Hvorfor vil havniveauet stige i årtier, efter at vi har nået netto nul kulstof

Hvis du skulle grave et (meget) dybt hul, der gik gennem jordens centrum og blev ved med at gå til den anden side af planeten, hvor tror du så, du ville komme ud?

Medmindre du begynder at grave fra en håndfuld steder på planeten, vil du med stor sandsynlighed opdage, at antipoderne – eller det modsatte punkt på Jorden til hvor du er nu – vil være i havet.

Selvom dette måske er overraskende i starten, er det ikke rigtig, når du indser, at land kun dækker 29 procent af jordens overflade, og selv da er det ikke fordelt jævnt.

Så hvor meget vand er der faktisk på planeten - i flydende, fast og gasform? Og hvorfor er vi i fare for, at havet genvinder noget af jordens land – også kaldet stigende havniveauer?

Vand, vand, overalt

Der anslås at være mere end 1 milliard kubikkilometer vand på planeten, eller 1.386.000.000 km ³ for at være præcis. Dette inkluderer alt vandet i havet (ca. 97 procent) og den samlede mængde vand i iskapper, gletsjere og sne (1,74 procent) og i grundvand (1,69 procent, hvoraf over halvdelen er saltholdig, og meget af det er utilgængelige).

Det tilgængelige ferskvand, vi er afhængige af til at drikke og vande – fra floder, søer, dæmninger, grundvandsmagasiner, atmosfæren og smeltende gletsjere – er kun en lille brøkdel af verdens samlede ferskvand – eller 0,4 procent. Resten af ​​verdens ferskvand – eller 2,5 procent af verdens samlede vand – er låst inde i gletsjere, polare iskapper eller under jorden i grundvandsmagasiner.

Det er til dels forholdet mellem flydende og fast form af vand på et givet tidspunkt – specifikt vand i havene versus det der er indeholdt i iskapper og gletsjere – der bestemmer, hvor højt vores have rejser sig over en landmasses kontinentalsokkel.

Klimaforsker og oceanograf professor John Church siger, at smeltende is og frysende vand er en del af et langt mønster af opvarmning og afkøling af planeten, der går millioner af år tilbage.

En kort historie om havniveauet

"Havniveauet har varieret gennem historien - fra dannelsen af ​​Jordens superkontinenter som Pangea og Gondwanaland lige til nutiden," siger han.

"I de sidste million år har havniveauet varieret i en cyklus på 100.000 år ved at stige og falde mere end 100 meter. Den sidste mellemistid - med andre ord den sidste varmeperiode før den nuværende varmeperiode - var omkring 129.000-116.000 år siden.

"Efterhånden som verden afkølede og bevægede sig mod det, vi kalder det sidste istidsmaksimum for 23.000-19.000 år siden, faldt havniveauet til mere end 120 meter under nutidens havniveau. Og så da klimaet igen svingede mod opvarmning, steg havniveauet hurtigt med en gennemsnitlig hastighed på mere end 1 meter pr. århundrede i mange årtusinder og spidsbelastninger på over fire meter pr. århundrede."

Det var indtil omkring 8000 år siden, hvor hastigheden af ​​havniveaustigningen aftog til det punkt, at det tog årtusinder, snarere end århundreder, at stige et par meter. Så i løbet af de sidste 2000 år er havniveaustigningen næsten bremset til stilstand – og ændret sig med kun brøkdele af millimeter om året i løbet af denne periode, siger professor Church.

"Det begyndte at ændre sig i 1800-tallet, da havniveaumålinger viste, at havniveauet begyndte at stige hurtigere, accelererede gennem det 19. århundrede og fortsætter med at accelerere i dag."

Faktisk er havniveaustigningerne eskaleret fra 1,4 mm om året gennem det meste af det 20. århundrede med mere end 150 procent til 3,6 mm om året fra 2006 til 2015. Dette er den hurtigste acceleration af havniveaustigningen i seks årtusinder.

Hvad har forårsaget denne acceleration?

Mens et klima i forandring altid har været en del af en naturlig cyklus gennem Jordens historie, er den accelererede opvarmning og efterfølgende stigning i havniveauet blevet forstærket af en menneskeskabt stigning i atmosfærisk kuldioxid (og andre drivhusgasser). Kulstofemissioner, der går tilbage til den industrielle revolution i begyndelsen af ​​det 19. århundrede, har bidraget til drivhuseffekten ved at fange varme fra solen, som ellers ville være blevet reflekteret tilbage i rummet.

"Det har vist sig, at opvarmning fra drivhusgasemissioner har haft en dominerende effekt på havniveaustigningen i sidste halvdel af det 20. århundrede, og sandsynligvis også den første halvdel," siger Prof. Church.

Hvad mange måske ikke er klar over, er dog, at smeltende iskapper ved planetens poler ikke er den eneste drivkraft for accelereret havniveaustigning til dato. Prof. Church siger, at den reelle fare ved at smelte iskapper vil blive stadig vigtigere gennem det 21. århundrede, især i sidste halvdel. Tre andre chauffører vil også spille en vigtig rolle.

"Termisk udvidelse af havet er en af ​​de største enkeltkomponenter, der har ført til havniveaustigning i de seneste årtier, hvilket er ansvarligt for en tredjedel af havniveaustigningen til dato," siger Prof. Church.

Dette vedrører de grundlæggende fysiske egenskaber af H₂ O – når vandet opvarmes, bliver atomerne og elektronerne i vandmolekylerne ophidsede og bevæger sig rundt, så de fylder mere. I små mængder er den ekstra volumen svær at observere, da vandet kun opvarmes med et par grader. Men når du skalerer dette op til et ufatteligt antal vandmolekyler i havet, tilføjer de små udvidelser noget, vi kan se.

En anden væsentlig bidragyder er tabet af masse fra gletsjere, som er store ismasser ud over de enorme iskapper i Grønland og Antarktis.

"Smeltning eller tab af masse fra gletsjere kan tegne sig for 40 cm havniveaustigning på længere sigt," siger professor Church. "De gletsjere, jeg refererer til her, er på steder som Himalaya, Alaska, Patagonien i særdeleshed og gletsjerne i periferien af ​​Grønlands indlandsis."

En sidste indflydelse på havniveauet, selv om det anerkendes som et mindre bidrag, er udvekslingen af ​​vand mellem jorden og havet.

"Vi tager vand ud af akviferer til kunstvanding, som enten fordamper til atmosfæren for at falde tilbage på land eller i havet som regn, eller det kan løbe ud i oceaner eller floder eller dæmninger. Dette modsvares delvist af oplagringen af ​​vand i reservoirer. Men disse effekter er ikke nær så dominerende som termisk ekspansion og glacial smeltning gennem årtier eller smeltning af iskapperne på længere sigt."

Projicering af havniveau

En måde at måle, hvordan smeltende iskapper og gletsjere kan påvirke havniveauet, er at måle deres havniveaupotentiale.

"Iskapperne i Antarktis og Grønland rummer et samlet volumen på mere end 60 meter havniveauækvivalent," siger Prof. Church.

"Vand i gletsjere rummer i mellemtiden omkring 40 centimeter havniveauækvivalent, og der er et par centimeter i alt i atmosfæren."

Men hvis den globale opvarmning fortsætter uformindsket, selv hvis en lille brøkdel af isen fra gletsjere og iskapper smeltede, kan det have potentielt ødelæggende virkninger på planetens mennesker og dyr.

"Hvis vi ikke tager nogen afbødende foranstaltninger for at begrænse vores kulstofemissioner, så taler du i 2100 om en stigning på op til en meter, eller måske mere, hvis der er et hurtigt bidrag fra Antarktis og en igangværende hurtig stigning i havoverfladen. Men hvis vi tager væsentlige afbødende skridt, så kan vi begrænse stigningen til 50 eller 60 cm ved udgangen af ​​århundredet og en meget langsommere hastighed for igangværende stigning.

"Vi kan ikke stoppe al havniveaustigning. Selv med afbødning vil opvarmning af havene og tab af masse fra gletsjere og iskapper bidrage til havniveaustigning i årtier og endda århundreder."

Med andre ord, selvom vi holdt os til Paris-aftalen om at forhindre temperaturerne i at stige over 1,5oC - en bedrift, som de fleste klimaforskere er enige om er udfordrende, men endnu ikke umulig at opnå - forventes havniveauet stadig at stige med op til omkring 50 cm pr. 2100.

Hvordan ville det se ud?

"Der ville være meget flere kystnære oversvømmelser, og ikke kun ved kysten, men også langs flodmundingerne. Og vi har allerede set, at i Australien på østkysten og vestkysten i løbet af det 20. århundrede, var hyppigheden af ​​høj havniveau begivenheder er steget med en faktor tre.

"Så det, der plejede at være en begivenhed en gang i 30 år, er nu en begivenhed en gang i 10 år. Og den påvirkning mærkes overalt i verden. Og den påvirkning vil blive værre i løbet af det 21. århundrede."

Tommelfingerreglen er, at for hver 10 cm stigning i havniveauet, øger du hyppigheden af ​​disse én ud af 100 års kystoversvømmelser med en faktor tre, siger Prof. Church. Naturligvis vil vandmærket ved højt havniveau, som du kan observere på steder som Sydney Harbour, være højere.

"Den gennemsnitlige havniveau vil være højere, hvilket betyder, at højvande vil være højere, såvel som lavvande. Og selv uden en stormflod i fremtiden, kan du få kystoversvømmelser, fordi havniveauet til at starte med er højere.

"Så begivenheder som Collaroy Beach-stormen i 2016 vil føre til større kysterosion."

Men hvis temperaturen ikke holdes et godt stykke under to grader, er der en reel fare for, at indlandsisens smeltning passerer et point of no return.

"Hvis vi får en opvarmning på mere end 2 grader Celsius i de kommende årtier, kan vi forvente næsten en meter havstigning i 2100. Og i de kommende århundreder flere meter fra smeltningen af ​​iskapperne alene i Grønland.

"Problemet er, at temperaturerne vil krydse tærskler, hvor vi ikke længere kan stoppe denne proces, der fører til mange meters havstigning. Det er meget svært at sænke temperaturerne, og når vi når et vist niveau, kan vi måske stabilisere dem, men det tager tid at få dem ned."

Mener Prof. Church, at vi har passeret den tærskel? "Sandsynligvis ikke for Grønland endnu, men jeg tror ikke, vi entydigt kan sige, at vi ikke har nået den tærskel, eller at der ikke vil være væsentlige bidrag til havniveaustigningen fra Grønland.

"Tilsvarende nærmer vi os i det mindste for Antarktis tærskler, som vil føre til igangværende henfald af indlandsisen og yderligere meters havniveaustigning. Men vi forstår ikke Antarktis godt nok til at sige præcist, hvad tærsklerne er, og med hvilken hastighed havniveauet vil stige i løbet af de kommende århundreder."

Hvis en vis havstigning er uundgåelig, hvad kan vi så gøre?

Prof. Church siger, at der er tre måder at håndtere havniveaustigninger på ud over store politikdrevne initiativer til at begrænse emissioner.

"Vi kan beskytte kystlinjen ved at bygge fysiske barrierer," siger han. "Dele af Holland ligger under havoverfladen, og det er beskyttet af diger. London har Thames-barrieren, som beskytter infrastrukturen på 100 millioner pund mod stormfloder, og Rotterdam har en lignende barriere. Men det er for dyrt at gøre overalt."

En anden metode til at håndtere de stigende have er at tilpasse sig det ved at bygge infrastruktur på pæle eller ved at udpege udendørs faciliteter såsom sportspladser til lavtliggende områder, således at oversvømmelser ikke vil gøre store mængder skade på dem.

"Eller vi kan simpelthen trække os tilbage fra kysten. Og vi vil gøre alle tre af disse ting i forskellige dele af verden. Faktisk gør vi allerede dem alle tre," siger professor Church.

"Hvis vi ikke formår at afbøde vores emissioner tilstrækkeligt, vil tilbagetrækning være den vigtigste tilpasningsmetode for mange dele af verden, hvilket resulterer i, at vi forlader store områder af værdifuldt kystland og fortrænger hundredvis af millioner af mennesker."