När man hör orden "växthusgas, "de flesta tänker omedelbart på koldioxid. Detta är verkligen växthusgasen som för närvarande ger störst inverkan på jordens snabbt föränderliga klimat. Men den är långt ifrån den enda som sätter sina spår, och för att mildra klimatförändringarna är det viktigt att kunna jämföra effekterna av de olika gaserna som bidrar till att värma planeten.

Men det är inte lätt att göra.

Växthusgaser varierar inte bara i deras källor och de åtgärder som behövs för att kontrollera dem, men också i hur intensivt de fångar solvärme, hur länge de varar när de är i atmosfären, och hur de reagerar med andra gaser och i slutändan spolas ur luften. Skillnaderna gör det omöjligt att göra precis det forskare och beslutsfattare vill ha mest att göra:ta fram en enkel omvandlingsfaktor för att möjliggöra exakta jämförelser mellan dem.

Låt oss ta en titt på det mest extrema fallet:klorfluorkolväten (CFC). Jämfört med koldioxid, CFC kan producera mer än 10, 000 gånger så mycket uppvärmning, pund för pund, när de väl är i luften. Lyckligtvis, CFC förbjöds av ett internationellt avtal som kallades Montrealprotokollet 1987 - inte på grund av deras dramatiska uppvärmningspotential, även om det var en sekundär anledning som erkändes vid den tiden, men eftersom de befanns vara den främsta orsaken till den snabbt eskalerande förstörelsen av jordens ozonlager, som skyddar planeten från farliga, cancerframkallande nivåer av ultraviolett strålning.

Ut ur bilden

CFC "skulle vara en stor aktör nu" för att bidra till den globala uppvärmningen om de inte hade fasats ut, säger Susan Solomon, Ellen Swallow Richards professor i atmosfärisk kemi och klimatvetenskap vid MIT. Vid det här laget, om de fortfarande används i samma takt som före fasningen, KFK skulle bidra med ungefär en tredjedel så mycket till jordens växthuseffekt som koldioxid, som fortfarande är den absolut största bidragsgivaren, hon säger.

För jämförelse, hon säger, Kyotoprotokollet (nu övervakat av Parisavtalet från 2015), som krävde en rad åtgärder för att minska utsläppen av växthusgaser runt om i världen, producerade en total minskning med cirka 2 gigaton "utsläpp av koldioxidekvivalenter" per år, medan avvecklingen av CFC redan har eliminerats fem gånger så mycket - uppskattningsvis 10 gigaton koldioxidekvivalent gas per år.

I dag, producent nummer två av växthuseffekter som orsakas av människor är metan, naturgas huvudbeståndsdel. När den först släpptes, metan är ungefär 100 gånger starkare än koldioxid, men dess livstid i atmosfären är mycket kortare - ungefär ett decennium, till skillnad från koldioxidens uppehållstid i århundraden. I genomsnitt under en 20-årsperiod, metans "växthusgasekvivalens" är ungefär 72 gånger den för koldioxid, men när man tittar på en tidsperiod på 100 år, att ekvivalensen sjunker till bara 25 gånger.

Metan kommer från flera källor, varav några är relativt svåra att mäta. Till exempel, läckage från naturgasbrunnar, lagerlokaler, och distributionssystem är en betydande källa. Men eftersom sådana läckor är mycket varierande och beror på faktorer som konstruktionsmetoder och underhållssystem för infrastruktur - som i vissa fall är proprietär information - har det varit stor kontrovers om omfattningen av sådana läckor. Andra källor, t.ex. utsläpp relaterade till våtmarker, avskogning, och nötkreatur, är svåra att mäta exakt.

Redovisning för dynamik

Jessika Trancik, Atlantic Richfield Career Development Associate Professor in Energy Studies vid MIT's Institute for Data, System, och samhället, säger att på grund av metans mycket olika dynamik i atmosfären jämfört med koldioxid, Det kan vara missvisande att förlita sig på de konventionella enfaktorsjämförelser som ofta används. Istället, föreslog hon och medarbetare i en forskningsrapport från 2014 - och vidareutvecklade tanken 2016 - att ett mått på de relativa effekterna av olika gaser baserat på specifika klimatbegränsande mål ska användas, till exempel där tidshorisonten för jämförelsen baseras på ett specifikt stabiliseringsmål.

Det vanliga sättet att jämföra växthusgaser är genom en enda omvandlingsfaktor, kallad potential för global uppvärmning, som använder en något godtyckligt vald tidshorisont på 100 år. För metan, detta ges vanligtvis som en faktor 25 (det vill säga metan är 25 gånger starkare än koldioxid). Men Trancik föreslår att det är mer meningsfullt att använda "målinspirerade mätvärden, "som innehåller de olika uppehållstiderna för olika gaser under en tidsperiod som beror på när utsläppen inträffar i förhållande till ett mildrande mål:en momentan klimatpåverkan (ICI) och en kumulativ klimatpåverkan (CCI). Hon säger att hur mycket vikt till ge de olika faktorerna "beror på hur mycket du bryr dig om förändringstakten på kort sikt, i motsats till jämviktstillståndet "som klimatet i slutändan kommer att lägga sig i - som kanske inte nås på århundraden.

Salomons forskning har nyligen visat att några av effekterna av växthusgaser kan kvarstå i århundraden, även efter att de gaser som ursprungligen utlöste dessa utsläpp inte längre släpps ut alls. Specifikt, expansion av vatten när det värms, kombinerat med smältning av polar- och glaciäris, kan leda till betydande havsnivåhöjningar som skulle pågå i århundraden även om alla nya utsläpp av växthusgaser helt stoppades. Det beror på att dessa gaser kommer att förbli i atmosfären och fortsätta att fånga värme långt efter att deras källor har eliminerats - ett faktum som ibland förbises i diskussioner om att mildra klimatförändringar. Om alla koldioxidutsläpp eliminerades år 2050, Solomon och hennes medförfattare fann, så mycket som hälften av utsläppen skulle fortfarande vara i luften 750 år senare, och värmer fortfarande planeten.

"Det råder ingen tvekan om att koldioxid är den största bidragsgivaren till klimatförändringar som orsakas av människor, "Trancik säger, "så det är det stora fokuset för att mildra ansträngningarna. Men det finns ett antal andra som också är betydande. Dessa koldioxidutsläpp kommer ofta från någon form av läckage i försörjningssystemet, till skillnad från de direkta utsläppen av koldioxid som orsakas av förbränning av kolhaltiga fossila bränslen. Det finns möjligheter att rengöra dessa system för att minska läckage, även om det inte alltid är lätt. "

Också, hon säger, "det finns en utmaning att förstå den atmosfäriska livslängden för alla dessa växthusgaser och hur den strålande kraften förändras när koncentrationen förändras. Det finns interaktiva effekter som förändrar strålningseffektiviteten för alla dessa gaser."

Gaser är inte de enda som bidrar till växthuseffekten:Svart kol, annars känd som sot, liksom vissa andra partiklar kan också spela en roll. Men sådana material har ännu kortare uppehållstider, vanligtvis bara dagar eller veckor, eftersom de tenderar att spolas ur luften av nästa nederbörd.

Vilket tar oss till den största växthusgasen av alla:vattenånga. Det råder ingen tvekan om att vattenånga är ansvarig för mer uppvärmning av växthusen än någon annan atmosfärisk beståndsdel. Men vattenånga beteende beror på klimatet, så det är inte en drivkraft för klimatförändringar utan snarare en förstärkande feedback, eftersom vattencykeln är en konstant del av den atmosfäriska cirkulationen. När luften blir varmare, det kan hålla mer vattenånga, så ett uppvärmande klimat leder till mer ånga i luften, ger en återkopplingseffekt - och kan leda till dramatiska förändringar i nederbördsmönster. Men, vattenånga stannar bara kvar tills nästa nederbörd. "Vattenånga är en slav till klimatsystemet, det är inte en mästare, "Säger Salomo.

Så när det gäller att förändra planetens klimat, koldioxid är faktorn nummer ett - och kommer att vara det under överskådlig framtid, även om alla utsläpp skulle stoppas just nu. Mycket av koldioxiden som släpptes ut under det senaste århundradet kommer fortfarande att finnas där århundraden framöver - och kommer fortfarande att värma planeten och få havsnivån att stiga. "En del av vår koldioxid kommer fortfarande att finnas där om 1, 000 år, "Säger Salomo. Så för alla praktiska ändamål, hon säger, på en mänsklig tid, koldioxid som släpps ut i luften leder till "irreversibiliteten av koldioxidinducerad uppvärmning".

Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.