Bara vatten, tack…

Kemiska formler ingår normalt inte i folks vardagsvokabulär. Men formeln för diväteoxid, eller i dagligt tal vatten, är ett undantag. Sten Niklasson djupdyker i den förening som är en förutsättning för hela vår existens.

H2O är en kemisk förening med många märkvärdiga egenskaper. Många föreningar kokar vid minusgrader och övergår i gasform vid rumstemperatur. Det gör som bekant inte vatten. Det är flytande vid temperaturer som passar de flesta levande varelser och är dessutom stabilt och icke-reaktivt. Det är därför vatten fungerar som ett perfekt lösningsmedel och transportmedium i jordiska organismer.

Många vätskor minskar i volym, när de kyls. Men när vattens temperatur närmar sig fryspunkten expanderar det. Det vet alla som råkat sätta en glasflaska full med vatten i frysen istället för i kylen. Isen kan till slut spränga flaskan, eftersom den har ca 10% större volym än vattnet i vätskeform.

Människans täthet är något högre än det vatten vi tappar upp i badkaret. Därför flyter vi normalt inte i sötvatten, utan bara i saltvatten som har lite större täthet än våra kroppar.

Eftersom vatten på många håll anses vara en självklar tillgång, är det lätt att förbise dess betydelse. Men vatten är, trots sin livgivande förmåga, också ett dödligt gift för många organismer. Vi människor består visserligen av 55-65% vatten, vars salter i stort sett är av samma typ som havsvattnets. Svett och tårar smakar som bekant salt. Men trots att vi behöver salt – i små mängder –, kan vi inte dricka havsvatten, som innehåller ca sjuttio gånger mer salter än vår kropp klarar av att hantera. Alltför stort intag av saltvatten medför att våra celler skickar iväg vattenmolekyler för att späda ut saltkoncentrationen. Det innebär att cellerna torkar ut. Resultatet blir kramper och medvetslöshet. Njurarna som skall ta hand överskottssaltet chockas och upphör till slut att fungera.

97% av allt vatten på Jorden är salt och finns i haven. Havsvattnet täcker ca 70% av Jordens yta. Av den lilla delen färskvatten är det mesta bundet i is vid polerna. I Antarktis finns merparten av denna is – 30 miljoner kubikkilometer – i ett på sina ställen flera kilometer tjockt täcke.

Färskvatten är en bristvara. Bara 0,4% av detta vatten finns någorlunda lättillgängligt i sjöar och vattendrag. Det är ett tänkvärt faktum att merparten av färskvattnet används för konstbevattning inom jordbruket. Av resten måste det mesta renas, innan det blir drickbart.

Hydrosfären, som vattenriket kallas, är ett praktiskt taget slutet system som innehåller 1,3 miljarder kubikkilometer vatten som ständigt cirkuleras. Det vatten vi idag dricker, kan därför innehålla molekyler som kanske en gång passerade Aristoteles, Cleopatra eller Napoleon.

1744 publicerade den schweiziske ingenjören Pierre Martel en berättelse om en resa han gjort i Alperna. Bland de märkliga ting han sett på alpsluttningarna fanns stora stenblock som uppenbarligen kom från berg, belägna någon helt annanstans.Han anade att den glaciär han sett i närheten en gång varit mycket större, och att den, när den smält undan, hade lämnat kvar tidigare innefrusna block som den slitit med sig ur långt bort belägna berg.

Senare landerade geologen Jean de Charpentier tanken att stora ismassor en gång måste ha täckt också områden som helt saknar glaciäris. Hans teori möttes emellertid av tvivel i geologkretsar.
1818 lade den svenske botanisten Göran Wahlenberg fram hypotesen att hela den skandinaviska halvön en gång varit täckt av ett tjockt istäcke. Dansken Jens Espmark utvecklade teorin ytterligare ett par år senare. Han menade att området drabbats av ett flertal nedisningar, och att orsaken till kallperioderna var förändringar i Jordens omloppsbana. Espmarks radikala slutsatser vann ingen större anklang förrän en annan botanist, Karl Schimper, 1837 myntade begreppet ”istid” och hävdade att ett istäcke periodvis täckt stora delar av Europa, Nordamerika och Asien.

Först mot slutet av 1800-talet blev istidsteorin allmänt accepterad. Fältstudier hade visat på räfflor i berghällarna, som inte kunde ha skapats på annat sätt än genom isens rörelser fram och tillbaka. Bara ett tjockt istäcke kunde ha slipat ner höga berg och lämnat moräner och flyttblock efter sig när det drog sig tillbaka. Också den geografiska distributionen av fossil visade att arter som föredrog varmare förhållanden dött ut under perioder med stark kyla och isbildning.

Dessutom hade en i vetenskapliga kretsar helt okänd person utvecklat Espmarks gamla tanke att orsaken till att istider kom och gick skulle kunna vara att Jordens omloppsbana runt solen förändrades från elliptisk till rund och vice versa. Personen i fråga hette James Croll och arbetade visserligen vid universitetet i Glasgow, men inte som forskare utan som vaktmästare. Croll kom från en fattig familj och hade tvingats sluta skolan i förtid för att bidra till familjens försörjning. Han hade emellertid ett brinnande intresse för naturvetenskap, och vaktmästarsysslan tillät honom att tillbringa många kvällar i universitetets bibliotek, där han konsumerade de senaste verken på detta område.

Amatören Crolls teori att variationer i Jordens klimat kunde ha en astronomisk förklaring presenterades 1875 i en bok med titeln ”Climate and Time in their Geological Relations”. Den väckte överraskande starkt gensvar bland dåtidens vetenskapsmän, och Croll skulle komma att sluta sina dagar som en högt ansedd forskare.

Stöd för Crolls teori kom flera decennier senare från ett något oväntat håll. Det var den serbiske maskiningenjören Milutin Milankovitch, som utan några tidigare meriter när det gäller himlakroppars rörelser, drabbades av insikten att Croll visserligen hade haft rätt, men att också jordaxelns lutning i förhållande till solen måste tas med i beräkningen. De mödosamma beräkningarna av solinstrålningens vinkel, varaktighet och intensitet på olika latituder tog Milankovitch tjugo år. Resultaten presenterades 1920 i en bok, som länge betraktades som en vetenskaplig kuriositet, men som idag anses vara en av grunderna till vårt kunnande om klimatförändringarna på planeten (”Théorie matematique des phénomènes termiques produits par la radiation solaire”).

Nu vet vi att Jordens bana ändrar sin form från cirkulär till elliptisk i cykler om ca 100 000 år. Just nu är den praktiskt taget cirkulär. Vi vet också att jordaxelns lutning ändrar sig i cykler om 40 000 år, och att axelspetsen dessutom i perioder på 20 000 år roterar i en cirkelrörelse (”precession”). Det norra halvklotet, som för närvarande vetter som mest mot solen i juni månad, kommer att om så där 12 000 år att ha ändrat position. Årstiderna byter då plats, och våra efterkommande – om Homo sapiens överlever som art – kan räkna med att få skotta snö i juni och fira midsommar i december.

Under större delen av Jordens historia har polarområdena varit isfria. Temperaturen har legat 8-15 grader C högre än idag. Men det varma klimatet har då och då avlösts av istider, vilka var och en innefattat flera nedisningar med mellanliggande värmeperioder, så kallade interglacialer. Nu befinner vi oss i slutet av den interglacial som inleddes med att inlandsisen drog sig tillbaka för ca 10 000 år sedan.

Även om vi med modern teknik kan bekräfta de cykliska variationerna i Jordens klimat som Milankovitch och andra beräknade, är orsakerna till dessa variationer bara delvis utredda. Vi vet att solstrålningens styrka varierar med mängden solfläckar i en cykel på ca elva år, och tecken tyder på att ett ökat antal solfläckar sammanfaller med ett kallare klimat på Jorden. Vi vet också att växthuseffekten varierat kraftigt genom årmiljarderna.*

När de första livsformerna på Jorden uppstod för tre till fyra miljarder år sedan var mängden växthusgaser många gånger högre än idag. Tur var det, eftersom solens strålning var 30% svagare än nu. Den starka växthuseffekten, som alltså höll kvar värmen från solstrålningen, var sannolikt en av förutsättningarna för uppkomsten av de första enkla organismerna. Efterhand som syrehalten i atmosfären ökade till följd av fotosyntetiska bakterier, ökade förutsättningarna för mer komplexa organismer. Växthusgaserna minskade, och temperaturen sjönk.

Den första istiden inleddes 2,3 miljarder år tillbaka i tiden. Den följdes av en lång period av närmast tropiskt klimat, avbruten av en serie nya istider med början för 700 miljoner år sedan. Under de geologiska perioderna trias, jura och krita för 250 – 65 miljoner år sedan, blev klimatet åter varmare med en dramatisk topp under epoken eocen från 56 till 34 miljoner år sedan.

Vår kunskap om dessa klimatförändringar grundas framför allt på studier av fossil. I fossilförande lager nära polerna har man hittat lämningar av djur och växter som i dag lever mycket närmare ekvatorn. Fynd av palmer har till exempel gjorts i Kamchatka i östra Sibirien och fossil av alligatorer och sköldpaddor har mejslats fram på ön Ellesmere i den arktiska arkipelagen nordväst om Grönland.

Däggdjuren, som under stora delar av sin drygt 200 miljoner år långa historia levt en undanskymd tillvaro, började under värmeperioden som inleddes för 56 miljoner år sedan att breda ut sig. På land uppträdde för första gången hovdjur som var föregångare till nutida giraffer, kameler och hjortdjur. Dessutom skedde en dramatisk förändring av stor betydelse för den fortsatta utvecklingen på planeten. Våra avlägsna släktingar, de första primaterna, dök upp. Det är sannolikt att däggdjuren också erbjöds större livsrum till följd av det förödande asteroidnedslag för 65 miljoner år sedan som bland annat utplånade dinosaurierna.

Detta nedslag var ingalunda den första katastrof som påverkade livet på Jorden. Forskarna räknar med tolv våldsamma händelser, som lett till massutplåning av jordiskt liv, varav fem mycket stora. För 480 miljoner år sedan blev klimatet kallare, och stora glaciärer bildades. 85% av alla arter beräknas ha dött ut under denna period. Drygt 70 miljoner år senare var det dags för en ny avkylning som bland annat förorsakade syrebrist i haven. Orsaken var sannolikt asteroidnedslag. Då utplånades 80% av arterna på Jorden.

Den värsta massdöden anses ha inträffat för 250 miljoner år sedan. Enorma vulkanutbrott beräknas ha spytt ut omkring flera miljoner kubikkilometer lava, och tjocka askmoln tros ha skymt solen. Vattennivån i haven sjönk kraftigt. 95% av växt- och djurlivet dog ut.

De ekologiska tomrum som skapades efter dessa katastrofer fylldes anmärkningsvärt snabbt av nya arter. Men de flesta livsformer som evolutionen frambringat på Jorden är utdöda. Det tål att tänka på.

Den senaste, men säkert inte sista, istiden började för två miljoner år sedan och pågår ännu. Denna period har inneburit ett dussintal nedisningar med mellankommande interglaciala värmeperioder. För 18 000 år sedan bredde ett 3-4 kilometer tjockt istäcke ut sig över norra Europa. En stor del av vattnet på jorden var bundet i stora glaciärer, och havsytans nivå låg 120 meter under dagens.

Men isen började dra sig tillbaka för 10 000 år sedan. Isborrkärnor från Grönland visar att temperaturen då snabbt ökade. 4 000 år f. Kr. hade värmeperiodens maximum nåtts med en medeltemperatur som låg tre grader högre än idag. Vattennivån i haven steg och låg ca 2 000 f. Kr. omkring tre meter högre än nuvarande nivå. En värmetopp inträffade också mellan åren 800 och 1250 e.Kr., vilket gjorde att vikingarna i behagligt klimat kunde segla till Grönland, där kusttrakterna grönskade (därav namnet!).

Den så kallade ”lilla istiden” inföll mellan 1350 och 1850 då vintrarna blev längre och kallare. Themsen frös, och isen på Stora Bält var tjock nog att 1658 bära Karl X Gustavs armé från Jylland till Själland.

I det stora geologiska perspektivet är alltså inte betydande klimatväxlingar ovanliga.

Under 1900-talet steg Jordens medeltemperatur med ca 0,6 C och beräknas fortsätta stiga kraftigt – kanske med 2-6 C under innevarande sekel. En sådan temperaturhöjning kan få stora konsekvenser för livet på vår planet. Skulle mot förmodan alla Jordens isar smälta undan, skulle havsnivån stiga med ca 80 meter. Skulle, vilket flera forskare håller för mera sannolikt, avsmältningen begränsas till delar av glaciärisarna i västra Antarktis och Grönland, kan resultatet bli en nivåhöjning på 3-5 meter. Bara under de senaste 50 åren har vattentemperaturen i dessa områden ökat med 2,5 grader C, vilket bör stämma till eftertanke. Det låter kanske inte mycket, men följderna är allvarliga nog, särskilt som temperaturförändringen ser ut att ske extremt snabbt och till stor del ha sin grund i människans påverkan.

Sten Niklasson är författare och tidigare generaldirektör

* Solen värmer Jorden. En del av värmen strålar tillbaka ut i rymden. En teoretisk beräkning av balansen mellan in- och utstrålning ger till resultat att Jordens medeltemperatur borde vara minus 19 C. I verkligheten är medeltemperaturen vid markytan ca 15 C plus. Det beror på att atmosfären innehåller gaser som hejdar en del av Jordens utstrålning. Man brukar kalla gaserna för växthusgaser, eftersom de fungerar som taket på ett växthus, det vill säga släpper igenom solljuset men försvårar för varmluften att lämna växthuset.