Ett internationellt team av forskare meddelade idag vid klimatförhandlingarna i Bonn att mänskliga utsläpp av växthusgasen koldioxid återigen ökar i år, efter tre år av att vara i princip platt. De räknar med att utsläppen kommer att nå rekordstora 41 miljarder ton 2017, tillsammans med en beräknad ökning med 2 procent av förbränning av fossila bränslen.

Dock, kolnivån i luften är inte exakt parallell med utsläppen; både hav och land absorberar och avger stora mängder CO2, och balansen kan variera från år till år på grund av naturliga klimatcykler och andra faktorer. Forskare kan bara uppskatta siffrorna. Atmosfärisk koldioxid ökade faktiskt med rekordhöga årliga hastigheter på cirka 3 miljondelar 2015 och 2016, även om utsläppen var stabila under dessa år. Nivåerna fortsätter att stiga i år, och kommer sannolikt att nå rekord i genomsnitt på 405,5 delar per miljon.

Samtidigt som årets utsläppssiffror offentliggörs, Galen McKinley, en professor i jord- och miljövetenskap vid Columbia University och dess Lamont Doherty Earth Observatory, var medförfattare till en artikel som publicerades i dag i tidskriften Naturens klimatförändringar , där hon och kollegor diskuterar svårigheterna med att spåra koldioxidens källor och destinationer. Nedan, förklarar hon.

Vart tar våra koldioxidutsläpp vägen?

Endast cirka 50 procent av koldioxiden från mänskliga utsläpp finns kvar i atmosfären. Resten är ungefär lika uppdelad mellan upptag i landbiosfären och i havet. CO2 i atmosfären är en funktion av balansen mellan utsläpp och upptag i land och hav. Både utsläpp och upptag av land och hav kan variera över tiden.

Vilka delar av systemet är vi bäst, och åtminstone, förstå?

Det kumulativa havsupptaget av allt kol som vi har släppt ut under den industriella tidsåldern har kvantifierats till cirka 10 procents fel. Osäkerheterna är större för variationen i upptaget över tid. Så, kanske ett år har lite mer upptag, nästa lite mindre. Den detaljerade rumsliga uppdelningen har också osäkerheter, särskilt när vågen blir mindre. Till exempel, vi vet att Nordatlanten är en region med mycket intensivt kolupptag, men upptaget på vilken latitud och longitud som helst är svårare att spika fast. På mark, det finns mycket kunskap om de processer som driver upptag och utsläpp av kol. Men marken varierar mycket från plats till plats, så att öka vår förståelse från fältwebbplatser är en stor utmaning. Tills nu, den globala budgeten har uppskattat markupptagningen som en skillnad mellan det som släpps ut och det som finns kvar i atmosfären eller går ut i havet. Men vi gör framsteg. Modeller har utvecklats baserat på observationer och budgetar på långsiktiga fältplatser och i dedikerade fältkampanjer. Nu, Dessa modeller används för att direkt uppskatta landupptaget för första gången. Självklart, det finns många osäkerheter kvar.

Vad hände 2015-2016 för att driva på så kraftiga ökningar av atmosfärisk CO2?

Under ett år med en stor El Niño som 2015-16, landbiosfären, som helhet, tog upp mindre kol. Detta berodde på att El Niño gjorde att många platser torkade ut och värmdes upp. Detta orsakade bränder på vissa ställen, och mindre växttillväxt hos andra. Havet behöll lite mer kol. Men nettobalansen var en högre tillväxttakt av atmosfärisk CO2. Liknande förändringar observerades med den starka El Niño 1997-98.

Enligt Paris klimatavtal, nationer ska rapportera sina utsläpp, och forskare försöker verifiera informationen. Hur tillförlitlig är verifieringsarbetet?

För närvarande, den globala koldioxidbudgeten är inte tillräckligt exakt för att verifiera nationella utsläppsuppskattningar. Först, eftersom det finns så många nationer, och lite mer från en kan lätt balansera ut lite mindre från en annan. Och, på grund av de betydande osäkerheterna i upptaget av land och hav. Det är ett långsiktigt vetenskapligt mål att verifiera åtminstone den integrerade effekten av utsläppsminskningar. Ansträngningar pågår för att spåra utsläpp regionalt, ner till nationell nivå. Dessa ansträngningar har gjort stora framsteg de senaste åren, men är fortfarande rudimentära. De nuvarande metoderna använder fältdata, satellitdata, och atmosfäriska transportmodeller, allt tillsammans. För att komma fram till ett riktigt verifieringssystem kommer det att krävas en explosion av observationskapacitet i realtid, samt förbättrade modeller.

Tror du att CO2 i luften kommer att fortsätta stiga? Om så är fallet, vilka är konsekvenserna? Huruvida CO2-nivåerna kommer att fortsätta att stiga eller inte beror på mänskliga handlingar. Utsläppen ligger för närvarande på historiskt höga nivåer, och i denna takt kommer koldioxiden i atmosfären säkerligen att fortsätta att öka. Utsläppen måste minskas drastiskt för att atmosfärens CO2-nivåer ska stabiliseras eller minska. Det uppvärmande klimatet och försurningen av havet kommer att fortsätta så länge som atmosfärens CO2 fortsätter att öka.

Kan det finnas överraskningar som plötsligt skulle förändra kolbalansen, och framtidsutsikter?

I havet, vi tror att förändringar i havscirkulationen kan påverka havets kolupptag. Det finns bevis för sådana förändringar tidigare. Det finns också en föreställning om att havet bara har så mycket total kapacitet, men detta är komplext och tidsberoende. På tidsskalor på 10, 000 år, havet ska kunna ta upp minst 85 procent av alla utsläpp. Havet blandas helt bara en gång var 1, 000 år, och den behöver flera blandningar för att suga upp allt kol. Men eftersom kol är mycket lösligt i havsvatten, i någon mening är havets kapacitet oändlig. Om du bara bryr dig om mycket långa tidsskalor, kolet kommer att tas upp av haven. Men det mänskliga samhället tenderar att bry sig om mycket kortare tidsskalor. För dessa, en långsammare havscirkulation kan verkligen påverka atmosfärens CO2-belastning. På land hittills, det kumulativa kolupptaget i biosfären är ungefär noll. Vad jag menar med kumulativ är den integrerade summan av alla koldioxidutsläpp på grund av markanvändningsförändringar sedan den förindustriella eran, och kolupptag som sker med skogens återväxt och ökad tillväxt på grund av mer CO2 i atmosfären. Just nu, denna kumulativa effekt verkar inte vara något nettoupptag. På samma gång, vi vet att klimatuppvärmningen kommer att frigöra åtminstone en del CO2 från jordar och permafrost, och vissa skogar är mer sårbara för torka och brand med uppvärmning. Och. vi behöver jordbruk för att föda människor. Så, det förefaller mig inte finnas en stor reservoar på land där man kan förvänta sig att mycket kol lagras naturligt på lång sikt. Mänskliga handlingar kan förbättra viss lagring och minska förluster, till exempel med bevarandemetoder inom jordbruket. Men jämfört med kapaciteten i havet, troliga ansamlingar kommer att vara små i hundratals till tusentals år. Ändå, på kortare tider, marken kan ha en enorm inverkan. El Niño 2015-16 illustrerar detta tydligt.