Onko vesi kasvihuonekaasu?

Onko vesi kasvihuonekaasu? Olomuoto ratkaisee ilmakehässä

Monet miettivät, onko vesi kasvihuonekaasu ja miten se vaikuttaa ilmastoon. Tämän ilmiön ymmärtäminen auttaa hahmottamaan maapallon lämmönsäätelyä oikein. Oikean tiedon avulla vältät yleiset väärinkäsitykset ilmakehän kaasuista ja tunnistat eri olomuotojen merkityksen luonnossa. Tutustu aiheeseen tarkemmin luonnontieteellisen tiedon syventämiseksi.

Onko vesi kasvihuonekaasu?

Nestemäinen vesi ei itsessään ole kasvihuonekaasu, mutta sen kaasumainen muoto eli vesihöyry on maapallon ilmakehän merkittävin ja voimakkain kasvihuonekaasu. Tämä asia voi liittyä moniin eri tekijöihin ilmastotieteessä, ja kysymys aiheuttaakin usein hämmennystä arkikielessä. Kun puhumme vedestä ilmaston lämpenemisen yhteydessä, meidän on aina erotettava toisistaan merissä virtaava neste ja ilmassa leijuva näkymätön kaasu.

Luonnollisesta kasvihuoneilmiöstä noin 36-70 prosenttia on suoraan vesihöyryn aiheuttamaa, ja jos pilvet lasketaan mukaan, luku nousee vieläkin korkeammaksi. Muistan elävästi, kun osallistuin vuosia sitten ensimmäistä kertaa ilmastomallinnusta käsittelevään työpajaan - olin aluksi täysin yllättynyt siitä, kuinka vähälle huomiolle tämä jättiläinen jää julkisessa keskustelussa hiilidioksidiin verrattuna. Mutta tähän on olemassa hyvin looginen ja käytännöllinen syy. Vaikka vesihöyry pidättää valtavasti lämpöä, se ei toimi ilmastonmuutoksen alkuperäisenä käynnistäjänä vaan herkkänä vahvistajana.

On olemassa yksi erittäin kriittinen ja epäintuitiivinen tekijä, kuten se, onko vesihöyry kasvihuonekaasu, jonka suuri osa ihmisistä ymmärtää väärin, kun puhutaan ilmakehän kaasuista - palaan tähän tarkemmin alempana ilmaston palautekytkentöjä käsittelevässä osiossa.

Miten nestemäinen vesi ja vesihöyry eroavat ilmastovaikutukseltaan?

Vesihöyry on näkymätöntä kaasua, joka sitoo maapallon pinnalta heijastuvaa lämpösäteilyä tehokkaammin kuin mikään muu ilmakehän luonnollinen osa. Nestemäinen vesi puolestaan muodostaa pisaroita, jotka näemme pilvinä tai sumuna, ja sen vaikutus on kaksijakoinen: se voi heijastaa auringonvaloa takaisin avaruuteen tai vangita lämpöä alleen.

Ilmakehän alimmasta osasta eli troposfääristä peräti 99 prosenttia kaikesta vedestä esiintyy nimenomaan näkymättömän höyryn muodossa. Ilman tätä luonnollista vaippaa planeettamme keskilämpötila olisi noin -18 astetta nykyisen noin +15 asteen sijaan. Ero on valtava.

Olin aluksi skeptinen sen suhteen, kuinka nopeasti vesi todella kiertää maapallon järjestelmässä, kunnes aloin tutkia hydrologisia mallinnuksia tarkemmin. Vesimolekyylin viipymäaika ilmakehässä on keskimäärin vain noin 9-10 päivää, mikä tarkoittaa, että ilmakehään pääsevä ylimääräinen kosteus sataa hyvin nopeasti alas. Siksi ihmisen suorat vesihöyrypäästöt, esimerkiksi teollisuuden jäähdytystorneista, eivät kerry ilmakehään samalla tavalla kuin hiilidioksidi, joka voi viipyä siellä satoja vuosia.

Vesihöyryn palauteilmiö ja ilmaston lämpeneminen

Nyt on aika ratkaista se kriittinen tekijä, onko vesi kasvihuonekaasu, jonka mainitsin artikkelin alussa: vesihöyry ei itse aloita ilmastonmuutosta, vaan se toimii niin sanottuna positiivisena palautekytkentänä. Kun ihmisen tuottamat pitkäikäiset kasvihuonekaasut, kuten hiilidioksidi ja metaani, lämmittävät ilmakehää, ilman lämpötila nousee.

Fysiikan lakien mukaan lämmin ilma pystyy pidättämään enemmän kosteutta kuin kylmä ilma. Jokaista yhden celsiusasteen lämpötilan nousua kohden ilmakehän vesihöyryn määrä voi kasvaa noin 7 prosenttia.

Tämä luo jatkuvan kehän. Enemmän lämpöä tarkoittaa enemmän vesihöyryä, ja enemmän vesihöyryä ilmakehässä tarkoittaa vieläkin enemmän sitoutunutta lämpöä. Tämä palauteilmiö suunnilleen kaksinkertaistaa sen lämmitysvaikutuksen, jonka pelkkä hiilidioksidin määrän lisääntyminen saisi aikaan.

Tämä seuraava havainto saattaa yllättää monet.

Vesihöyryn ja hiilidioksidin vertailu ilmakehässä

Vaikka vesihöyry on hetkellisesti voimakkain lämmittäjä, hiilidioksidi on ilmastojärjestelmän todellinen kontrollinappula. Koska hiilidioksidin määrä ei riippu suoraan ilman lämpötilasta, se pysyy ilmakehässä ja määrittää perustason, jonka päälle vesihöyryn aiheuttama lisälämpö rakentuu.

Kasvihuonekaasujen ominaisuuksien vertailu

Vesihöyry

• Noin 36-70 prosenttia ilman pilvien vaikutusta

• Hyvin lyhyt, keskimäärin noin 9-10 päivää ennen satamista

• Toimii palautekytkentänä, joka voimistaa muiden kaasujen aiheuttamaa lämpenemistä

• Olematon, määrä riippuu ilmakehän yleisestä lämpötilasta

Hiilidioksidi (Ilmaston pääasiallinen ajuri)

• Noin 9-26 prosenttia

• Erittäin pitkä, kymmenistä sadoihin vuosiin

• Toimii ensisijaisena ilmastosunnan näyttäjänä ja lämpenemisen aloittajana

• Erittäin suuri, lisääntynyt merkittävästi fossiilisten polttoaineiden käytön vuoksi

Ilmastotiedon sisäistäminen: Matin oivallus opintojen aikana

Matti, 24-vuotias ympäristötekniikan opiskelija Helsingissä, oli pitkään hämmentynyt siitä, miksi julkisessa keskustelussa puhutaan vain hiilidioksidista, vaikka fysiikan oppikirjat nimesivät vesihöyryn kaikkein suurimmaksi kasvihuonekaasuksi.

Ensimmäisessä seminaarityössään hän yritti todistaa, että ihmisen aiheuttamat kastelujärjestelmät ja vesipäästöt olisivat suurin syy ilmastonmuutokseen. Tämä johti umpikujaan, kun mittausdata ei tukenut väitettä laisinkaan.

Matti vietti useita unettomia öitä kirjastossa silmät kirveltäen, kunnes hän ymmärsi Clausius-Clapeyronin yhtälön syvimmän olemuksen: ilmakehä säätelee itse oman vetensä ilman ihmisen suoraa kontrollia.

Tämän oivalluksen myötä hän korjasi tutkimuksensa ja osoitti, miten hiilidioksidin nostama lämpötila pakottaa ilmakehän imemään enemmän kosteutta, mikä lopulta selitti puuttuvan palasen hänen mallissaan.