Redigerer Tilbakekoblingsmekanisme (klima) (avsnitt)

=== 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>