Een bijdrage van Frans Schrijver.

Het algemene beeld is dat de CO₂-concentratie in de atmosfeer stijgt door de menselijke uitstoot. Het aandeel CO₂ in de lucht ging van 280 ppm (parts per million) in 1750 naar 410 ppm nu. Op dit moment is de stijging ongeveer 2,1 ppm per jaar. Het IPCC schrijft de volledige stijging van 130 ppm toe aan de menselijke uitstoot van CO₂.

Het is echter de vraag of dit terecht is. Het is relatief eenvoudig om in te zien dat dit beeld bijzonder onwaarschijnlijk is. Veel aannemelijker is het dat de menselijke uitstoot maar voor een klein deel heeft bijgedragen aan de stijging en dat het grootste deel het gevolg is van de gestegen temperatuur.

Omvang menselijk CO₂ is relatief klein

Het beeld dat veel mensen hebben en dat het IPCC ook uitdraagt, is dat de menselijke uitstoot van CO₂ cumuleert in de atmosfeer. Oftewel dat jaarlijks de menselijke uitstoot van CO₂ aan de atmosfeer wordt toegevoegd, en dat in ieder geval een deel daar niet meer weggaat.

Het is echter zo dat het aandeel menselijke CO₂ relatief klein is. Het gaat om minder dan 5% van de totale hoeveelheid CO₂ die jaarlijks in en uit de atmosfeer stroomt. De totale hoeveelheid uitstoot CO₂ door verbranding van fossiele brandstoffen en ander landgebruik bedraagt jaarlijks ongeveer 9 Gigaton koolstof, wat overeenkomt 4,6 ppm CO₂. Zowel via de oceanen als het land is er een veel grotere in- en uitstroom van CO₂. Jaarlijks stroomt er zo’n 90 Gigaton koolstof in en uit de oceanen richting atmosfeer. De oceanen vormen een grote buffer voor CO₂: 98% van alle CO₂ op aarde bevindt zich in de oceanen. Naast de uitwisseling met het zeewater zorgen planten, dieren en de bodem jaarlijks voor een in- en uitstroom van 120 Gigaton koolstof.

De totale in- en uitstroom vanuit land en zee samen komt overeen met bijna 100 ppm CO₂. In de figuur zijn de in- en uitstromen van CO₂ richting atmosfeer getekend. Het aandeel van de menselijke uitstoot is meer dan een factor 20 kleiner dan de natuurlijke stroom.

De grote in- en uitstroom betekent dus dat elk jaar ongeveer een kwart van alle CO₂ in de atmosfeer wordt uitgewisseld. Dus in een periode van ruim 4 jaar is een hoeveelheid uitgewisseld die gelijk staat aan de totale massa in de atmosfeer. De verblijfsduur van CO₂ is dus ongeveer 4 jaar.

Ophopend CO₂ volgens het IPCC-model

Om te kunnen beargumenteren dat alleen menselijk CO₂ verantwoordelijk is voor de stijging van de CO₂-concentratie van 280 naar 410 ppm, behandelt het IPCC deze menselijke CO₂ in het gebruikte rekenmodel heel anders dan natuurlijke CO₂. Terwijl de verblijfsduur van natuurlijk CO₂ ongeveer 4 jaar is, hanteert men voor de menselijke CO₂ een veel langere verblijfsduur. Het IPCC is van mening dat het enkele tientallen jaren duurt voordat ongeveer de helft van het menselijk CO₂ is verdwenen. Het resterende deel blijft duizenden tot honderdduizenden jaren in de atmosfeer:

The removal of all the human-emitted CO₂ from the atmosphere by natural processes will take a few hundred thousand years (high confidence)”; (IPCC AR5, Chapter 6, Box 6.).

Het IPCC komt tot deze conclusie vanuit de veronderstelling dat er een volledig stabiel natuurlijk evenwichtsniveau is in de atmosfeer van 280 ppm (het pre-industriële niveau), waarbij in- en uitstroom perfect in balans zijn en de korte verblijfsduur van toepassing is. Als er echter een verstoring optreedt bijvoorbeeld door extra uitstoot van CO₂ door menselijk handelen, gaat het IPCC-model ervan uit dat het land en de zee deze extra hoeveelheid niet kunnen opnemen en dat het daardoor vele malen langer duurt om die verstoring weg te werken.

Onwaarschijnlijke aannames IPCC

Een dergelijke veronderstelling is echter opmerkelijk. Het is bekend uit het verleden dat er niet één bepaald vast evenwichtsniveau is. De CO₂-concentratie heeft in het verleden sterk gewisseld. Bovendien doen zich in de natuur ook allerlei jaarlijkse variaties voor in de hoeveelheid uitgestoten CO₂, bijvoorbeeld als gevolg van vulkaanuitbarstingen en het El Niño-effect, regionale variaties, enzovoorts. Ook deze CO₂ zou zich in dat model moeten ophopen in de atmosfeer. De onzekerheidsmarges van de natuurlijke stromen zijn groot: volgens het IPCC ±20% (IPCC, AR5, Figure 6.1).

Verder is het heel onlogisch om te veronderstellen dat de opnamecapaciteit van de oceanen bij 280 ppm heel groot is (een kwart van alle CO₂ wordt uitgewisseld), maar dat deze bij een iets grotere concentratie in een keer factoren kleiner wordt. Hiervoor zijn ook geen aanwijzingen. Hermann Harde van de Helmut-Schmidt-University in Hamburg merkt hierover op:

“There exists no evidence that the absorption was suddenly saturating and the residence time τR jumping up by one or two orders of magnitude (..) when the atmospheric concentration exceeded a level of 280 ppm”.

Om te illustreren hoe onwaarschijnlijk de aannames van het IPCC zijn, is in de volgende grafiek de som van alle in- en uitstroom van CO₂ in de afgelopen 40 jaar aangegeven. In die periode is de concentratie in de atmosfeer met ongeveer 80 ppm toegenomen (van 330 ppm naar 410 ppm). Het is de oranje lijn die bijna niet te zien is. Maar in diezelfde periode is een veelvoud aan CO₂ in- en uitgestroomd via land en zee. Alleen voor de oranje lijn neemt het IPCC aan dat die CO₂ zich ophoopt in de atmosfeer, voor de natuurlijke stromen gaat het IPCC uit van een korte verblijfsduur. Maar alleen al de foutmarges van de natuurlijke stromen zijn vele malen groter dan waar we het over hebben.

De grafiek geeft de som van de jaarlijkse toe- en afname van de CO₂ in de atmosfeer weer sinds 1978. Het laat zien dat het onlogisch is om voor de menselijke CO₂ heel andere aannames te doen dan voor de natuurlijke CO₂-stromen.

Metingen laten een ander beeld zien

Het model van het IPCC geeft volgens Amerikaanse hoogleraar Murry Salby ook geen verklaring voor de daling van 14C-isotopen die nog in de atmosfeer zijn aangetroffen na de bovengrondse kernproeven begin jaren zestig van de vorige eeuw. Uit de geleidelijke daling is een gemiddelde verblijfsduur af te leiden van circa 9 jaar, vele malen korter dan wat volgens het IPCC-model mogelijk is. Hierbij moet nog worden aangetekend, dat zwaardere 14C-isotopen minder gemakkelijk absorberen, waardoor de verblijfsduur langer is dan van normale koolstofatomen. In de volgende grafiek is de gemeten afname van de 14C-isotopen met een blauwe lijn weergegeven. De bruine lijn is de verwachte daling volgens het Bern-model dat het IPCC gebruikt.

Alternatief: fysisch model

In zijn artikel in 2017 komt Harde tot de conclusie dat het IPCC een onnodig complex model hanteert om te kunnen beargumenteren dat uitsluitend de menselijk CO₂ verantwoordelijk is voor de stijging. Hij maakt duidelijk dat dit model niet houdbaar is, omdat het alleen klopt als de natuur onderscheid zou kunnen maken tussen menselijke CO₂-moleculen en natuurlijke CO₂-moleculen, iets wat onzinnig is. Harde is niet de eerste met deze kritiek. Al vanaf de jaren 90 zijn er verschillende wetenschappelijke publicaties die dit aankaarten.

Het model dat Harde gebruikt om het verloop van CO₂ in de atmosfeer te beschrijven, is gebaseerd op de Wet van Henry. Deze wet zegt dat de hoeveelheid opgelost gas in een vloeistof recht evenredig is met de concentratie van het gas. Dus bij een hoge CO₂-concentratie in de lucht neemt water meer CO₂ op en bij een lage concentratie is de opname lager. Er is daarbij geen onderscheid in de herkomst van de CO₂-moleculen.

Het model dat Harde op die manier beschrijft, is analoog aan vele andere processen in de natuur. Het is te vergelijken met bijvoorbeeld een lekkende fietsband: als de band hard is opgepompt stroomt er veel lucht uit, maar bij een lagere spanning wordt de uitstroom kleiner. Een ander voorbeeld is een zwembad met een afvoer: de snelheid waarmee het water uitstroomt is evenredig met hoe hoog het water staat. Als het water hoog staat, stroomt er veel water uit en als het water lager staat neemt de snelheid evenredig af.

De absolute stijging of daling van de CO₂-concentratie in een bepaalde periode hangt af van de omvang van de instroom en de uitstroom. In de vergelijking met het zwembad: als er in een periode meer water wordt toegevoegd dan er wegstroomt, zal het waterpeil in die periode stijgen.

In de twee figuren hieronder is het essentiële verschil weergegeven tussen de twee benaderingswijzen weergegeven. In de visie van het IPCC ontstaat bij een kleine verhoging van de instroom geen nieuw evenwicht, maar blijft de concentratie (of hier waterpeil) elk jaar stijgen. In het model van Harde ontstaat bij eenzelfde toename een nieuw evenwicht. Bij een verblijfsduur van 4 jaar ontstaat zo een eenmalige stijging van 16 ppm.

IPCC-model. Het verhogen van de instroom met 4 ppm zorgt elk jaar weer voor een stijging van 2 ppm. Er ontstaat geen evenwicht.

Fysische model van Harde. Het verhogen van de instroom met 4 ppm zorgt eenmalig voor een stijging van 16 ppm. Er ontstaat een nieuw evenwicht dat past bij de verhoogde instroom.

Harde laat zien dat alle nu bekende metingen en gegevens over de CO₂-concentratie uit het verleden volledig zijn te verklaren op basis van dit eenvoudige model. In tegenstelling tot het IPCC-model hoeven er daarbij geen aannames te worden gedaan die strijdig zijn met natuurkundige regels (zoals de Wet van Henry). Zoals eerder aangegeven, is er geen enkele aanwijzing dat de oceanen de iets hogere uitstroom niet zouden kunnen verwerken.

Meer CO₂-opname door planten

Dat er capaciteit is om extra CO₂ te absorberen, blijkt ook als je kijkt naar de opname door planten. Onder invloed van diezelfde CO₂ is de afgelopen 60 jaar de aarde veel groener geworden. Dat is met speciale satellieten goed te meten. Volgens NASA heeft de vergroening gezorgd voor een toename aan planten en bomen over een gebied dat gelijk staat aan twee keer de oppervlakte van de Verenigde Staten.

Door deze vergroening is de netto opname van CO₂ in de periode van 1960 tot 2010 toegenomen van 54,95 tot 66,75 Gigaton koolstof per jaar. Dr. Craig Idso beschrijft dit op basis van een onderzoek van Peng Li uit 2017. Planten nemen dus op dit moment jaarlijks 11,8 Gigaton méér koolstof op dan in 1960. Dat is meer dan de totale hoeveelheid jaarlijkse uitstoot CO₂ door verbranding van fossiele brandstoffen en ander landgebruik (van ongeveer 9 Gigaton koolstof per jaar). Ten opzichte van 1960 is de groei van de opname van CO₂ door planten dus groter dan de totale uitstoot door fossiele brandstoffen en ander landgebruik.

Tegenwerpingen

Het zal niet verbazen dat de nieuwe zienswijze op veel weerstand stuit bij sommige collega-wetenschappers. Nog in hetzelfde jaar als van de eerste publicatie van Harde (2017) reageerde Peter Köhler van het Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven met een publicatie waarin hij een groot aantal bezwaren naar voren bracht. Het voert te ver om alle punten door te nemen, maar Harde heeft op alle bezwaren gereageerd in zijn publicatie van 2019.

Een belangrijk punt in de discussie is het percentage van het isotoop 13C in de atmosfeer. Het gaat hier om een stabiel isotoop van koolstof, dat van nature relatief vaak voorkomt, namelijk bij ruim 1% van de atomen. Omdat planten een voorkeur hebben voor ‘normale’ koolstof (dus 12C), levert de verbranding van fossiele brandstoffen een verhouding 13C/12C die iets lager ligt dan gebruikelijk. Volgens Köhler is de daling van die verhouding van de afgelopen tijd een bewijs dat menselijk CO₂ verantwoordelijk is voor alle toename in de atmosfeer. Maar Dr. Ed Berry van de American Meteorological Society laat op zijn blog in een eenvoudige berekening zien dat het model van Harde de gemeten verlaging juist beter verklaart dan het model van het IPCC. De gedaalde verhouding is dus in ieder geval geen argument om de analyse van Harde af te wijzen.

Opwarming is de oorzaak van de CO₂-stijging

Als de menselijke uitstoot maar beperkt bijdraagt, is de volgende vraag wat dan wel de oorzaak is van de gestegen CO₂-concentratie. Harde komt tot de conclusie dat de stijging van de CO₂-concentratie voor het overgrote deel een natuurlijke stijging is als gevolg van de gestegen temperatuur. Bij hogere temperaturen neemt de oplosbaarheid van CO₂ in water af en zal de concentratie in de lucht stijgen. Ook voor vegetatie op land geldt dat per saldo de uitstroom bij hogere temperaturen iets zal toenemen. Dit verband is in lijn met de bevindingen in verschillende tijdperiodes, dat de verandering van de CO₂-concentratie steeds iets na-ijlt op de verandering van de temperatuur.

Dat temperatuur de aanjager is van CO₂ staat eigenlijk niet ter discussie voor zover het de periode vóór de industriële revolutie betreft. Zoals Peter Hildebrand van NASA het formuleert:

“In the pre-industrial age, the CO₂ response to temperature was that the temperature would go up and CO₂ would go up. Or if the temperature went down, CO₂ would go down. And the reason for that is when the temperature went up, the whole biosphere revved up and emitted CO₂, and we had more CO₂ in the atmosphere. So we understand that process.”

De onduidelijkheid bestond lange tijd over het effect van CO₂-uitstoot door de mens. Met het onderzoek van Harde en anderen is duidelijk dat de afgelopen 150 jaar niet anders zijn dan hoe het daarvoor altijd was: temperatuur is nog steeds de aanjager van de CO₂-concentratie in de atmosfeer.

In het model van Harde is zowel de omvang van de natuurlijke instroom van CO₂ als de verblijfsduur afhankelijk van de temperatuurstijging of -daling. Hierbij is sprake van eenvoudige lineaire vergelijkingen. Op basis van deze aannamen kan het model de bekende historie volledig verklaren. In de volgende grafiek heeft Harde (2019) de CO₂-concentratie berekend op basis van de temperatuurafhankelijkheid en de invloed van menselijke CO₂-uitstoot. Zoals te zien is correspondeert dat uitstekend met de gemeten CO₂-concentratie op Mauna Loa op Hawaï.

De groene lijn in de grafiek geeft de berekende CO₂-stijging weer. Deze correspondeert goed met de metingen van Mauna Loa (donkerblauwe stippen). De lijn is het resultaat van de temperatuurafhankelijkheid (paarse lijn) en de menselijke uitstoot (blauwe lijn).

De grafiek laat zien dat de bijdrage van de menselijke CO₂ als gevolg van de verbranding van fossiele brandstoffen maar een kleine bijdrage levert aan de totale CO₂-stijging, namelijk 17 van de 130 ppm. Het overgrote deel van de stijging is het gevolg van de toegenomen temperatuur op aarde.

Frans Schrijver.

Dit alles maakt duidelijk dat de CO₂-stijging niet de oorzaak is maar het gevolg van de gestegen temperatuur. Dan blijft natuurlijk de vraag waarom de temperatuur is gestegen. Daarvoor kunnen er vele oorzaken zijn, zoals de invloed van de zon, planetaire bewegingen, de toegenomen bebouwing en zelfs CO₂ kan ook weer van invloed zijn op de temperatuur. Maar tegelijkertijd is het ook duidelijk dat er in het klimaat nog heel veel onduidelijk is. Het klimaat is een complex en inherent chaotisch systeem met een groot aantal – elkaar beïnvloedende – factoren. En veel van die factoren hebben een lange tijdshorizon. Het is altijd verleidelijk om naar simpele antwoorden te zoeken, maar soms zijn die er gewoon niet.

Dit artikel is ook beschikbaar op klimaatfeiten.nl.

Print Friendly, PDF & Email