På leting etter drivhuseffekten Av Jan-Erik Solheim, Thor Eriksen og Yngvar Engebretsen . Geoforskning.no.

Kan et enkelt eksperiment fortelle oss hvor effektiv CO2 er som drivhusgass?

Norsk klimapolitikk bygger på en hypotese om at bruk av fossilt brensel øker CO2-innholdet i atmosfæren slik at vi får en global oppvarming, og at vi derfor må redusere våre utslipp.

Dette har resultert i omfattende og kostbare tiltak. Oppvarmingen på grunn av økte utslipp begrunnes med drivhuseffekten. Den er forklart meget konkret i Stortingsmelding nr. 21/2012 som gir grunnlaget for norsk klimapolitikk.

Vi har utført et eksperiment med oppvarming av små drivhus for å finne drivhuseffekten slik den er beskrevet i Stortingsmeldingen. Det har ikke lyktes oss å demonstrere temperaturøkning ved denne drivhuseffekten.

Allerede i 1861 demonstrerte John Tyndall (1) eksperimenter som viste at varmestråling stoppes av enkelte gasser som vanndamp, karbondioksid og nitrogenoksid (NOx), mens gasser som oksygen og nitrogen slipper igjennom varmestråling.

Varmestråling som stoppes av vanndamp og CO2 i luft, vil enten emitteres på samme bølgelengder eller overføres ved kollisjoner til andre molekyler i luften.

Dette fører til oppvarming av luften. Ved høyt gasstrykk som ved jordas overflate er sjansen for kollisjon med et annet molekyl omtrent 10 000 ganger større enn sjansen for at emisjon på samme bølgelende. Oppvarming på grunn av gasser som stopper stråling blir kalt drivhuseffekten, og de varmeabsorberende gassene kalles drivhusgasser.

En variant av Tyndalls eksperiment er gjennomført av Thorstein Seim og beskrevet i geoforskning.no (2). Han viste at varmestråling stoppes av CO2, men fant ikke økt temperatur i CO2-gass. Den globale temperaturen har heller ikke steget nevneverdig de siste 20 årene selv om globale CO2-utslipp har økt med 50 %.

I Stortingsmelding 21/2012 er drivhuseffekten forklart slik (3):

…Drivhuseffekten er altså at vanndamp, gasser og partikler i atmosfæren virker som takene og veggene i et drivhus. Mer av varmen bevares i jordatmosfæren mens mindre forsvinner ut i verdensrommet igjen. Varmestrålingen sendes ut i alle retninger. Noe går ut i verdensrommet, men mesteparten går tilbake til jorda. De gassene som tar til seg varmestråling på denne måten kalles drivhusgasser eller klimagasser. De viktigste naturlige klimagassene er CO2 og metan … Menneskeskapte utslipp av klimagasser forsterker drivhuseffekten.

Denne forklaringen på drivhuseffekten er meget konkret. En alvorlig feil er at vanndamp ikke er nevnt blant de viktigste klimagassene. I jordas atmosfære absorberer den 16 ganger mer varmestråling enn CO2.

At varmen transporteres bort ved at luft beveger seg og at vann fordamper får heller ikke Stortinget vite.

I det følgende vil vi beskrive et eksperiment der vi tar bort taket på et drivhus og fyller det med CO2, for å se om vi får samme temperaturøkning i dette drivhuset som i et med tak.

Små drivhus med og uten tak

Til forsøket har vi benyttet 4 små drivhus med innebygget varmekilde: en tråd av konstantan montert 5 cm over bunnen i kassene (figur 1 under). Veggene er laget av 10 mm tykk polymethylmetakrylat (PMMA), med reflekterende aluminium på utsiden.

Drivhuset har et volum på 20 liter, og en temperatursensor er plassert midt i kassen, skjermet for direkte stråling fra varmeelementet.

Figur 1. Forsøksoppsett med fire drivhus med PMMA-vegger og forskjellige tak. Temperatursensorer er plassert midt i kassene.

Vi har også gjort forsøk med små drivhus hvor varmekilden er lampe som lyser ned i kassen og varmer opp tak og vegger. I tillegg har vi gjort forsøk med sola som varmekilde. Disse forsøkene er beskrevet i Fra Fysikkens Verden (4).

Drivhuseffekt som beskrevet i Stortingsmelding 21

Om drivhuseffekten virker som tak og vegger i drivhus har vi undersøkt ved hjelp et drivhus uten tak  – fylt med drivhusgassen CO2.

Dette sammenlignet vi med to andre drivhus uten tak, et med luft og et med argon, som ikke er en drivhusgass. Som kontroll har vi et drivhus med luft og tak av plastfolie som slipper gjennom varmestråling. Resultatet er vist i figur 2.

Figur 2. Temperaturkurver fra oppvarming av fire drivhus. To er fylt med luft: Ett er uten tak (rødt) og ett med plastfolie som tak (magenta). Ett er fylt med CO2, men uten tak (blått) og ett med argon, også uten tak (grønt).

Etter vel 10 minutter skrur vi på strømmen, og vi får en rask oppvarming i tre av drivhusene.

Drivhuset med CO2 uten tak, viser etter kort tid høyere temperatur enn de andre drivhusene, men blir brått kaldere etter at varmen har stått på i ca. 7 min (blå kurve). Det får samme temperatur som et drivhus med luft uten tak.

Det samme skjer med drivhus uten tak fylt med argon (grønn kurve), som ikke oppnår like høy temperatur og starter avkjøling noen minutter før drivhuset med CO2. Drivhuset med luft og plastfolie som tak (magenta kurve), ble varmere så lenge varmekilden stod på.

Vår konklusjon er at drivhusgassen CO2 ikke kan erstatte tak (og vegger) i et drivhus. Den oppfører seg på samme måte som argon som ikke er en drivhusgass: Når varmen settes på varmes gassen i drivhuset opp ved varmeledning (kollisjon mellom molekyler) og varmen spres ved konveksjonsstrømmer.

Den varme gassen stiger opp forbi detektoren, som er plassert omtrent midt i kassen, og deretter opp til toppen av veggene, renner over kanten og spres utover i rommet. Kald luft trekkes inn fra rommet, og etter noen minutter har vi samme temperatur i alle drivhus uten tak.

Dette er i samsvar med tidligere funn (5): at det er tak og vegger i drivhuset som holder på varmen – ikke drivhusgassene.

Hvor fort gassene forsvinner ut av drivhuset avhenger av gassens tyngde. Luft har egenvekt 1.29 kg/m3, mens egenvekten for argon er 1,78 og CO2 er 1,97 kg/m3. Med et varmesøkende kamera demonstrerer vi at de varme gassene stiger opp og renner over kanten av drivhuset.

 Litteraturliste

1.    John Tyndall: On the Absorption and Radiation of Heat by Gases and Vapours, and on the Physical Connection of Radiation, Absorption and Conduction. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 151, 1-36 (1861)
2.    Thorstein Seim: Et lite CO2-eksperiment,
http://www.geoforskning.no/nyheter/klima-og-co2/1308-et-lite-co2-eksperiment (2016)
3.    Stortingsmelding 21, Norsk klimapolitikk, (2011-2012)
4.    J.-E. Solheim, T. Eriksen og Y. Engebretsen, Et skoleforsøk med små drivhus, Fra Fysikkens Verden 78, Nr 3, 78-83, (2016)