Climate revisited

Dick Thoenes.

Er bestaat een algemene opvatting dat de toename van het CO2-gehalte van de atmosfeer wordt veroorzaakt door of verband houdt met de enorme emissies van CO2 ten gevolge van het verstoken van fossiele brandstoffen. Ik heb er al vaak op gewezen dat dit onzeker is, omdat we de grootte van de natuurlijke CO2-stromen en de variaties daarin niet voldoende nauwkeurig kennen. Er zijn ook geen duidelijke aanwijzingen voor; immers de toename van het CO2-gehalte van de atmosfeer was in de eerste helft van de twintigste eeuw ongeveer even groot als in de tweede helft, terwijl de CO2-uitstoot in de tweede helft veel groter was. De vier grote natuurlijke CO2-stromen zijn: absorptie in en desorptie uit de oceanen en absorptie door en desorptie uit de biosfeer. Daarin kunnen onafhankelijke variaties zitten die wij niet goed kunnen meten. Deze variaties kunnen van dezelfde orde van grootte zijn als de menselijke emissies. Daardoor kunnen we het effect van de menselijke emissies niet met zekerheid vaststellen. Het is mogelijk dat er gelijktijdig ook andere factoren een rol hebben gespeeld, zoals toename van desorptie.

Ook wordt er verkondigd dat de helft van de menselijke CO2-uitstoot in de atmosfeer achterblijft. Dat is onjuist. Uit stofbalansen volgt dat dit 2% is. Van alle CO2 die de atmosfeer binnenkomt, wordt dus 98% door de natuur opgenomen. De 2% ophoping in de atmosfeer komt overeen met de jaarlijkse concentratiestijging van 2 ppm.. Uit de stofbalansen blijkt ook dat de absorptie van CO2 in de laatste decennia met minstens 4 GtC/jaar is toegenomen.

De toename van het CO2-gahalte van de atmosfeer in de laatste 100 jaar kan het gevolg zijn van desorptie veroorzaakt door een voorafgaande stijging van de temperatuur van de oceanen. Dat er 2% van alle CO2 achterblijft in de atmosfeer kan niet veroorzaakt zijn door menselijke activiteit. Dit heeft te maken met de wisselwerking met de oceanen, zie hierna.

Er bestaat ook een algemene opvatting dat de atmosfeer opwarmt door het toenemende CO2-gehalte, dat dus zou worden veroorzaakt door de mens. Daarop is een enorme politieke beweging gebaseerd, die wordt gesteund door vrijwel alle politieke leiders van de westerse wereld en zelfs door de Paus. Maar het is meer dan een politieke beweging, het is een geloof geworden. Mensen die rationele kritiek uitoefenen, worden niet alleen niet serieus genomen, maar worden verketterd en weggezet als slechteriken. Zij zijn ongelovig en hebben het dus slecht voor met de mensheid. Zij zouden daarbij uitsluitend worden gemotiveerd door eigenbelang. Wat zou dat eigenbelang dan zijn? Geld natuurlijk! En dat is niet eens helemaal onjuist. In naam van de moderne klimaatpolitiek worden zulke gigantische hoeveelheden geld verspild, dat het tegengaan daarvan niet alleen in het algemeen belang is, maar ook in het belang van de critici zelf. Ik vind het bijvoorbeeld onjuist dat ook mijn belastinggeld wordt verspild!

Opmerkelijk is overigens dat dit fanatieke klimaatgeloof voornamelijk wordt beleden in Noordwest Europa en in de Angelsaksische landen en veel minder in de Mediterrane landen en in de rest van de wereld.

Er klinken vanuit de wetenschappelijke wereld al vele jaren ernstige bezwaren tegen de opwarmingstheorie. Die theorie was gebaseerd op twee simpele gedachten:

door het op grote schaal verstoken van fossiele brandstoffen brengen wij enorme hoeveelheden CO2 in de atmosfeer.

er is in laboratoriumexperimenten aangetoond dat lucht, die CO2 (of H2O) bevat, infraroodstraling omzet in warmte (experimenten van Svante Arrhenius, 1896), zodat de infraroodstraling, die van het aardoppervlak komt, de atmosfeer zou moeten opwarmen door de aanwezigheid van CO2.

Het grote bezwaar tegen deze simpele gedachten is dat ze voorbijgaan aan het feit dat er gelijktijdig nog veel meer processen in de atmosfeer optreden, waardoor de zaak veel ingewikkelder wordt. De invloed van CO2 op de opwarming van de atmosfeer is overigens nooit aangetoond.

Nu denk ik dat het wel eens zo zou kunnen zijn dat dit hele idee een grote vergissing is. Dat ons klimaat alleen verandert door natuurlijke factoren en dat CO2 in feite van geen belang is. Ik wil deze gedachten kort verder uitwerken.

De CO2-huishouding

Er is een ander simpel doch interessant idee dat zegt dat de atmosfeer grotendeels in evenwicht is met de oceanen en dat er in elk geval een grote en vrij snelle uitwisseling is van CO2 tussen de atmosfeer en het oceaanwater. Deze processen gaan relatief snel, met tijdconstanten van de orde van een jaar. Er is ook een vrij snelle uitwisseling tussen de atmosfeer en de biosfeer. Er is reeds aangetoond dat in de laatste tientallen jaren de totale plantenmassa op onze aarde aanzienlijk is toegenomen. Dit duidt niet alleen op een grotere CO2-opslag, maar ook op een vergrote absorptiecapaciteit. En ook weer op een grotere productie van CO2 uit rottend plantenafval (met een vertraging van jaren). De snelheid van stofuitwisseling tussen de oceanen en de atmosfeer is relatief hoog, volgens mijn oriënterende berekening enige ordes van grootte hoger dan de netto CO2-stromen die de atmosfeer in- en uitgaan. Er is geen evenwicht, maar wel een toestand die erop lijkt.

Het is natuurlijk veel ingewikkelder. De temperatuur van de oppervlaktelaag van de oceanen, die gemiddeld ongeveer 15°C is, varieert van 27°C in de tropen tot -2°C in de poolgebieden. Er treedt een enorme desorptie op van CO2 in de tropen en een enorme absorptie in de koude wateren. De zeestromen zorgen dus voor een groot CO2 -transport richting evenaar. Hoewel je dus niet kunt spreken van een evenwicht, is er wel een effectieve uitwisseling, maar die uitwisseling beperkt zich tot de oppervlaktelaag van ongeveer 400 m dikte, die dus ongeveer 10% van het oceaanwater bevat. Uitwisseling met de diepere lagen (die veel kouder zijn) gaat veel langzamer.

Men neemt aan dat van alle CO2 die op de aarde aanwezig is in de atmosfeer plus de oceanen, 98% in het water zit (in evenwicht met bicarbonaat: CO2 + OH- ↔ HCO3-) en 2% in de lucht. Van die 98% zit dus maar ongeveer 10% in de oppervlaktelaag. Telt men de biosfeer mee, dan bevat die nog ongeveer 5% van het totaal in de vorm van koolhydraten.

De relatief snelle stofuitwisseling tussen het oceaanwater en de atmosfeer heeft niet alleen tot gevolg, dat extra CO2 die wij uitstoten snel uit de atmosfeer verdwijnt, maar ook dat verlaging van de uitstoot en zelfs CO2 -opslag weinig effect zullen hebben op het CO2 -gehalte van de atmosfeer. Als wij een bepaalde hoeveelheid CO2 zouden opslaan, zou de oceaan waarschijnlijk 98% daarvan vrij snel aan de atmosfeer teruggeven.

Als deze gedachten juist blijken te zijn (wat mij aannemelijk lijkt) heeft dit enorm belangrijke consequenties. De CO2 die de mens produceert is dan voor de CO2-huishouding in de atmosfeer van weinig belang.

De temperatuurhuishouding

De temperatuur van het aardoppervlak wordt in de eerste plaats bepaald door de instraling van zonne-energie en uitstraling van IR naar de ruimte. Er ontstaat een balans waaruit de oppervlaktetemperatuur volgt. Er zijn uiteraard meer factoren die van belang zijn, zoals het energietransport van het aardoppervlak naar de hoogste atmosfeerlaag van waaruit de uitstraling plaatsvindt. Het energietransport omhoog verloopt via een koppeling van de genoemde mechanismen.

Er zijn twee effecten die voor een zekere temperatuurverhoging van het aardoppervlak zorgen: het broeikaseffect (van waterdamp, CO2 en andere gassen) en de compressie van de atmosfeer. De planeet Venus heeft een zeer dikke atmosfeer, met een druk bij het oppervlak van 90 bar en een oppervlaktetemperatuur van 480°C. Dit moet geheel het gevolg zijn van compressie. Broeikaseffect kan hier niet van belang zijn omdat de straling van de zon het oppervlak van Venus nauwelijks bereikt. Mars heeft een oppervlaktedruk van ongeveer 0,01 bar en een temperatuur tussen -140 en + 20°C. Op de aarde is het broeikaseffect volgens sommigen ongeveer 33°C. Volgens anderen is er compressie-effect van ongeveer 40°C.

Het extra broeikaseffect van CO2 is vooral onderzocht door Arrhenius. Hij vond eerst een “gevoeligheid” (temperatuurstijging bij verdubbeling van het CO2 -gehalte) van 5°C. Na kritiek van o.a. Knut Ångström (zoon van de bekende Anders Ångström) heeft hij later de gevoeligheid bijgesteld tot 1,6°C. Ik heb weinig nieuwere publicaties kunnen vinden, tot ik in Stockholm hoorde van nieuw onderzoek in Noorwegen waaruit bleek dat er bij CO2 -absorptie vrijwel geen opwarming optrad en dat alle geabsorbeerde energie weer werd uitgezonden als IR met iets grotere golflengte (Solheim & Stein).

Overigens wordt vaak een te grote rol toegedacht aan straling bij het energietransport vanaf het aardoppervlak naar de atmosfeer. In feite zijn de bijdragen van convectie (stroming van de lucht) en verdamping plus condensatie veel belangrijker. Deze mechanismen geven de warmte trapsgewijs door naar boven. Vanuit de bovenste laag in de atmosfeer wordt de energie als IR-straling de ruimte ingezonden, met name vanuit wolken en vanuit CO2 (waterdamp is bij die lage temperatuur vrijwel niet meer aanwezig).

Er treden in de aardatmosfeer allerlei effecten op die de temperaturen beïnvloeden. Als gevolg daarvan kunnen plaatselijke temperatuurverschillen over het aardoppervlak wel meer dan 100°C bedragen (bijv. tussen Arabië en Antarctica). Grote lucht- en waterstromingen zorgen weer voor een zekere egalisering van de temperatuur, waardoor noordelijke streken zoals Noordwest Europa bewoonbaar zijn. Ook worden extra effecten zoals het broeikaseffect daardoor uitgesmeerd, hetgeen tot lagere pieken leidt. Van groot belang is de rol van vloeibaar water. Bij instraling van warmte zal er water verdampen, waarbij de oppervlaktetemperatuur maar weinig toeneemt. De waterdamp condenseert op grotere hoogte, waardoor wolken worden gevormd die de zonnestraling reflecteren. Het blijkt dat 1% toename van het wolkendek overeenkomt met een temperatuurdaling van ongeveer 1°C bij het aardoppervlak. De combinatie van deze processen leidt tot een zeer effectieve thermostaat. In de laatste 4 miljard jaar is de intensiteit van de zonnestraling met ongeveer 30% toegenomen. Dit zou de oppervlaktetemperatuur met 20°C hebben kunnen verhogen. Dit is niet gebeurd. Ook zal een eventueel broeikaseffect sterk worden afgeremd door de thermostaatwerking van water.

Maar ook warmteoverdracht van het aardoppervlak naar de atmosfeer door convectie is veel belangrijker dan door straling (ik doel hier op het netto energietransport door straling). Straling vanaf het aardoppervlak naar de ruimte is alleen van belang bij afwezigheid van wolken. Deze straling gaat dan rechtdoor naar het heelal, voor zover die niet wordt opgenomen door aanwezige CO2 en H2O-damp. Daardoor kan het broeikaseffect van CO2 eigenlijk alleen van belang zijn boven woestijnen.

Er zijn dus twee belangrijke effecten die de opwarming door CO2 beperken: een deel van de geabsorbeerde energie wordt niet in warmte omgezet maar weer als IR uitgezonden en er treden negatieve terugkoppelingen op (zoals door verdamping van water), die de opwarming verder beperken. Door deze verschillende effecten is de invloed van CO2 op het klimaat veel kleiner dan vaak wordt aangenomen. Er is zelfs nooit experimenteel aangetoond dat CO2 zelfs maar enige invloed heeft op de luchttemperatuur.

Er zijn twee periodieke natuurlijke effecten die van groot belang zijn voor de gemiddelde temperatuur van de atmosfeer: de variërende zonneactiviteit en de variërende oceaanstromen, vooral de PDO (Pacific Decadal Oscillation). Hogere zonneactiviteit leidt tot beperking van het effect van kosmische straling en daardoor tot minder wolkenvorming, met als gevolg hogere temperaturen. De PDO wisselt periodiek van draairichting en veroorzaakt wisselende snelheden van ijsafsmelting bij de polen. Indirect beïnvloedt dit het klimaat. Beide effecten hebben een periode van enkele tientallen jaren. Van deze effecten is voldoende bekend om vast te stellen dat ze mogelijk de oorzaak kunnen zijn geweest van de gemeten klimaatveranderingen in de laatste eeuw.

Conclusie

Het lijkt aannemelijk dat de CO2-uitstoot door menselijke activiteit geen significante invloed heeft op het CO2-gehalte van de atmosfeer. Het lijkt ook aannemelijk dat het CO2-gehalte van de atmosfeer geen significante invloed heeft op de temperatuur van de atmosfeer (en dus ook niet op het klimaat).

Als deze veronderstellingen juist zijn, zou de relatie tussen de CO2-uitstoot door menselijke activiteit en het klimaat komen te vervallen.

Het hele CO2/klimaatverhaal zou dus wel eens onjuist kunnen zijn.

Als dat inderdaad zo is, zou het klimaatbeleid van de westerse wereld moeten worden herzien. Het is daarom de moeite waard om deze veronderstellingen nader te onderzoeken. Er bestaan volgens mij geen aanwijzingen dat deze veronderstellingen a priori onjuist zouden zijn.

Hierbij moet ook ernstige aandacht worden besteed aan de mogelijkheid van significante afkoeling, die door astronomen wordt voorspeld (vanwege te verwachten afname van de zonneactiviteit). De consequenties van een dergelijke afkoeling zijn veel ernstiger dan die van een (vermeende) opwarming, door extra energieverbruik en daling van de landbouwopbrengsten. Dit zal wereldwijd zeker meer dan $ 100 miljard per jaar kunnen kosten.