Jag uppskattar verkligen intresset för att räkna på energiflöden, men när det gäller klimatförändring är det inte vår direkta energiproduktion som är avgörande – utan hur strålningsbalansen i atmosfären fungerar.
Jorden tar emot solinstrålning från en riktad källa (solen) med cirka 1 368 watt per kvadratmeter. Men eftersom jorden är ett klot och bara en del av den är belyst samtidigt, fördelas detta över hela ytan. Det ger ett globalt medelvärde på ungefär 342 watt per kvadratmeter. Denna balans mellan inkommande solenergi och utgående värmestrålning är grunden för jordens temperatur.
Enligt Plancks lag sänder alla ytor ut värmestrålning beroende på sin temperatur. Jorden, med en medeltemperatur på omkring 15 °C, strålar ut i infrarött ljus, huvudsakligen mellan 3 och 100 mikrometer. Här spelar växthusgaser en avgörande roll, eftersom de absorberar vissa delar av detta spektrum. Vattenånga är den viktigaste växthusgasen och står för cirka 90 procent av växthuseffekten, medan koldioxid står för ungefär 10 procent.
Koldioxid absorberar mest energi kring 15 mikrometer, men detta band är redan nästan helt mättat och dessutom delvis överlappat av vattenånga. När man ökar CO₂-halten breddas absorptionsområdet något i utkanten, vilket ger en liten ytterligare uppvärmning. Det här illustreras tydligt i MODTRAN-simuleringen – en välkänd atmosfärmodell – där man ser att temperaturökningen avtar i takt med att CO₂-koncentrationen stiger. Kurvan planar ut, vilket bekräftar den logaritmiska relationen: varje fördubbling av CO₂ ger mindre effekt än den föregående.
Det finns också ett strålningsfönster i atmosfären – ett intervall kring 10 mikrometer där jorden effektivt kan stråla ut värme direkt till rymden. Detta fönster påverkas mycket lite av CO₂ och fungerar som en naturlig ventil som hindrar överhettning.
Så även om mänsklighetens totala energianvändning på cirka 20 terawatt kan verka stor i isolation, är den försumbar jämfört med solinstrålningen. Jorden tar emot en kontinuerlig effekt från solen på cirka 173 000 terawatt. Det betyder att solen tillför över 9 000 gånger mer energi per år än hela mänskligheten förbrukar. Det är den infraröda strålningen som jorden skickar ut i rymden som gör att planeten inte blir varmare och varmare – och det är den balansen som växthusgaserna påverkar.
