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Tredici miliardi di anni. Il romanzo dell'universo e della vita - Piero Angela
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Effetto serra e attività umane: come stanno le cose?

Effetto serra e attività umane: come stanno le cose?

Contributo all'effetto serra, vapore acqueo inclusoDell'effetto serra, di cui si parla tanto e spesso a sproposito, quanto è causato dall'attività umana? Circa lo 0,28%, se si tiene conto del vapore acqueo, circa il 5,53%, in caso contrario. Almeno secondo (il molto criticato, dobbiamo dirlo) studio "Global Warming:A closer look at the numbers" e che andremo ora ad approfondire, premettendo subito quanto segue, a scanso di equivoci: le emissioni e gli inquinanti in generale (ma non i gas serra... parliamo di tutte le restanti schifezze emesse da ogni attività umana!) vanno assolutamente ridotti (alcuni completamente eliminati) per tantissime di ottime ragioni... ma non (forse) per il riscaldamento globale.Pertanto questo articolo non dice che è inutile ridurre le emissioni (porta numerosissimi vantaggi vitali!) ma dice semplicemente che non serve (o meglio, non servirebbe, il condizionale è d'obbligo) per quanto riguarda il riscaldamento globale.

Chiarito questo una volta per tutte, procediamo e ripetiamo: quanto dell'effetto serra è causato dall'attività umana? Circa lo 0,28%, se si tiene conto del vapore acqueo, circa il 5,53%, in caso contrario. Questo punto è così cruciale per il dibattito sul riscaldamento globale che il modo in cui il vapore acqueo è o non è preso in considerazione in un'analisi dei gas serra fa la differenza tra la descrizione di un significativo contributo umano all'effetto serra stesso o trascurabile. Perché c'è un punto fondamentale: il vapore acqueo costituisce il gas serra più significativo della Terra, ne rappresenta circa il 95% [(5), ma questo dato è contestato, vedasi le osservazioni a fine articolo]. Secondo alcuni intorno al 60% (https://www.acs.org/content/acs/en/climatescience/climatesciencenarratives/its-water-vapor-not-the-co2.html), ne terremo conto noi fra poco. È interessante notare che molti "fatti e cifre" riguardanti il ​​riscaldamento globale ignorano completamente i potenti effetti del vapore acqueo, esagerando di conseguenza gli impatti umani fino a 20 volte. Il vapore acqueo è per il 99,999% di origine naturale. Altri gas serra atmosferici come anidride carbonica (CO2), metano (CH4), protossido di azoto (N2O) e altri gas vari (CFC, ecc.) sono anch'essi per lo più di origine naturale (tranne quest'ultimo, che è per la maggior parte antropogenico). Le attività umane contribuiscono leggermente alle concentrazioni di gas serra attraverso l'agricoltura, la produzione, la produzione di energia e i trasporti. Come vedremo tra poco queste emissioni sono così piccole rispetto a quelle da fonti naturali (per le quali non possiamo farci nulla), che anche gli sforzi più costosi per limitare le emissioni umane avrebbero un effetto molto piccolo, forse non rilevabile, sul clima globale.

In questo studio vengono distinte 5 fasi (si noti che nelle prime due viene dapprima ignorato il vapore acqueo):
1. Concentrazioni dei gas serra
2. Conversione delle concentrazioni in contributo reale
3. Introduzione del vapore acqueo
4. Distinguere i gas serra tra naturali e artificiali
5. A conti fatti...
Nota: i calcoli sono espressi in 3 cifre significative per ridurre gli errori di arrotondamento, non necessariamente per indicare la precisione statistica dei dati stessi.
Avvertenza: questa analisi ha lo scopo di fornire un confronto semplificato tra i vari gas serra prodotti dall'uomo e quelli naturali. Non tiene conto di tutte le complicate interazioni tra atmosfera, oceano e sistemi terrestri, un'impresa che può essere ottenuta solo con modelli sofisticati al computer (e fino ad un certo punto).


1. Concentrazioni di gas serra:Naturale vs artificiale (antropogenico)

La seguente tabella è stata costruita con i dati pubblicati dal Dipartimento per l'energia degli Stati Uniti (1) e riassumono le concentrazioni dei vari gas serra dell'atmosfera integrati con informazioni provenienti da altre fonti (2-7). Poiché alcune concentrazioni sono molto piccole, i numeri sono indicati in parti per miliardo. Curiosità: il Dipartimento ha scelto di NON mostrare il vapore acqueo come un gas serra!

(Concentrazioni indicate in parti per miliardo)Pre-industrial baselineNatural additionsMan-made additionsTotale (ppb) ConcentrationeTotale in %
Anidride Carbonica (CO2)288,00068,52011,880 (2)368,40099.438%
Metano (CH4)8485773201,7450.471%
Protossido di Azoto (N2O)28512153120.084%
Altri gas (CFC, etc.)2502270.007%
Totale289,15869,10912,217370,484100.00%

Concentrazione dei gas serra, escluso il vapore acqueo


Il grafico riassume la percentuale di concentrazioni di gas serra nell'atmosfera terrestre sui dati della tabella precedente. Non è una visione molto significativa perché:
1) i dati non sono stati corretti in base l'effettivo potenziale di riscaldamento globale (GWP) di ciascun gas (ogni gas ha una diversa capacità di influire sull'effetto serra)
2) il vapore acqueo viene ignorato.
In ogni caso notiamo, intanto: il biossido di carbonio totale, quindi naturale e antropico insieme comprende il 99,44% di tutte le concentrazioni di gas serra (368,400 / 370,484) - (ignorando il vapore acqueo).Inoltre dalla tabella (ma non mostrato nel grafico) le aggiunte antropogeniche di CO
2 (di origine antropica) comprendono (11.880 / 370.484) il 3.207% di tutte le concentrazioni di gas serra (sempre ignorando il vapore acqueo).

I gas serra antropogenici totali combinati comprendono (12.217 / 370.484) il 3.298% di tutte le concentrazioni di gas serra (ignorando il vapore acqueo). Ma come detto i vari gas serra non sono uguali nel "bloccare" il calore, quindi, per rimanere statisticamente rilevanti le varie concentrazioni devono essere "normalizzate" rispetto al contributo più "grande", cioè della CO2. E' quanto faremo nel seguente punto 2.

2. Contributo all'effetto serra usando il potenziale di riscaldamento globale (GWP)

L'utilizzo di una appropriata correzione che tenga conto del potenziale di riscaldamento globale dei vari gas fornisce il seguente confronto, molto più significativo, basato sulla conversione:

contributo gas serra rispetto alla CO2 = (concentrazione) X moltiplicatore GWP (3) (4)

Questa tabella aggiusta i valori della precedente per confrontare il contributo dei gas serra rispetto a quello della CO2Moltiplicatore (GWP)Pre-industrial baseline (new)Natural additions (new)Man-made additions (new)Totale Contributo relativoTotale in % (new)
Anidride Carbonica (CO2)1288,00068,52011,880368,40072.369%
Metano (CH4)21 (3)17,80812,1176,72036,6457.199%
Protossido di Azoto (N2O)310 (3)88,3503,5994,77196,72019.000%
CFC (ed altri gas gas)vedi qui (4)2,50004,7917,2911.432%
Total
396,65884,23628,162509,056100.000% 


Contributo all'effetto serra normalizzato, vapore acqueo esclusoI dati ora ci dicono che, tenendo conto dell'effettiva capacità "serra" di ogni gas, i contributi totali di anidride carbonica (CO2) sono ridotti al 72,37% di tutti i gas a effetto serra (368,400 / 509,056) - (ignorando il vapore acqueo).Inoltre, dalla tabella (non mostrato sul grafico): i contributi antropogenici (antropici) di CO2 diminuiscono (11.880 / 509.056) al 2,33% del totale di tutti i gas a effetto serra (ignorando il vapore acqueo). Il totale dei gas serra antropogenici combinati diventa (28.162 / 509.056) il 5,53% di tutti i contributi di gas serra (il tutto sempre ignorando il vapore acqueo).

Rispetto al biossido di carbonio, gli altri gas a effetto serra rappresentano insieme circa il 27,63% dell'effetto serra (ignorando il vapore acqueo) ma solo circa lo 0,56% delle concentrazioni totali di gas a effetto serra.

In altre parole, metano, protossido di azoto (N2O) i CFC e altri gas vari, nel loro insieme, sono circa 50 volte più potenti della CO2 nel produrre effetto serra.

E' giunto i momento di aggiungere il contributo del vapore acqueo (il più potente di tutti!) al discorso...

3. Il vapore acqueo travolgetutti gli altri gas serra, naturali e artificiali che siano

La seguente tabella mostra cosa succede quando viene preso in considerazione l'effetto del vapore acqueo insieme a tutti gli altri gas a effetto serra, espressi come percentuale relativa di quello totale. Si vede chiaramente come i contributi combinati di CO2, metano, N2O e altri gas sono molto piccoli rispetto al vapore acqueo! Il biossido di carbonio atmosferico totale (CO2) - sia artificiale che naturale - è solo circa il 3,62% dell'effetto serra complessivo - una grande differenza dal 72,37% della tabella precedente, che ignorava completamente il vapore acqueo, il gas ad effetto serra più significativo, che proviene per il 99,999% da fonti naturali ed è responsabile di circa il 95% dell'effetto serra complessivo (5). I climatologi lo sanno benissimo, ma alcuni gruppi governativi e giornalisti sottovalutano tale evidenza o semplicemente la ignorano del tutto per ragioni sulle quali non siamo completamente d'accordo (vedasi le osservazioni alla fine).

Dati basati sulla concentrazione (ppb) tenendo conto del GWPTotale in %Totale in % tenendo conto del Vapore Acqueo (nell'ipotesi che sia responsabile del 95% dell'effetto serra complessivo)Totale in % tenendo conto del Vapore Acqueo (nell'ipotesi che sia responsabile del 60% dell'effetto serra complessivo)
Vapore acqueo----- 95.000%60.000%
Anidride Carbonica (CO2)72.369% 3.618%28.948%
Metano (CH4)7.100% 0.360%2.84%
Protossido di azoto (N2O)19.000%0.950%7.6%
CFC (ed altri gas)1.432% 0.072%0.574%
Totale100.000%100.000%100.000%

4. Confronto tra le concentrazioni naturali dei gas serra e quelle provocate dall'uomo

Il restante 5% (nel primo caso, 40% nel secondo caso) dei gas serra (senza vapore acqueo), è così distribuito, partendo dai dati della tabella di cui al punto 1:
- il 96,775% della CO2 è naturale, il restante 3,225% di origine antropica
- l'81,662% del metano è di origine naturale, il restante 18,338% antropico
- il 95,067% del protossido di azoto è naturale, il 4,933% antropico
- CFC + altri gas sono per il 34,289% di origine naturale, mentre per il restante 65,711
Questi dati ci serviranno tra poco. Intanto ribadiamo che le unità sono espresse in 3 cifre significative al fine di ridurre gli errori di arrotondamento, non implica la precisione numerica in quanto vi è una certa variazione tra i vari ricercatori.

5. Mettiamo tutto insieme: il contributo totale ai gas serra da parte dell'uomo

Ora un po' di conti. Calcolando il prodotto del contributo di CO2 tenendo conto di tutti i gas serra vapore acqueo compreso (3,618%) e la percentuale di concentrazione di CO2 da fonti antropogeniche, cioè artificiali (3,225%), vediamo che solo lo (0,03618 X 0,03225) = 0,117% dell'effetto serra è dovuto alla CO2 atmosferica derivante dall'attività umana. Gli altri gas a effetto serra sono calcolati in modo simile e sono riepilogati nella tabella seguente.

Dati basati sulla concentrazione (ppb) tenendo conto del GWP% di Effetto serra (caso: vapore acqueo al 95%)

% Naturale

% Man-made

% di Effetto serra
(caso vapore acqueo al 60%)
% Naturale% Man-made
Vapore acqueo95.000%

94.999%

0.001%60.000%59.999%0.001%
Anidride Carbonica (CO2)3.618%

3.502%

0.117%28.948%28.015%0.934%
Metano (CH4)0.360%

0.294%

0.066% 2.84%2.32%0.521%
Protossido di azoto (N2O)0.950%

0.903%

0.047%7.6%7.225%0.375%
Altri gas (CFC, ecc)0.072%

0.025%

0.047%0.574%0.197%0.377%
Totale100.00%

99.72

0.28%100.00%97,756%2.208%


Dunque il vapore acqueo, responsabile del 95% dell'effetto serra della Terra (del 60% nel secondo caso), è al 99,999% naturale (alcuni sostengono, 100%). Anche se volessimo non possiamo fare nulla per cambiare questo. Nel primo caso i contributi delle attività umane di CO2 causano solo il 0,117% dell'effetto serra del pianeta e aggiungendo tutte le altre sorgenti (metano, protossido di azoto...), il contributo totale dell'uomo all'effetto serra è pari allo 0,28%.

Nel secondo caso (vapore acqueo responsabile del 60% dell'effetto serra della Terra) abbiamo che i contributi delle attività umane di CO2 causano solo lo 0,934% dell'effetto serra del pianeta e aggiungendo tutte le altre sorgenti (metano, protossido di azoto...), il contributo totale dell'uomo all'effetto serra è pari al 2,208%.

Con questi numeri, quanto possono incidere iniziative quali il Protocollo di Kyoto, che peraltro richiede riduzioni solo parziali, rispetto alla variabilità naturale del sistema climatico terrestre?

Non c'è alcun dubbio sul fatto che anche se puntualmente osservato, (il Protocollo di Kyoto) avrebbe un effetto impercettibile sulle temperature future - un ventesimo di grado entro il 2050. [Dr. S. Fred Singer, atmospheric physicistProfessor Emeritus of Environmental Sciences at the University of Virginia,and former director of the US Weather Satellite Service;in a Sept. 10, 2001 Letter to Editor, Wall Street Journal].

Gli scienziati stanno riconoscendo sempre più l'importanza del vapore acqueo nel sistema climatico. Alcuni, come Wallace Broecker, un geochimico del Lamont-Doherty Earth Observatory della Colombia, suggeriscono che è un fattore così importante che gran parte del riscaldamento globale negli ultimi 10.000 anni potrebbe essere dovuto alle crescenti concentrazioni di vapore acqueo nell'atmosfera terrestre. La sua ricerca indica che l'aria che ha raggiunto i ghiacciai durante l'ultima era glaciale ha avuto meno della metà del contenuto di vapore acqueo di oggi. Tali aumenti dell'umidità atmosferica durante il nostro attuale periodo interglaciale avrebbero avuto un ruolo molto più importante nel riscaldamento globale rispetto al biossido di carbonio o altri gas minori.

Posso vedere solo un elemento del sistema climatico in grado di generare questi cambiamenti rapidi e globali, cioè i cambiamenti nell'atmosfera tropicale che portano a cambiamenti nella distribuzione del più potente gas serra della terra: il vapore acqueo. [Dr. Wallace Broecker, a leading world authority on climateLamont-Doherty Earth Observatory, Columbia University,lecture presented at R. A. Daly Lecture at the American Geophysical Union'sspring meeting in Baltimore, Md., May 1996.]

Le cause note dei cambiamenti climatici globali, come le eccentricità cicliche nella rotazione e l'orbita della Terra, nonché le variazioni della produzione di energia solare, sono le cause primarie dei cicli climatici misurate nell'ultimo mezzo milione di anni. Tuttavia, anche gli effetti secondari sull'effetto serra derivanti dai cambiamenti nella capacità di un'atmosfera di riscaldamento di supportare maggiori concentrazioni di gas come il vapore acqueo e il biossido di carbonio hanno un ruolo significativo, specialmente il vapore acqueo, come abbiamo detto. E nello stesso tempo la capacità degli esseri umani di influenzare il vapore acqueo è trascurabile.

Riepilogo, osservazioni e "contestazioni":
- secondo l'articolo citato la CO2 "aggiuntiva" emessa dall'uomo ha un peso ridicolo, del tutto ininfluente, sul riscaldamento globale. Gli altri gas serra di origine umana meno ancora.
- il ruolo primario lo svolge il vapore acqueo in tutti i casi. E qui esistono molte "non linearità" da chiarire... Argomento complesso, ma facciamo alcuni esempi:
A) Un aumento della temperatura media (a qualsiasi cosa sia dovuto!) a sua volta fa aumentare la concentrazione di vapore acqueo soprattutto nella zona tropicale, e questo a sua volta aumenta l'effetto serra che fa aumentare ancora la temperatura media, che fa aumentare l'evaporazione... fenomeno che dunque si autoamplifica (feedback positivo) e ciò è molto importante da tenere in considerazione. Tanto che alcuni sostengono che il vapore acqueo non viene considerato in certi calcoli proprio perché rappresenta solo un feedback e non un forzante del sistema. Oltre una certa soglia, infatti, il vapore acqueo ad esempio condensa e piove, ma è un feedback comunque perché con l'aumento della temperatura aumenta la capacità del sistema atmosfera di "contenere" vapore acqueo (non tutto dunque condenserà in nubi e precipitazioni) e quindi vi è un ulteriore aumento delle temperature che, come detto, a sua volta fa aumentare l'evaporazione. Tuttavia secondo noi il vapore acqueo è anche una forzante (non solo feedback). Il vapore "in più" che non condensa e precipita, sta lì a comportarsi come un qualunque gas serra e se questo aumento di vapore è dovuto a una causa non legata al feedback (un aumento di vapore dovuto ad altri fenomeni), allora dev'essere una forzante. Chiariamo con uno scenario: supponiamo che un meteorite precipiti al suolo e incendi un bosco. Abbiamo della CO2 in più (che prima non c'era) immessa in atmosfera. La causa prima è il meteorite, ma la "forzante serra" è la CO2 in più. Ora supponiamo che lo stesso meteorite anziché cadere al suolo precipiti in oceano. Una grande quantità d'acqua evaporerà e abbiamo del vapore acqueo in più (che prima non c'era) immesso in atmosfera. Non vediamo perché tale vapore acqueonondebba considerarsi anch'esso una forzante. Forzante che poi genererà probabilmente anche il feedback positivo di cui sopra.

B) sembra (ma è da dimostrare!) che la CO2 abbia un ruolo indiretto nel favorire l'evaporazione dell'acqua e quindi del vapore acqueo immesso in atmosfera... Si tratterebbe cioè di un'azione indiretta della CO2, per ora non ben quantificata ed è tutt'altra cosa rispetto al solito "mantra" sulla CO2. In ogni caso, qualunque causa faccia aumentare la temperatura (ad esempio la CO2) fa aumentare l'evaporazione e quindi c'è una sorta di amplificazione ad opera sì del vapore acqueo, ma causata da altro (CO2 in questo caso).
- con il vapore acqueo può esistere anche un feedback negativo: più vapore in atmosfera = più nubi = meno radiazione solare incidente = raffreddamento = meno evaporazione.
- alcuni fanno notare che "le aggiunte antropogeniche che comprendono il 3,207% di tutte le concentrazioni di gas serra" menzionato più sopra sia un conteggio errato, in quanto le uniche aggiunte al sistema sono, nel breve periodo, quelle antropiche, per la stragrande maggioranza (nel breve saranno anche quelle antropiche, ma nel lungo no e quelle naturali sono enormemente di più. Un temporaneo effetto umano surclassato alla lunga da quello naturale? Può darsi). Questo perchè esiste un ciclo del carbonio che è un ciclo chiuso, per cui le emissioni naturali dovute, ad esempio, alla respirazione animale e vegetale, vengono riassorbite dal sistema tramite, ad esempio, la fotosintesi. E sarebbero proprio quelle "poche" (decine di miliardi di tonnellate l'anno) emissioni antropiche che scompensano questo ciclo. Resta da vedere di quanto, però. La Terra trova sì equilibri, ma dinamici, non costanti.
- le emissioni e gli inquinanti (non gas serra... ma tutto il resto) vanno ridotte per "milioni" di ottime ragioni... ma forse riguardo al tema del riscaldamento globale non è fondamentale.
- di seguito trovate tutti i riferimenti a cui lo studio di cui abbiamo parlato qui si riferisce. Vi consigliamo anche di leggere (se avete pazienza con l'inglese...) il seguente articolo, specialmente i commenti in fondo, alcuni dei quali autorevoli e che offrono ulteriori spunti di riflessione sul tema.

Come si vede è difficile mettere la parola "fine" all'argomento. E secondo noi non c'è. A noi non importa che "la maggior parte dei ricercatori sostiene che..." perché la scienza non è democratica, non necessariamente "vince" la maggioranza. Basta vedere la (purtroppo breve) storia della scienza.

In ogni caso mai dimenticare che il modello "atmosfera" è complesso, multifattoriale e possiede ancora molti aspetti inediti o trascurati. Il nostro sito contiene anche altri articoli di diverso tenore (questo per rispondere a chi sostiene che saremmo "complottisti"... pur avendo più volte detto che comunque le emissioni vanno ridotte!) Ma, GW o AGW che sia, alcuni di noi hanno alcune cose da ridire anche su come viene eventualmente interpretato il riscaldamento globale in termini di cambiamenti climatici.

Riferimenti:

1) Current Greenhouse Gas Concentrations (updated October, 2000)
Carbon Dioxide Information Analysis Center
(the primary global-change data and information analysis center of the U.S. Department of Energy)
Oak Ridge, Tennessee

Greenhouse Gases and Climate Change (data now available only to "members")
IEA Greenhouse Gas R&D Programme,
Stoke Orchard, Cheltenham, Gloucestershire, GL52 7RZ, United Kingdom.

2) "Carbon cycle modelling and the residence time of natural and anthropogenic atmospheric CO2:on the construction of the 'Greenhouse Effect Global Warming' dogma;" Tom V. Segalstad, University of Oslo 

3) Greenhouse Gases and Global Warming Potentials (updated April, 2002)
Carbon Dioxide Information and Analysis Center (CDIAC), U.S. Department of Energy
Oak Ridge, Tennessee.

4) Warming Potentials of Halocarbons and Greenhouses Gases
Chemical formulae and global warming potentials from Intergovernmental Panel on Climate Change, Climate Change 1995: The Science of Climate Change (Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1996), pp. 119 and 121. Production and sales of CFC's and other chemicals from International Trade Commission, Synthetic Organic Chemicals: United States Production and Sales, 1994 (Washington, DC, 1995). TRI emissions from U.S. Environmental Protection Agency, 1994 Toxics Release Inventory: Public Data Release, EPA-745-R-94-001 (Washington, DC, June 1996), p. 73. Estimated 1994 U.S. emissions from U.S. Environmental Protection Agency, Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks, 1990-1994, EPA-230-R-96-006 (Washington, DC, November 1995), pp. 37-40.

5) References to 95% contribution of water vapor:

a. S.M. Freidenreich and V. Ramaswamy, “Solar Radiation Absorption by Carbon Dioxide, Overlap with Water, and a Parameterization for General Circulation Models,” Journal of Geophysical Research 98 (1993):7255-7264

b. Global Deception: The Exaggeration of the Global Warming Threat
by Dr. Patrick J. Michaels, June 1998 
Virginia State Climatologist and Professor of Environmental Sciences, University of Virginia

c. Greenhouse Gas Emissions, Appendix D, Greenhouse Gas Spectral Overlaps and Their Significance
Energy Information Administration; Official Energy Statistics from the U.S. Government

d. Personal Communication-- Dr. Richard S. Lindzen
Alfred P. Slone Professor of Meteorology, MIT

e. The Geologic Record and Climate Change
by Dr. Tim Patterson, January 2005
Professor of Geology-- Carleton University
Ottawa, Canada
Alternate link
f. EPA Seeks To Have Water Vapor Classified As A Pollutant
by the ecoEnquirer, 2006
Alternate link:

g. Does CO2 Really Drive Global Warming?
by Dr. Robert Essenhigh, May 2001
Alternate link:

h. Solar Cycles, Not CO2, Determine Climate
by Zbigniew Jaworowski, M.D., Ph.D., D.Sc., 21st Century Science and Technology, Winter 2003-2004, pp. 52-65
Link:

5) Global Climate Change Student Guide
Department of Environmental and Geographical Sciences
Manchester Metropolitan University
Chester Street
Manchester
M1 5GD
United Kingdom

6) Global Budgets for Atmospheric Nitrous Oxide - Anthropogenic Contributions
William C. Trogler, Eric Bruner, Glenn Westwood, Barbara Sawrey, and Patrick Neill
Department of Chemistry and Biochemistry
University of California at San Diego, La Jolla, California

7) Methane record and budget
Robert Grumbine