klimaforskning

Joseph Fourier regnes for å være den første som innså at Jordens atmosfære ga en høyere overflatetemperatur enn hva som bare kunne tilskrives planetens avstand til solen. Han var den første som, på 1820-tallet, brukte betegnelsen «drivhuseffekten».

Forutsetningen for at atmosfæren skal gi opphav til en drivhuseffekt bygger blant annet på John Dalton sin teori fra 1805 om at universet består av atomer, og Gustav Kirchhoff sine studier på 1860-tallet om sammenhengen mellom temperatur og varmetap i form av varmestråling («svart stråling»).

En viktig brikke i teorien bak drivhuseffekten og Jordens energibalanse, bygger på Stefan-Boltzmanns lov, som igjen baserer seg på resultatene av laboratoriestudier utført av John Tyndall på 1850-tallet. John Tyndall målte i hvilken grad gasser som vanndamp og CO₂ fanger opp varmestråling.

Svante Arrhenius er den første som regnet på hvilken betydning endring i CO₂ har for Jordens klima, og han publiserte sine funn i 1896.

En av målsetningene hans var å forklare hvordan de små endringene i Jordens bane kunne skape istidene – endring i energimengden som Jorda mottok ble ansett for å være for liten til å forklare så store forandringer i klimaet.

Arrhenius' beregninger baserte seg i stor grad på måleresultater, og den teoretiske forståelsen ble ikke komplett før noen tiår etter hans funn.

Max Planck regnes for å være en av pionerene bak kvantefysikken, og det er hans ligning – Plancks lov – som i detalj beskriver hvordan legemer med en gitt temperatur stråler ut varme i ulike bølgelengder.

Denne ligningen forklarer hvorfor et stykke jern først blir rødglødende når det varmes opp, og får en hvit farge ved ekstremt høy temperatur.

Ludwig Boltzmann bidro med ytterligere innsikt om forholdet mellom atomer og temperatur, og regnes for å være en pioner innen termodynamikken.

Albert Einsteins oppdagelse av fotoelektrisk effekt i 1905 regnes også som en viktig milepæl for den kvantefysiske teorien som underbygger vår forståelse av drivhuseffekten.

Det var først i 1938 at Guy S. Callendar kunne gjøre grundigere beregninger av betydningen økte CO₂-konsentrasjoner har for Jordens middeltemperatur, med hjelp av økt innsikt rundt fysikken bak drivhuseffekten.

Gilbert Plass arbeidet videre med beregningene for hvordan økte konsentrasjoner av CO₂ påvirker klimaet (1956), hvor han inkluderte detaljene i CO₂ sitt absorbsjonsspektrum.

Drivhuseffekten observert på Jorden opptrer ikke alene, men er flettet sammen med vannets globale kretsløp og måten varme/energi beveger seg fra bakken og ut til verdensrommet. Det er en jevn flyt over tid mellom hvor mye energi Jorden mottar fra solen (sollys) og hvor mye den avgir til verdensrommet. Når disse størrelsene er like store (likevekt), vil Jordens klima være stabilt.

Den amerikanske geofysikeren Edward Olson Hulburt var en pioner med å beregne Jordens varmetap knyttet til både varmestråling og konveksjon i 1931.

Mye av forskningen og vitenskapen rundt drivhuseffekten ble etablert frem til midten av 1900-tallet, og det er ikke så mange moderne vitenskaplige publikasjoner om selve grunnprinsippene knyttet til drivhuseffekten. Moderne forskning har hatt mer fokus på å utvikle klimamodeller, studere mer detaljerte mekansimer som har betydning for klimafølsomheten samt utvikle instrumenter og metoder som gjør at satelitter kan måle ulike sider av jordens klima.

Parallelt med fremskrittene i forståelsen av fysikkens lover og drivhuseffekten, har forholdet mellom solflekker og klima lenge vært et forskningstema. En rekke statistiske studier på 1800-tallet er beskrevet av Bjørn Helland-Hansen og Fridtjof Nansen (1920), og det var en vanlig oppfatning at klimaet er påvirket av solaktiviteten.

Men mange av disse studiene ga ofte resultat som senere sviktet da man fikk lengre måleserier, og over tid mistet ideen om at solflekkene i vesentlig grad skulle påvirke klimaet sin troverdighet i klimatologimiljøet. I solforskningsmiljøet, derimot, ser denne oppfatningen ut til å ha vært utbredt siden 1950-tallet.

På 1990-tallet kom spørsmålet om forbindelse mellom solaktivitet og klima mer i fokus i forskningskretsene, blant annet etter en artikkel i tidsskriftet Science av Eigil Friis-Christensen og Knud Lassen, som ble ansett som svært kontroversiell i klimatologimiljøet.

Siden publiserte den danske fysikeren Henrik Svensmark en artikkel i 1998, som antydet at kosmisk stråling kunne forårsake global oppvarming. Dette spørsmålet hadde allerede blitt diskutert i 1975 av Robert E. Dickinson, men Svensmark klarte å skape betydelig medieoppmerksomhet. Svensmarks hypotese har senere møtt sterk motstand, blant annet fra forskere som T. Sloan og A.W. Wolfendale.

Et av problemene med hypotesen om sammenhengen mellom kosmisk stråling og klima, er skyenes komplekse natur, mangel på fysisk forståelse, og mangelen på klare sammenhenger i måleseriene.

Den fysiske mekanismen bak måten kosmisk stråling påvirker Jordens klima på, via en effekt på skyer som igjen styrer hvor mye sollys bakken mottar, kan ikke forklare hvorfor oppvarmingen vi har sett på Jorden har vært størst om natten når det er mørkt og ingen sollys.

I 2011 ble det utført et eksperiment ved CERN hvor man fant at ionisering forbundet med kosmisk stråling kan ha en betydning for hvordan sulfatmolekyler klumper seg sammen – det første stadiet i utviklingen av noen skydråpekjerner.

Solaktivitet kan også påvirke klima gjennom andre mekanismer, fordi solas utstråling varierer noe med solflekkene. Målingene viser også at endringene i solas utstråling øker mest i UV-delen av solas spektrum, noe som påvirker stratosfæren i større grad.

Forholdet mellom solaktivitet og klima har i det siste fått større troverdighet i klimatologiske kretser, ikke minst på grunn av banebrytende arbeid av meteorologen Karin Labitzke.

Spørsmålet om solens betydning for Jordens klima ble belyst av det europeiske forskningsprosjektet COST-TOSCA (2011–2015).