Global dimming

Global dimming er en gradvis reduksjon i styrken av global direkte solstråling (irradiansen) på jordoverflaten som har blitt observert siden 1950-årene, da systematiske målinger begynte. Graden av dimming varierer fra sted til sted og gir klimaendringer, men for verden som helhet er fenomenet blitt anslått til å ha redusert solstrålingen med rundt 4 % i tidsrommet 1960–1990. Imidlertid har det vært en liten tilbakegang for denne generelle trenden, forårsaket av utbruddet av vulkanen Mount Pinatubo i 1991.

Global dimming er antatt å ha blitt forårsaket av en økning i partikler i atmosfæren, som for eksempel sulfat-aerosoler på grunn av menneskeskapte utslipp.

Global dimming har påvirket vannets kretsløp ved å redusere fordampingen fra jordoverflaten. En tror også at det kan ha redusert nedbøren i enkelte områder. Global dimming skaper også en avkjølende effekt som delvis kan motvirket effekten av klimagasser som gir global oppvarming.

Årsaker og virkninger 
Det er antatt at global dimming oppstår på grunn av økt tilstedeværelse av aerosoler og partikler i atmosfæren forårsaket av menneskelig utslipp. Aerosoler og andre partikler absorberer solenergi og reflekterer sollys tilbake til verdensrommet. Miljøgifter kan også danne kjerner for dannelse av skydråper. Vanndråper i skyene samle seg rundt partikler. Økt forurensning fører til mer partikler og dermed skapes skyer som består av et større antall mindre dråper. Det er uansett den samme mengden vann tilstede, men som er spredt over flere dråper. Med mindre dråper oppstår skyer som er mer reflekterende, slik at mer innkommende sollys blir reflektert tilbake til verdensrommet, og mindre når jordens overflate. Dette samme virkning skjer for refleksjon av terrestrisk stråling, altså langbølget varmestråling fra jordoverflaten. Dermed betyr dette at mer varme blir fanget i den lavere delen atmosfæren. I modeller har det vist seg at disse små dråpene også redusere nedbørsmengden.

Skyer fanger opp både varme fra solen og varmen som stråler fra Jorden. Effektene er komplekse, og varierer i tid, sted og høyde. På dagtid er vanligvis oppfanging av sollys som dominerer, noe som gir en kjølende effekt, men om natten blir effekten tilbakeført varme til jorden, noe som reduksjon av dens varmetap. Dette fører til stormer og påfølgende regnvær og flom.

Forskning 
På slutten av 1960-tallet arbeidet den russiske klimatologen Mikhail Ivanovitsj Budyko med enkle todimensjonale klimamodeller for å undersøke refleksjon på is. Han fant at albedo på grunn av is skapt en positiv tilbakekoblingsmekanisme for jordens klimasystem. Desto mer snø og is, jo mer solstråling reflekteres tilbake til verdensrommet, noe som i neste omgang fører til nedkjøling av jorden, som fører til enda mer snø og is. Andre studier har funnet at forurensning eller vulkanutbrudd kan føre starten på en istid.

I midten av 1980-årene fant forskeren og geografen Atsumu Ohmura ved ETH, ut at solstråling som treffer jordens overflate hadde blitt redusert med mer enn 10 % i løpet av de tre foregående tiår. Hans funn viste seg dermed å stride mot trenden med global oppvarming, siden den globale temperaturen stort sett hadde vært stigende siden 70-årene. Om mindre lys når jorden så skulle det bety at jorden kjøles ned. Ohmura publisert sine funn under tittelen «Sekulær variant av global stråling i Europa» i 1989. Dette ble snart etterfulgt av andre forskere. Den estiske atmosfærefysikeren Viivi Russak publiserte i 1990 artikkelen «Trender for solstråling, skyer og atmosfærisk transparens de siste tiårene i Estland», og den tyske klimaforskeren Beate Liepert i 1994 artikkelen «Solstråling i Tyskland — Observerte trender og en vurdering av deres årsaker». Dimming har også blitt observert i områder over hele det tidligere Sovjetunionen. Klimaforskeren Gerry Stanhill studerte disse reduksjonene over hele verden, og innførte begrepet «global dimming».

Uavhengig forskning i Israel og Nederland på slutten av 1980-årene viste også en tydelig reduksjon i styrken av sollys, dette til tross for omfattende bevis for at klimaet ble varmere. Graden av dimming varierer rundt om i verden, men er i gjennomsnitt beregnet til rundt 2–3 % per tiår. Trenden snudde så på begynnelsen av 1990-årene.
Det er vanskelig å foreta presise målinger, på grunn av vanskeligheter med nøyaktig kalibrering av instrumentene som brukes, og problemet med geografisk dekning. Likevel, effekten er nesten så å si helt sikkert tilstede.

Denne dimmingen på 2–3% skyldes endringer i jordens atmosfære, verdien av solens stråling ved toppen av atmosfæren har ikke endret seg med mer enn en brøkdel av dette tallet over de aktuelle årene.

Dimmingen varierer sterkt over hele joden, men estimater av gjennomsnittlig verdi på jordens overflate er som følger:
 5,3 % (9 W/m2); over 1958–85, i henhold til forskning utført av Stanhill og Moreshet i 1992,
 2 %/tiår i tidsrommet 1964–93, i henhold til Gilgen og flere,
 2,7 %/tiår (totalt 20 W/m2) opp til 2000, i henhold til Stanhill og Cohen,
 4 % over årene 1961–90, i henhold til Liepert 2002.

Disse tallene gjelder for jordoverflaten og er egentlig ikke globale gjennomsnittsverdier. Hvorvidt dimming, eller eventuelt sterkere lys, har oppstått over havene har vært et åpent spørsmål, selv om en bestemt måling har påvist effekter av dimming rundt 640 km fra India over Det indiske hav mot Maldivene. Regionale virkninger er sannsynligvis dominerende, og heller ikke strengt begrenset til landjorden, og effektene vil være drevet av regional luftsirkulasjon. En gjennomgang av klimaforskeren Martin Wild og kolleger 2009, fant at utbredt variasjon av dimming regionalt, som også var avhengig av tid. Det var målt solar økning utover på begynnelsen av 2000-tallet av en rekke stasjoner i Europa, USA og Korea. Sterkere solstråling i områder i Antarktis i løpet av 1990-årene, skyldtes at dimmingen etter utbruddet fra Mount Pinatubo i 1991. Tendens til mer sollys ser også ut til å være registrert i Japan. I Kina er det noen indikasjoner for en fornyet dimming etter stabilisering i 1990-årene. En videreføring av den langvarige dimming er også omtalt i områder i India. Alt i alt viser tilgjengelige data videreføring av lysning utover på 2000-tallet på en rekke steder, men mindre uttalt og sammenhengende enn gjennom 1990-årene. Det er også flere regioner der det ikke skjer noen klare endringer eller det er observert en reduksjon . Om en ser på hele jorden under et, kan den globale oppvarmingen etter 2000 derfor være mindre bestemt av solar variasjoner enn i tidligere tiår. De største reduksjonene er funnet på den nordlige halvkule på midlere breddegrader. Synlig lys og infrarød stråling ser ut til å være mest berørt, mens den ultrafiolette delen av spekteret er mindre påvirket.

Måledata fra evaporimetere 

I løpet av de siste 50 år har registreringer fra såkalte evaporimetere blitt nøye overvåket. Tidligere var det få som tok målinger fra evaporimetere særlig alvorlig. Men i Europa, Israel og Nord-Amerika begynte forskere i 1990-årene å oppdaget noe som på den tiden ble ansett som veldig merkelig: Styrken av fordampningen fra landjorden var begynt å falle, selv om de hadde forventet at den skulle å øke på grunn av global oppvarming. Den samme trenden har vært observert i Kina over en tilsvarende periode. En nedgang i den solare irradiansen er vurdert som årsaken. I motsetning til i andre områder av verden, har imidlertid Kina hatt en reduksjon av den solare irradiansen. Noe som ikke alltid har vært ledsaget av en økning i skydekke og nedbør. Det antas at aerosoler kan spille en avgjørende rolle i reduksjon av solstrålingen i Kina.

BBC Horizon produsent David Sington mener at mange klimaforskere betrakter data fra evaporimetere som det mest overbevisende bevis for dimming av solenergien. Eksperimenter med evaporimetere er lette å reprodusere med utstyr til lave kostnader. Det er mange slike evaporimetere i brukt i landbruket over hele verden. I mange tilfeller er dataene blitt samlet inn gjennom nesten et halvt århundre. Imidlertid evaporimetere avhengig av flere faktorer enn bare netto stråling fra solen. De to andre viktige faktorer er damptrykk og vindhastighet. Omgivelsestemperaturen viser seg å være en ubetydelig faktor. Data fra evaporimetere bygger opp under de data som er samlet inn av radiometere og fyller tomrommene i måledata innhentet ved hjelp av pyranometere. Justert for disse faktoren er måledata fra evaporimetere blitt sammenlignet med resultater fra simuleringer med klimamodeller.

Sannsynlige årsaker 

Ufullstendig forbrenning av fossilt brensel, for eksempel diesel og forbrenning av trevirke avgir såkalt svart karbon til luft. Selv om svart karbon, som for det meste består av sot, er en svært liten del av luftforurensningen på bakkenært nivå, har allikevel fenomenet en betydelig oppvarmende effekt på atmosfæren ved høyder over to kilometer. En annen virkning er at det gjør overflaten av havet mindre reflekterende, slik at havet absorberer mer solstråling.

Eksperimenter på Maldivene med å sammenligne atmosfæren over den nordlige- og sørlige delen av øyene i 1990-årene, viste at effekten av makroskopiske miljøgifter i atmosfæren på den tiden forårsaket en 10 % reduksjon i sollys som nådde overflaten i området under forurensningsskyen.  Dette var en mye større reduksjon enn forventet fra tilstedeværelsen av partikler i seg selv. Kilden til forurensningen var partikler i sørlige vinder fra India. På forhånd hadde en estimert at partikkelforurensningen hadde en virkning på 0,5–1 %. Det store avviket fra forventningen kan kanskje forklares med skydannelse som partikler medvirker til, ved at de virker som små kjerner for å danne dråper på. Skyene er svært effektiv til å reflektere lys tilbake ut i verdensrommet.

Fenomenet global dimming kan også ha regionale effekter. Mens det meste av jorden har blitt varmere, har de regionene som har en dominerende vindretningen fra store kilder til forurensing, da spesielt svoveldioksid, opplevd en generelt nedkjøling. Dette kan forklare kjøling av det østlige USA i forhold til oppvarmingen i den vestlige delen.

Imidlertid foreligger det noen undersøkelser som viser at svart karbon vil øke den globale oppvarmingen, slik at den kommer på andreplass etter CO2 i betydning. Sot vil absorberer solenergi, for eksempel om den legger seg på isbreer i Himalaya. Det kan også gjøre isen i Arktis mørkere og slik reduserer refleksjon, men øke absorpsjon av solstråling.

Noen klimaforskere har en teori om at kondensstriper fra fly spiller en rolle for global dimming, men på grunn av den konstante tilstedeværelsen av fly på himmelen har en tidligere ment at dette ikke kunne bli testet. Nær total stans i sivil luftfart oppstod i løpet av de tre dagene etter terrorangrepene den 11. september 2001, noe som ga en unik mulighet til å observere klimaet i USA ved fraværende av kondensstriper. I løpet av denne perioden ble det observert en økning i døgnvariasjonen for temperaturen over 1 °C i enkelte deler av USA. Det vil si at  kondensstriper kunne ha bidratt til å øke nattlige temperaturer og/eller senket dagtemperaturene mye mer enn tidligere antatt.

Luftbårne vulkansk aske kan reflektere solstråler tilbake ut i verdensrommet og dermed bidra til avkjøling av jorden. Redusert temperaturer på jorden har blitt observert etter stor vulkanutbrudd som Mount Agung på Bali i 1963, El Chichon i Mexico i 1983, Ruiz i Colombia i 1985, og Pinatubo på Filippinene i 1991. Men selv under store utbrudd, eksisterer askeskyer bare i en relativt korte periode.

Siste reversering av trenden 

Wild og hans forskergruppe har ved hjelp av målinger over land målt mer sollys siden 1990, mens forskeren Rachel Pinker og hennes kolleger fant at en mindre dimming har fortsatt over land, mens en oppklaring har skjedd over havet. Dermed er disse to forskergruppene uenige om forholdene over landoverflaten. I 2007 sponset NASA en satellittbasert målestudie for å finne ut av de sammensatte observasjonene som forskere har gjort angående mengden av sollys som når jordoverflaten. En ville finne ut om disse hadde vært jevnt synkende i de siste tiårene, men begynte å endre seg rundt 1990. Dette ville i så fall bety et skifte fra en trend med global dimming, til en trend med mer gjennomsluppet sollys, noe som i så fall vil sammenfalle med trenden som skjedde da globale aerosolnivåer begynte å avta.

Det er sannsynlig at i alle fall noen av denne endringen, særlig i Europa, er på grunn av nedgang i luftbåren forurensning. De fleste myndigheter i utviklede land har iverksatt tiltak for å redusere aerosoler sluppet ut i atmosfæren, noe som bidrar til å redusere global dimming.

Konsentrasjonen av sulfataerosoler har falt betydelig siden 1970 med Clean Air Act i USA og liknende politikk i Europa. Clean Air Act ble styrket i 1977 og 1990. I henhold til EPA har de samlede utslippene av de seks viktigste luftforurensning, inkludert PM, falt med 53 % i USA fra 1970 til 2005. Fra 1975 har den maskerende virkninger av akkumulerte klimagasser endelig begynt å dukke opp, og har dominert siden den gang.

Organisasjonen Baseline Surface Radiation Network (BSRN) har samle målinger fra jordens overflate. BSRN ble startet tidlig i 1990-årene og oppdatert målinger i denne tiden. Analyse av nyere data viser at overflaten av jorden har fått 4% mer gjennomsluppet sollys i løpet av de siste tiårene. Utvikling mot klarere himmel understøttes av andre data, inkludert satellittanalyser.

Forholdet til den hydrologiske syklus 

Forurensning som har sitt opphav fra menneskelig aktivitet kan svekke vannets kretsløp på jorden ved at nedbøren reduseres, noe som blant annet kan bety redusert tilgang på ferskvann. En studie fra 2001 utført av forskere ved Scripps Institution of Oceanography tydet på at små partikler av sot og andre forurensninger kan ha en betydelig effekt på den hydrologiske syklusen. I henhold til klimaforskeren Veerabhadran Ramanathan kan konsekvensen forklares slik «energien som driver vannets kretsløp kommer fra sollys. Når sollys varmer opp havet slipper vann ut i atmosfæren og faller ned som regn. Dermed kan aerosoler som redusere sollyset kraftig, være med på å redusere omløpshastigheten for vannets kretsløp på planeten.»

Storskala endringer av været kan også være forårsaket av global dimming. Klimaforskere har på mer spekulativ basis kommet opp med en ide om at reduksjon av solstrålingen mot jordoverflaten kan ha ført til svikt i monsunen i sub-Sahara i Afrika i løpet av 1970-og 1980-årene. Dette førte til sultkatastrofer som tørken i Sahel, og hypotesen er at den var forårsaket av forurensning fra den nordlige halvkule som ga nedkjøling av Atlanterhavet. På grunn av dette ble det såkalte tropisk regnbelte forhindret fra å stige til  nordlige breddegrader, noe som dermed forårsake uteblivelse av det sesongmessige regnet. Denne teorien er ikke generelt akseptert, og er også svært vanskelig å teste. Imidlertid ble det utgitt en kinesisk studie i 2009 basert på analyser av 50 år lange måleserier, som fant at selv om de fleste deler av det østlige Kina ikke hadde fått noen betydelig endring i mengden vann i atmosfæren, så hadde allikevel mengden av lett regn blitt redusert. Forskerne modellerte deretter effekten av aerosoler, og fant ut at den totale effekten av dette var at vanndråper i forurenset luftmasser er opptil 50 % mindre enn vanndråper i ren himmel. De konkluderte med at mindre dråper hindrer dannelsen av regn og skyer, men at den nedbøren som faller som lett regn er gunstig for jordbruket. Dette var en annen effekt enn redusert solar irradians, men fortsatt et direkte resultat av tilstedeværelsen av aerosoler.

En studie av forskere ved Scripps Institution of Oceanography fra 2001 konkluderte med at ubalansen mellom global dimming og global oppvarming på jordoverflaten fører til svakere turbulente varmeflukser opp mot atmosfæren. Dette betyr at på global skala reduseres fordampningen, dermed kan en dimmere og varmere verden føre til at atmosfære blir fuktigere og at det regner mindre.

En naturlig oppstående skyggelegging/dimming har også blitt observert, noe som påvirket den nordlige halvkule i orkansesongen i 2006. NASA utførte en studie som viste at flere store støvstormer i juni og juli i Saharaørkenen sendte støv på vei over Atlanterhavet. Via flere forskjellige effekter forårsaket dette en kjøling av vann, og dermed dempet utvikling av orkaner.

Sammenheng med global oppvarming 
Noen forskere mener at virkningene av global dimming til en viss grad har maskert effekten av global oppvarming, dermed kan en reduksjon av global dimming føre til en økning av den forventede fremtidige temperaturøkning. Ifølge Liepert: «Vi bodde i en verden med global oppvarming pluss global dimming, og nå tar vi vekk global dimming. Så ender vi opp med en verden med global oppvarming, noe som vil være mye verre enn vi trodde, mye varmere.» Omfanget av denne maskeringseffekt er en av de sentrale problemer ved klimaendringer, som har betydelige konsekvenser for fremtidig klimautvikling og politisk respons på global oppvarming.

Samspillet mellom de to teoriene for klimaendringer har også blitt studert, etter som global oppvarming og global dimming verken er gjensidig utelukkende eller motstridende. I en artikkel fra 2005 i American Geophysical Unions Geophysical Research Letters av et forskerteam ledet av Anastasia Romanou ved Columbia University, viste også at de tilsynelatende motsatte effekter av global oppvarming og global dimming kan oppstå på samme tid. Global dimming fungerer i samspill med global oppvarming ved å blokkere for sollys som ellers ville føre til fordampning, samt effekten med at partikler bindes til vanndråper. Vanndamp er den viktigste drivhusgassen. På den annen side er global dimming påvirket av fordamping og nedbør. Regn har den effekten at det klarner opp en forurenset himmel.

Brune skyer har blitt funnet å forsterke den globale oppvarmingen i henhold til atmosfærekjemikeren Veerabhadran Ramanathan. «Den konvensjonelle tenkningen er at brune skyer har maskert så mye som 50 % av den globale oppvarmingen forårsaket av klimagasser gjennom såkalte global dimming... Mens dette er tilfelle globalt, viser undersøkelser at hele Sør- og Øst-Asia at sotpartikler i brune skyer faktisk forsterke den atmosfæriske trenden med oppvarming forårsaket av klimagasser med så mye som 50 %.»

Mulig bruk for å redusere global oppvarming 
Noen forskere har foreslått å bruke aerosoler for å avverge virkningene av global oppvarming som et nødtiltak. Slike tiltak er kjent som geoengineering. I 1974 foreslo den russiske klimatologen Mikhail Budyko at hvis den globale oppvarmingen blir et problem, så kan planeten avkjøles ved å brenne svovel i stratosfæren, noe som ville skape dis. En økning av den globale albedo på bare 0,5 % er tilstrekkelig til å halvere effekten av en CO2-dobling i atmosfæren.

Den enkleste løsningen ville være å bare slipper ut mer sulfater, noe som ville ende opp i troposfæren, altså  den laveste delen av atmosfæren. Hvis dette blir gjort vil jorden fortsatt stå overfor mange problemer, for eksempel:

 Bruk av sulfater fører til miljøproblemer som sur nedbør,
 bruk av svart karbon fører til helseproblemer,
 dimming fører til økologiske problemer som for eksempel endringer i fordampnings- og nedbørsmønstre,
 tørke og/eller økt nedbør føre til problemer for jordbruket og
 aerosoler har relativt kort levetid.

Et forslag til løsning av disse problemene er å transportere sulfater til det neste laget av atmosfæren, altså stratosfæren. Aerosoler i stratosfæren vil ha en levetid på år i stedet for uker, dermed vil en relativt mindre mengde injisert sulfat være nødvendig. Bivirkningene vil dessuten være mindre. Dette vil kreve utvikling av en effektiv måte å transportere store mengder gasser opp i stratosfæren på, og mange av dem har vært foreslått selv om ingen er kjent for å være effektiv eller økonomisk forsvarlig.

I et blogginnlegg uttalte den britiske klimatologen Gavin Schmidt at «Ideer som at vi bør øke aerosolutslippene for å motvirke global oppvarming har blitt beskrevet som en 'djevelpakt' fordi det ville innebære en stadig økende mengden av injisering for å holde tritt med de akkumulerte drivhusgasser i atmosfæren, med stadig økende økonomisk kostnader og helseproblemer.»

Se også 
 kjernefysisk vinter
 Konspirasjonsteori om kjemikaliespor
 Skipsspor

Referanser

Eksterne lenker
 PBS NOVA temaprogram om Global Dimming
 BBC Global Dimming Q&A
 Why the Sun seems to be 'dimming'
 RealClimate om dette temaet: part 1, part 2, Global Dimming may have a brighter future
 BBC Horizon Global Dimming summary fra globalissues.org

Klimaendringer