Haven lagrar våra koldioxidutsläpp, men hur? Nu tar Leonie reda på vad som egentligen sker

2020-11-27

Grattis Leonie! 4 miljoner kronor till projektet ”Där himlen berör havet”

Leonie Esters, forskare i meteorologi vid Luft-, vatten- och landskapslära har fått ett bidrag på 4 302 048 kronor från Formas. Projektet ska undersöka hur havet absorberar våra växthusgaser.

Horisont mellan himmel och hav
Haven löser upp koldioxiden vid vattenytan vilket gör att det blir högre halter av koldioxid där.

Leonie Esters, forskare i meteorologi har fått ett bidrag på 4 302 048 kronor från Formas. Projektet ”Där himlen berör havet - en förbättrad beskrivning av gasutbyte mellan hav och atmosfär” pågår mellan 2021-2024. Leonie kommer att använda en ny metod för att studera hur havet fungerar som ett lager för våra koldioxidutsläpp, något som kan användas när forskare tar fram olika klimatmodeller för framtiden.

Leonie Esters, forskare
Leonie Esters ska undersöka hur det går till när haven absorberar koldioxid. 

Hur viktigt är havet när det gäller klimat och växthusgaser?
- Haven är otroligt viktiga för klimatet eftersom de fungerar som ett jättestort lagrer för den koldioxid som vi släpper ut i atmosfären. Enkelt uttryckt så absorberar haven växthusgaserna från atmosfären. Om vi inte hade haven skulle våra nivåer av koldioxid vara mycket högre idag och därmed skulle klimatförändringarna vara ännu mer kännbara. Men för att förstå hur mycket koldioxid som tas upp av haven behöver vi förstå vad som egentligen händer, processerna bakom, och det är det som det här projektet ska utreda.

Hur kan havet lagra koldioxid?
- Haven löser upp koldioxiden vid vattenytan vilket gör att det blir högre halter av koldioxid just där. Sen blandas det ut i haven och strömmarna transporterar koldioxiden djupare ner under havsytan där koldioxiden samlas.

Blir haven förorenade med koldioxid då, istället för luften?
- Ja, haven blir också förorenade. Koldioxidföroreningarna förändrar havets kemiska balans och skapar försurning. Denna försurning kan i sin tur skada både skaldjur och koraller. 

Vad hoppas du uppnå med projektet?
- Jag hoppas komma underfund med de oklarheter som finns kring själva processerna kring hur utbytet av gaser går till när haven absorberar koldioxid från atmosfären, speciellt vid kustområden. Det skulle hjälpa till när vi tittar på hur mycket koldioxid som tas upp av haven, till exempel i Östersjön. Personligen känns det jättespännande att kunna börja utforska och använda olika mättekniker för att uppnå det målet.

Det här är ett så kallat ”mobility grant”. Vad betyder det?
- Ja, det är ett av Formas bidrag som riktar sig till yngre forskare i början av sin karriär. Det innebär också att bidraget stödjer projekt som involverar flera olika forksarsamhällen, i mitt fall så är projektet ett samarbete mellan Uppsala universitet, the Carl von Ossietzky University of Oldenburg, Tyskland, and the Barcelona Supercomputing Center, Spanien. Min anställning är dock vid forskningsgruppen för meteorologi vid institutionen för geovetenskaper, Uppsala universitet.

För mer information om projektet: kontakta Leonie Esters, forskare.
leonie.esters@geo.uu.se

Plugga meteorologi hos oss!

Läs mer om vår forskning i meteorologi

Meteorologi i sociala medier
https://www.instagram.com/uu_meteorologi/
https://twitter.com/uu_meteorologi

Projektbeskrivning; ”Där himlen berör havet - en förbättrad beskrivning av gasutbyte mellan hav och atmosfär”

En korrekt beskrivning av växthusgasutbytet mellan atmosfär och hav är avgörande för klimatprognoser. De osäkerheter som i nuläget finns i beskrivningen av denna kan leda till signifikanta fel i beräkningen av havets upptag av gaser. Detta är särskilt viktigt i kustområden, som i vissa fall fungerar som sänkor och i andra fall som källor för dessa gaser. Genom att använda en ny metod kommer det föreslagna projektet att ge en ny och förbättrad beskrivning av detta atmosfär-havgasutbyte. Dessa resultat kan användas i klimatmodeller för att minska osäkerheten i dessa, och möjliggöra en anpassning av samhället till ett förändrat, framtida klimat. 

En ökning av atmosfäriska växthusgasutsläpp, särskilt av koldioxid (CO2) och metan (CH4), är den främsta orsaken till den globala uppvärmningen, och detta har skapat en debatt om globala klimatförändringar, till exempel i media. CO2-utsläpp sker i stor utsträckning på grund av förbränning av fossila bränslen och gasen ackumuleras i atmosfären. När koncentrationen av en gas ökar i atmosfären över ett hav, kommer gasen att diffundera ner i vattnet för att försöka utjämna koncentrationsskillnaden på båda sidor om vattenytan. När vi bränner fossila bränslen och de atmosfäriska koldioxidnivåerna ökar absorberar havet mer CO2 för att uppehålla balansen. Eftersom havet utgör mer än två tredjedelar av jordens yta gör denna process att haven är en viktig lagringsplats för CO2. Detta minskar koncentrationen i atmosfären. Mängden som tas upp varierar emellertid regionalt. Vissa hav tar upp mer CO2, medan andra till och med kan vara utsläppskällor. Variationen är störst i kustområden, där många fysikaliska och biologiska processer interagerar. Därför är det viktigt att förstå de lokala processerna som påverkar utbytet av växthusgaser mellan havet och atmosfären. 

En huvudkomponent för gasutbytet är turbulens i havet nära ytan. Dock är det svårt att mäta denna turbulens, eftersom den varierar i tid och rum. I detta projekt kommer en ny metod att användas för att mäta turbulensen i Östersjön nära havsytan. Dessa oceaniska mätningar kommer att kombineras med observationer av gasflödet mellan atmosfär och hav från en meteorologisk flödesmätmast på ön Östergarnsholm utanför Gotland. Detta dataset kommer att vara det längsta tillgängliga i sitt slag. Men det är inte bara längden och omfattningen som gör datasetet unikt, det är också läget i Östersjön. Östersjön är ett innahav och här finns många kustområden där vi förväntar oss störst variation i utbytesprocesserna. 

I det föreslagna projektet kommer detta dataset att användas för att förbättra en befintlig fysikalisk modell som beskriver gasutbytet baserat på oceanisk turbulens. Denna modell har testats i tidigare studier i olika havsmiljöer. Dessa studier visar emellertid att det fortfarande finns flera osäkerheter i modellen. Dessutom kommer en ny modell att utvecklas med hjälp av maskininlärning. Maskininlärning är ett statistiskt tillvägagångssätt som datormodeller använder för att effektivt utföra en specifik uppgift utan att använda instruktioner, genom att i stället förlita sig på mönster i datan. En sådan modell kan ge information om eventuella processer inom gasutbyte som inte kan beskrivas av den fysikaliska modellen. Båda metoderna kommer att testas på mätningar som kommer att genomföras under en fältkampanj i Nordsjön med ett flytande boj-system kallat Sniffle. I Nordsjön är olika fysikaliska och biologiska processer viktiga jämfört med Östersjön. Således är läget, de bakomliggande processerna, men också den instrumentella uppställningen olika vid de två mätplatserna. Om modellerna, som utvecklats baserat på datasetet från Östergarnsholm, också överensstämmer med mätningarna från denna kampanj, är de inte enbart adekvata för en viss plats, utan är i stället universellt tillämpliga. 

Sådana universella beskrivningar av atmosfär-hav-gasutbytet behövs för att förbättra klimatmodellerna, och därmed klimatförutsägelser. Osäkerheter i klimatmodellernas kan endast minskas om det finns tillräckligt god förståelse för de ingående processerna och de är adekvat beskrivna i modellerna. Endast klimatförutsägelser med hög precision möjliggör en adekvat anpassning av samhället till ett förändrat klimatet i ett tidigt skede. Kunskapen om de interagerande processerna är särskilt viktig eftersom även om vi skulle sänka CO2-utsläppen till noll skulle haven fungera som källa till växthusgaser i atmosfären på grund av den omvända koncentrationsgradienten.

Nyheter från institutionen för geovetenskaper