De mondiale CO2-huishouding: mooie getallen, geveinsde zekerheid, maar hoogst twijfelachtig de Stille Oceaan de bron is van de CO2 afwijkingenEen gastbijdrage van Chris Schoneveld.

Wat ik in deel 1 van dit drieluik al aanroerde (hier), wordt de invloed van de oceaan op korte-termijn-fluctuaties in atmosferisch CO2 niet of nauwelijks onderkend. Met “korte termijn” doel ik op de maandelijkse en jaarlijkse variaties in de gemiddelde stijging van de CO2-concentratie. Op langere termijn (= decennium +) weten we dat de CO2 concentratie nu met rond 2 ppm per jaar toeneemt, maar in hoeverre de oceaan daarin een rol speelt is niet duidelijk. Zes decennia geleden was de toename gemiddeld 1 ppm/jaar. Er is dus een duidelijke versnelling opgetreden sinds het begin (1958) van de reguliere Mauna Loa metingen.

De rol die de oceaan speelt in het jaarlijkse CO2 budget is aanzienlijk, omdat van de geschatte 220 GtC CO2 uitstoot de oceaan 90 GtC absorbeert. Het overige aan CO2 wordt door vegetatie opgenomen via het proces van fotosynthese of blijft in de atmosfeer. Bij de uitstootkant van het CO2 budget zijn drie grote spelers betrokken: oceaan, vegetatie en bodem. De vierde speler, de mens, doet met zijn magere 10 GCT van de 220 GCT dus voor spek en bonen mee, zoals de eerlijkheid ons gebiedt te vermelden.

Corrine Quéré (hoogleraar meteorologie aan de East Anglia University) is hoofdauteur van het regelmatig geupdate Global Carbon Budget (ref.1). Daarin wordt geen geheim gemaakt over hoe het budget ieder jaar sluitend wordt gemaakt:

“The difference between, on the one hand, fossil fuel and land-use-change emissions and, on the other hand, the growth rate in atmospheric CO2 concentration and the ocean CO2 sink is attributable to the net sink of CO2 in terrestrial vegetation and soils”.

Wat zij hiermee betoogt is dat iedere gemeten toename of anomalie in de atmosferische CO2 concentratie een antropogene verstoring (“pertubation”) van het budget betreft. Dat het CO2 budget voor 95% door natuurlijke processen wordt overheerst en dat die 95% procent niet onderhevig zou zijn aan grote jaarlijkse schommelingen, wordt daarbij dus zwijgend als een axioma aangenomen.(zie mijn deel 1). De 95% natuur fungeert dan blijkbaar slechts als achtergrondruis. Alleen in het geval waar een correlatie tussen natuurlijke verschijnselen en veranderde CO2 niet met goed fatsoen kan worden ontkend, is een deel van de klimaatwetenschap bereid de natuur een – zij het indirecte  ̶  rol toe te dichten.

Dat laatste doet zich namelijk voor bij een verandering in zeeoppervlaktetemperatuur (∆SST) en verandering in atmosferische CO2 concentratie (∆CO2) tijdens een El Niño. Maar de gevestigde (klimaat) orde ontkent ieder mogelijk oorzakelijk verband tussen die twee; een beetje vergelijkbaar met de gevonden correlatie tussen een stijging van het aantal doden door haaienaanvallen en verhoogde verkoopcijfers van ijsjes. Die is niet toevallig, want er is een derde variabele in het geding: temperatuur. Bij warm weer eten meer mensen ijsjes en gaan ze ook vaker naar het strand om in zee te zwemmen, et voilà, de correlatie (d.w.z. niet een causaal verband, maar wel een gemeenschappelijke oorzaak) .

Om de frappante correlatie tussen korte termijn CO2-fluctuaties en korte termijn veranderingen in de zeeoppervlaktetemperatuur in de periode 1980 tot 2000 te kunnen aantonen, moet eerst de lange termijn CO2 stijging van 1.25 ppm per jaar uit de data worden verwijderd (figuur 1).

De mondiale CO2-huishouding: mooie getallen, geveinsde zekerheid, maar hoogst twijfelachtig de Stille Oceaan de bron is van de CO2 afwijkingen

Vanwege de normale seizoenfluctuaties moet iedere maand vergeleken worden met corresponderende maanden in andere jaren. Daarmee wordt het door seizoenen veroorzaakte zaagtandpatroon gladgestreken en toont het resultaat slechts de maandelijkse CO2 anomalieën (∆CO2). Figuur 2 toont het resultaat, waarbij ∆CO2 (groen) en ∆SST (zwart) in één grafiek zijn samengebracht. Verder heb ik de belangrijkste El Niño’s, La Niña’s en vulkaanuitbarstingen gemarkeerd. Duidelijk is te zien hoe de CO2 concentratie steeds een aantal maanden achterloopt op de verandering in zeewatertemperatuur; net als bij de correlatie tussen temperatuur en CO2 concentratie in de ijskernen van Vostok, waar Al Gore z’n vingers aan brandde. Daar was de vertraging echter honderden jaren omdat het ging om opwarming van de hele oceaan en niet slechts het oppervlak.

De mondiale CO2-huishouding: mooie getallen, geveinsde zekerheid, maar hoogst twijfelachtig de Stille Oceaan de bron is van de CO2 afwijkingen

Bij een El Niño hebben we te maken met 5 variabelen: zeeoppervlaktetemperatuur (SST), CO2, weersverandering, vegetatie en de mens. Het meest voor de hand liggende oorzakelijke verband tussen die variabelen is dat opwarmend zeewater minder gas kan bevatten en CO2 zal “uitademen”. Maar dat eenvoudige verband zou betekenen dat de CO2 toename een puur natuurlijke reactie is, niet iets dat klimaatgelovigen graag zouden willen erkennen. Volgens hen is de volgende verklaring veel aantrekkelijker: El Niño heeft invloed op het weer, het weer heeft invloed op de vegetatie, en daar reageert de mens vervolgens op! Die laatste twee (vegetatie en mens) worden dan gezien als de oorzaak van de CO2 toename.

Bijvoorbeeld, Bender et al. (2005) correleren een gemeten afname van zuurstof in de atmosfeer met de gelijktijdig gemeten CO2 toename en suggereren een oorzakelijk verband, een redelijke aanname. Na het zwaar masseren van de data menen ze ook een signaal te ontdekken (een vertraging in de verandering van de O2/N2 verhouding) en concluderen triomfantelijk (ref. 2):

The most dramatic climate event during this period, the 1997– 1998 El Niño, was accompanied by a rapid CO2 growth rate. Our data indicate that rapid CO2 growth was due to a diminished land sink (or small land source). This work thus supports many previous studies linking rapid atmospheric CO2 growth rates with diminished land carbon uptake during El Niño events. The primary mechanism is now thought to be increased aridity and biomass burning in tropical areas during El Niño events.

 

Tot eenzelfde conclusie komen A. Chatterjee et al. 2017 (ref. 3):

During the later stages of the El Niño (August 2015 and later), the OCO-2 observations register a rise in atmospheric CO2 concentrations. We attribute this increase to the response from the terrestrial component of the carbon cycle—a combination of reduction in biospheric uptake of CO2 over pan-tropical regions and an enhancement in biomass burning emissions over Southeast Asia and Indonesia. The net impact of the 2015–2016 El Niño event on the global carbon cycle is an increase in atmospheric CO2 concentrations, which would likely be larger if it were not for the reduction in outgassing from the ocean.
 Hier wordt dus gerefereerd aan de laatste El Niño van 2015-2016. De genoemde OCO-2 is een satelliet die in 2014 werd gelanceerd om CO2 te meten. Die was dus net op tijd om de sterke 2015/2016 El Niño te kunnen volgen. Maar vervolgens heeft OCO-2 blijkbaar niet datgene opgeleverd wat men er van verwachtte, want er is heel weinig over de tot nu toe verzamelde data gepubliceerd. Wellicht bevestigen de resulltaten niet de orthodoxe standpunten. De obligate, weinig zeggende, opmerking: “the OCO-2 observations register a rise in atmospheric CO2 concentrations” is daarvan een voorbeeld; ieder CO2-meetstation op land heeft dat immers ook kunnen registreren. Vermeld moet worden dat in hun artikel ook gewag wordt gemaakt van een reductie in outgassing van de oceaan, in plaats van de toename die ik hier postuleer. Daarmee willen ze zeggen dat de 2016 CO2-piek nog groter was geweest  als die reductie er niet was geweest.

Met de OCO-2 data hoopt men natuurlijk te kunnen vaststellen waar die afwijkingen hun oorsprong vinden. Dat zou men kunnen doen door de digitale beelden/data van opeenvolgende jaren te vergelijken. Ik heb visueel geen opvallende verschillen opgemerkt (ref.4) waaruit zou kunnen worden opgemaakt of de CO2 anomalieen zijn ontstaan boven de oceaan (wat mijn vermoeden is) of door een afname in fotosynthese in de tropen samen met een toename van jaarlijkse brandhaarden in Zuid Oost Azië/Indonesië (zoals wordt geclaimd).

De ∆CO2 metingen van Mauna Loa en de ∆SST tijdens deze laatste El Niño heb ik uitgezet in de grafiek van figuur 3. Ook hier zien we een overtuigende correlatie met een vertraging van enkele maanden tot een half jaar.

De mondiale CO2-huishouding: mooie getallen, geveinsde zekerheid, maar hoogst twijfelachtig de Stille Oceaan de bron is van de CO2 afwijkingen

De betoogde reductie in “biospheric uptake” wordt geweten aan een afname in fotosynthese door de droogte die El Niño in tropische gebieden veroorzaakte. Om meerdere redenen is deze verklaring niet waarschijnlijk. Ten eerste is dat in strijd met de waarneming dat in de tropen net primary production (NPP) van CO2 juist toeneemt bij droogte (ref. 5). NASA Earth Observations ( NEA) zegt er dit over:

[In] the tropics, there are variations in productivity over the course of the year. For example, in the Amazon, productivity is especially high from roughly August through October, which is the area’s dry season. Because the trees have access to a plentiful supply of ground water that builds up in the rainy season, they actually grow better when the rainy skies clear and allow more sunlight to reach the forest.

Ten tweede, uitdroging van de grond zal een afname in gronduitademing (soil respiration) tot gevolg hebben en juist tot minder CO2 uitstoot leiden. Borken et al. 2006 (ref. 6) hebben een daling in gronduitademing gemeten van 15 tot 30 % in een experiment waarbij een deel van een bos tegen regen werd beschermd om zomerdroogte te simuleren.

Ten derde lijkt het onwaarschijnlijk dat bij iedere fluctuatie in zeewatertemperatuur (∆SST) de tropische vegetatie en bosbrandfrequentie proportioneel over een periode van 40 jaar zo mooi in de pas blijft lopen om die mooie correlatie te produceren.

Ten vierde, door bosbranden zal ook de concentratie koolmonoxide CO in de atmosfeer toenemen en zou men verwachten dat de CO concentratie in de warme El Niño jaren hoger is dan in de koude La Niña jaren. CO en brandhaarden worden al 20 jaar door satellieten gemeten (ref. 7 en figuur 4).

Figuur 4 vergelijkt een periode met de laagste ∆SST en ∆CO2 waarden (La Nina, januari 2011) met een periode met de hoogste waarden (El Niño, januari 2016). De verschillen tussen de twee perioden zijn onbetekenend, terwijl Indonesië zich niet manifesteert als een belangrijke brandhaard.

De mondiale CO2-huishouding: mooie getallen, geveinsde zekerheid, maar hoogst twijfelachtig de Stille Oceaan de bron is van de CO2 afwijkingen

 

In al mijn omzwervingen in satellietland ben ik uiteindelijk gestuit op een artikel van N. Ying et al. (ref. 8) over CO2 waarnemingen, gedaan door voorgangers van de OCO-2 satelliet, de Greenhouse Gases Observing Satellite (GOSAT) en de Atmospheric Infrared Sounder (AIRS). Beide plaatjes (figuur 5) vertegenwoordigen de gemiddelden van El Niño decembermaanden (2011/2014?) en La Niña decembermaanden (2011/2012?) gemeten in de periode juli 2009 tot april 2014. Zij concluderen onder andere dat:

It is worth noting that CO2 in the cold episode decreases by 4 ppm in Pacific Ocean, whereas it is enhanced in warm episode. During the decay stage, the CO2 patterns in the warm and cold episodes are similar. These results demonstrate that a warm ENSO episode has a remarkable impact on Northern Asia and the Pacific Ocean, especially in its onset and mature stages. ENSO regions in the AIRS data are more pronounced compared with GOSAT data.

Eindelijk dus een bevestiging van mijn vermoeden dat de Stille Oceaan de bron is van de CO2 afwijkingen en niet de aardse vegetatie. Sterker nog, Zuid Oost Azië laat zelfs een daling zien in CO2-concentratie tijdens de warme ENSO periode (= El Niño) vergeleken met de koude ENSO (= La Niña), niet direct een aanmoediging om de landvegetatie als dominante bron aan te merken.

De mondiale CO2-huishouding: mooie getallen, geveinsde zekerheid, maar hoogst twijfelachtig de Stille Oceaan de bron is van de CO2 afwijkingen

 

Ik weet dat ik de knuppel in het hoenderhok gooi als ik suggereer dat de gestaag stijgende oceaantemperatuur (tot in de diepte), de gestaag stijgende zeespiegel (1.85 mm/jaar) en een gedeelte van de gestaag stijgende atmosferisch CO2 concentratie (nu 2 ppm/jaar) wel eens oorzakelijk aan elkaar verbonden zouden kunnen zijn. De korte-termijn schommelingen in CO2, die ik hiervoor besprak, staan daar geheel los van en liften gewoon mee op de bergopwaarts voortrazende CO2 trein.

Het is niet verbazingwekkend dat de warmer wordende oceaan (en atmosfeer) zowel ten grondslag ligt aan de zeespiegelstijging als aan een gedeelte (!) van de lange termijn CO2-stijging, de laatste door CO2-ontgassing van warmer wordend diep oceaanwater (wat op kleine schaal aan de oppervlakte gebeurt tijdens een El Niño) en de toename van terrestrische CO2 uitademing (zie deel 1). Dat de resultante van die twee processen, samen met de menselijke CO2 uitstoot, een versnellende invloed heeft op de reeds in de 18de eeuw ingezette opwarming is, voorzichtig uitgedrukt, niet uit te sluiten; CO2 is tenslotte een broeikasgas. De onvermijdelijke vraag rijst: wat heeft de aanzet gegeven voor het ontwaken van het klimaat uit de kleine-ijstijd-slaap?

Enkele handige conversies en getallen (niet in beton gegoten!):

1 gigaton C (GtC) = 3.67 GtCO2
1 ppm atmosferisch CO2 = 2.13 GtC = 7.8 GtCO2

Gehele atmosfeer: 417 ppm CO2 (huidige concentratie) = 888 GtC
Aardse biosfeer: ≈ 2190 GtC
Gehele oceaan: ≈ 43000 GtC

Menselijke uitstoot: 10 GtC/jaar
Oceaan uitstoot: ≈ 90 GtC/jaar
Plant uitademing: ≈ 60 GtC/jaar
Bodem uitstoot:≈ 60 GtC/jaar (98GtC ?)

Oceaan opname: ≈ 90 GtC/jaar
Land opname (fotosynthese): ≈ 120 GtC/jaar
Atmosferische toename 2019-2020: 2ppm = 4.26 GtC

***

Referenties:

1) C. Le Quéré et al.: Global Carbon Budget 2018. https://www.earth-syst-sci-data.net/10/2141/2018/

2) Bender et al. 2005: Atmospheric O2//N2 changes, 1993–2002: Implications for the partitioning of fossil fuel CO2 sequestration. https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2004GB002410

3) A. Chatterjee et al. 2017: Influence of El Niño on atmospheric CO over the tropical Pacific Ocean: Findings from NASA’s OCO-2 mission. https://science.sciencemag.org/content/358/6360/eaam5776

4) Fixed Rank Kriging of Column Averaged CO₂ Data (XCO2) from NASA’s OCO-2 Satellite. https://www.youtube.com/watch?v=aogFbPOOFQI

5) Earth Observatory. Net Primary Production. https://earthobservatory.nasa.gov/global-maps/MOD17A2_M_PSN

6) Borken et al. 2006: Effects of experimental drought on soil respiration and radiocarbon efflux from a temperate forest soil. https://escholarship.org/content/qt3mk9v58k/qt3mk9v58k.pdf

7) NASA, Earth Observatory https://earthobservatory.nasa.gov/global-maps/MOP_CO_M/MOD14A1_M_FIRE

8) N Ying and Q Ye 2019 IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 237 022009. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/237/2/022009/pdf

 

Print Friendly, PDF & Email