarming]].]]

Etter hvert som CO<sub>2</sub>-konsentrasjonen i atmosfæren øker, tas stadig mer CO<sub>2</sub> opp i havet. Konsentrasjonen av H<sup>+</sup>-ioner øker, mens konsentrasjonen negative ioner reduseres. Effekten av dette er at havets [[pH|pH-verdi]] synker og havet blir surt, en prosess kjent som [[havforsuring]]. Surheten i de øverste vannlagene har blitt redusert fra pH 8,2 til 8,1 de siste hundre år. På denne tiden har havet tatt opp 100 GtC eller omtrent 370 Gt ([[Giga]][[tonn]]) CO<sub>2</sub><ref name=Riebeek/><ref name=Ocean/>

Desto varmere overflaten av havet blir, desto vanskeligere blir det for vinden å skape turbulens og omrøring som får vann fra dypere lag til overflaten. Havet blir på grunn av dette roligere og lagdeling oppstår. Når tilgangen på friskt karbonatrikt vann reduseres fører dette til CO<sub>2</sub>-metning av de øvre lagene av sjøvannet. Effekten av dette er reduserte livsbetingelser for planteplankton, dermed reduseres også CO<sub>2</sub>-opptaket fra fotosyntesen i planteplankton.<ref name=Riebeek/>

I tillegg til vind som lager turbulens og omrøring i havet, er havstrømmene også med på å føre vann fra havdypet opp til overflaten. Til forskjell fra vinden, er dette sirkulasjoner som skjer på spesielle geografiske steder. Det er også slik at havet slipper ut CO<sub>2</sub>. Havstrømmene deles inn i varme overflatestrømmer, slik som [[Golfstrømmen]], og kalde bunnstrømmer, som [[Labradorstrømmen]]. CO<sub>2</sub> fra atmosfæren tas opp der det foregår såkalt dypvannsformasjon, for eksempel der Golfstrømmen synker ned i havdypet i [[Nord-Atlanteren]]. Karbonet som blir med strømmen ned mot havbunnen blir også oppløst, dermed er de store havstrømmene del av den uorganiske karbonpumpen. Omrøring på grunn av vind i de høyere vannlagene gir oppløsning av CO<sub>2</sub> i løpet av noen år, men likevekt for de store havstrømmenes del av karbonpumpen kan ta hundrevis av år.<ref name=Riebeek/><ref name=Ocean/>

Havets evne til å ta opp CO<sub>2</sub> er en sterk negativ tilbakekobling som funksjon av konsentrasjon, mens effekten av oppvarming og mindre CO<sub>2</sub>-opptak er i dag (2015) en svak positiv tilbakekobling.<ref name=Prentice1213>{{Kilde artikkel | forfattere = Prentice, Iain Colin, Williams, Siân og Friedlingstein, Pierre  | tittel = Biosphere feedbacks and climate change  | publikasjon = Grantham Institute Briefing paper  | år = juni 2015 | bind =  | hefte =  12 | sider = 12–13 | doi =   | url = https://www.imperial.ac.uk/media/imperial-college/grantham-institute/public/publications/briefing-papers/Biosphere-feedbacks-and-climate-change-Briefing-Paper-No-12v2.pdf}}</ref>

==== Den organiske karbonpumpen ====
[[Primærproduksjon|Netto primærproduksjon]] endres som en respons på økt CO<sub>2</sub>, fordi plantenes fotosyntese øker som respons på økende konsentrasjoner av CO<sub>2</sub>.<ref>{{Cite journal| url = https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1046/j.1365-2486.2001.00383.x | doi=10.1046/j.1365-2486.2001.00383.x |last1=Cramer|first1=W.|last2=Bondeau |first2=A.|last3=Woodward|first3=F. I.| last4=Prentice|first4=I. C.|last5=Betts|first5=R. A.| last6=Brovkin|first6=V.|last7=Cox| first7=P. M. |last8=Fisher |first8=V. |last9=Foley |first9=J. A.|last10=Friend|first10=A. D.|last11=Kucharik|first11=C.|last12=Lomas| first12=M. R.|last13=Ramankutty|first13=N.| last14=Sitch |first14=S.|last15=Smith|first15=B.|last16=White|first16=A.|last17=Young-Molling |first17=C.|title=Global response of terrestrial ecosystem structure and function to CO2and climate change: results from six dynamic global vegetation models|journal=Global Change Biology|volume=7|issue=4|page=357|year=2001}}</ref> Dette er en sterk negativ tilbakekobling, og en annen har å gjøre med økt primærproduksjon på grunn av endret klima.<ref name=Stocker515/>

Med økte nivåer av CO<sub>2</sub> i atmosfæren øker effekten av fotosyntesen, som i neste omgang øker utnyttelsen av vann i planter, samt at varmestrålingen reduseres. Feltstudier har vist at netto primærproduksjon kan økes med 20–25 % ved en dobling av CO<sub>2</sub>-konsentrasjonen i atmosfæren fra førindustriell tid. Det er også påvist økt evne for vegetasjonen i tempererte soner til å lagre karbon over flere år når CO<sub>2</sub>-konsentrasjonen øker. Men det er også påvist motsatt effekt for noen planter og økosystemer. Imidlertid er det store usikkerheter om styrken av denne tilbakekoblingen. En antar også at det er sannsynlig at tilstedeværelse av reaktiv nitrogen er med på å gi denne effekten, spesielt i skog.<ref name=Stocker501>[[#Stocker|Stocker et al: ''Fifth Assessment Report'' side 501-502.]]</ref>

Mange studier er gjort og viser et stort intervall for graden av tilbakekoblingen for landjordens respons på økt CO<sub>2</sub>-innhold i atmosfæren. Variasjonen er fra cirka -0,2 til -1,9  W/(m<sup>2</sup>K), med et gjennomsnitt på cirka -1,1 W/(m<sup>2</sup>K). Om nitrogenkretsløpet og dets innvirkning på karbonkretsløpet inkluderes blir gjennomsnittet -1,6 W/(m<sup>2</sup>K). Når det gjelder havet som karbonsluk er parameteren for denne tilbakekoblingen i forskjellige studier funnet til å være rundt -0,6 til -1,4 W/(m<sup>2</sup>K), med et gjennomsnitt på rundt -0,9 W/(m<sup>2</sup>K). Alle disse tilbakekoblingene er relatert til konsentrasjonen av CO<sub>2</sub> i atmosfæren, altså at økt konsentrasjon fører til økt opptakt av CO<sub>2</sub>. Flere andre tilbakekoblinger relatert til karbonkretsløpet er også forsøkt kvantifisert, men disse er mindre i størrelse og mer usikre.<ref name=Stocker515>[[#Stocker|Stocker et al: ''Fifth Assessment Report'' side 515.]]</ref>

Opptaket av menneskeskapt CO<sub>2</sub> i havet er i hovedsak en respons på økt nivå av CO<sub>2</sub>-innhold i atmosfæren. Effekten er styrt av hvor fort CO<sub>2</sub> kan transporteres fra overflatelagene til dypet.<ref>[[#Stocker|Stocker et al: ''Fifth Assessment Report'' side 496.]]</ref> Opptaket av CO<sub>2</sub> i havet skjer ved at [[planteplankton]] trenger dette til sin fotosyntese.<ref name=Riebeek/>

Det er i henhold til klimapanelets femte hovedrapport meget sannsynlig at global oppvarming vil gi mindre oppløst O<sub>2</sub> i havet. Dette på grunn av at høyere temperatur reduserer opptaksevnen, men også på grunn av økt lagdeling i havet. En konsekvens av dette er påvirkning av havets sirkulasjon av karbon og næringsstoffer, havets produktivitet og habitat. Modellstudier forklarer også at reduksjonen har sammenheng med redusert blanding på grunn av vind, samt redusert dypvannsdannelse.<ref>[[#Stocker|Stocker et al: ''Fifth Assessment Report'' side 532-533.]]</ref>

=== Temperaturfall oppover i atmosfæren ===
Atmosfærens temperatur avtar med høyden oppover i [[troposfæren]], altså den nederste delen av atmosfæren der mesteparten av været foregår. Årsaken til temperaturfallet er avtagende lufttrykk oppover i troposfæren. Siden emisjon (utsendelse) av langbølget stråling varierer med temperaturen, vil langbølget stråling som slipper unna og opp i verdensrommet fra den relativt kalde øvre atmosfæren, være mindre enn det som slippes ut fra bakken fra den lavere delen av atmosfæren. Dermed vil styrken av drivhuseffekten avhenge av atmosfærens synkende temperatur oppover i høyden. Ved hjelp av matematisk modellering kan man vise at global oppvarming antagelig vil redusere graden av temperaturfall oppover i høyden, noe som gir en negativ tilbakekoblingsmekanisme for adiabatisk temperaturendring (lapserate).{{efn|Engelsk: «Lapse rate», som også brukes på norsk.}}<ref name=Humi /> Årsaken til dette er en tilbakekobling avhengig av global gjennomsnittstemperatur, der økt temperatur høyt opp i atmosfæren gir større varestråling ut i verdensrommet.<ref>[[#Stocker|Stocker et al: ''Fifth Assessment Report'' side 587.]]</ref>

Tilbakekoblingsmekanismen relatert til temperaturfall oppover i atmosfæren representerer tilbakekoblingsmekanismer som primært har betydning for styrken.<ref name=Hartmann8/> Tidsskalaen den virker på er timer.<ref name=Stocker128/>

=== Tilbakekoblinger relatert til nitrogensyklusen ===
[[Fil:AXIS50 2283 wiki.jpg|mini|Bruk av kunstgjødsel er en påvirkning av nitrogen- og karbonsyklusen som kan danne tilbakekoblingsmekanismer. Det er usikkerhet både om styrken og fortegnet for påvirkningen. {{byline|RAUCH Landmaschinefabrik GmbH}}]]

Det er tre viktige prosesser for utslipp av reaktivt nitrogen og klima: Utslipp av N<sub>2</sub>O ved produksjon av kunstgjødsel og forbrenning, som er en potent drivhusgass. Videre utslipp av NO<sub>x</sub> som skaper ozon (O<sub>3</sub>) i troposfæren som gir stor drivhuseffekt, men som også reduserer CH<sub>4</sub> og i tillegg bidrar til aerosoldannelse som har en nedkjølende effekt, samt at en indirekte nedkjølende effekt på grunn av skydannelse. En tredje prosess er utslipp av NO<sub>3</sub> som gir aerosoldannelse. Alle de tre første NO<sub>x</sub>-bidragene, samt NO<sub>3</sub>, bidrar til nedkjøling.<ref>[[#Stocker|Stocker et al: ''Fifth Assessment Report'' side 477.]]</ref>

Nitrogen i jordsmonnet vil generelt stimulere plantevekst, altså bidra til å øke netto primærproduksjon. Men forskere har også begynt å interessere seg for motsatt effekt, blant annet utslipp av drivhusgassen NO<sub>2</sub> fra jordsmonn som gjødsles med kunstgjødsel.<ref>{{Kilde www | forfatter= Sönke Zaehle | url= | tittel= Anthropogenic nitrogen plays a double role in climate change | besøksdato= 23. juli 2017 | utgiver=Phys.org | url=https://phys.org/news/2011-08-anthropogenic-nitrogen-role-climate.html | dato = 4. august 2011 }}</ref> Påvirkning av nitrogensyklusen er forventet å påvirke klimasystemets kilder til CO<sub>2</sub>-utslipp og -opptak, samt en effekt på utslippene av NO<sub>2</sub>-utslipp fra land og hav. Imidlertid er prosessene mange og meget komplekse, blant annet involverer de atmosfæren, land og sjø. Sikkerheten for størrelsen, og om de gir positive eller negative tilbakekoblinger, er lav.<ref name=Stocker514>[[#Stocker|Stocker et al: ''Fifth Assessment Report'' side 514.]]</ref>

Tilbakekoblingsmekanisme relatert til biokjemiske prosesser representerer tilbakekoblingsmekanismer som primært har betydning for styrken av tilbakekoblinger.<ref name=Hartmann8/> Tidsskalaen den virker på er timer.<ref name=Stocker128/>

=== Havstrømninger og varmeopptak ===
[[Fil:Circulacion termohalina.jpg|mini|Den [[Termohalin sirkulasjon|termohaline sirkulasjon]] er sterke havstrømmer som forbinder verdenshavene. Som navnet antyder drives de av ulikheter i temperatur og saltinhold. Overflatestrømmene er varme og de dype strømmene er kalde.]]

Verdenshavene utgjør et enormt termisk energilager, i tillegg til at det finnes sterke strømninger som transporterer varme fra lave til høye breddegrader.<ref name=Houghton111>[[#Houghton|Houghton: ''Global warming – The Complete Briefing'' side 111–114.]]</ref> Det har vært studier som har påvist muligheten for at [[Golfstrømmen]] kan svekkes på grunn av global oppvarming. Andre studier derimot har ikke gitt grunnlag for en slik svekkelse kan skje. Om en slik svekkelse vil skje vil det virke som en negativ tilbakekobling for områder i Nord-Atlanteren, ved at mindre varme transporteres fra sørlige farvann.<ref>[[#Hartmann|Hartmann et al: ''Climate Change Feedbacks'' side 55.]]</ref> En mekanisme for denne svekkelsen er tilførsel av smeltevann ut i havet vil redusere dypvannsdannelsen i Nord-Atlanteren. Disse mekanismene er ikke godt forstått.<ref name="ReferenceC">[[#Hartmann|Hartmann et al: ''Climate Change Feedbacks'' side 56.]]</ref>

En tilbakekobling relatert til vind i Nord-Atlanteren er også mulig. Vinder mot nord har betydning for transport av vannmassene i Golfstrømmen mot områdene der dypvannsdannelse finner sted. Økt intensitet av lavtrykkssystemer kan ha to effekter: for det første sterkere innstrømming av varmt vann fra lave breddegrader, samt transport av vann med svekket saltinnhold mot sør. For det andre kan det øke varmetapet fra havet i nordområdene på grunn av større vindhastighet. Dette vil kunne svekke Golfstrømmen.<ref name="ReferenceC"/>

Kunnskapen om disse mekanismene er begrenset.<ref>[[#Hartmann|Hartmann et al: ''Climate Change Feedbacks'' side 48.]]</ref> Mye forskning rundt disse forholdene blir gjort, blant annet av [[Norsk polarinstitutt]].<ref name=>{{Kilde www | forfatter= | url= https://www.npolar.no/prosjekter/a-twain/ | tittel= Long-term variability and trends in the Atlantic Water inflow region (A-TWAIN) | besøksdato= 13. oktober 2019 | utgiver= [[Norsk polarinstitutt]] | arkiv_url= | dato = }}</ref>

Havets vannmasser representerer en tilbakekoblingsmekanisme som primært har betydning for den transiente tilbakekoblingen, altså tiden det tar for ny likevektstilstand opprettes.<ref name=Hartmann8/><ref name=Houghton111/> Tidsskalaen den virker på er årtier til århundrer. Generelt er en usikker på om havstrømmer representerer positive eller negative tilbakekoblinger.<ref name=Stocker128/>