Een  bijdrage van Frans Schrijver.

De menselijke uitstoot van CO₂ is de allesbepalende oorzaak van de verhoogde concentratie in de atmosfeer. Dat is de algemene opvatting in de samenleving.

De meeste wetenschappers en zelfs veel klimaatsceptici trekken dit niet in twijfel. Er is enige discussie over hoelang die extra CO₂ in de atmosfeer zal blijven, maar dat is het dan ook wel zo’n beetje.

Dat is opmerkelijk, want verschillende wetenschappers hebben uitgebreid gepubliceerd over de inconsistenties van dit verhaal. Dat de CO₂-stijging grotendeels te wijten is aan natuurlijke oorzaken is gemakkelijk in te zien als we kijken naar de aanzienlijke toename van de CO₂-stromen van en naar land en zee.

De redenering dat menselijk CO₂ de alles bepalende oorzaak is van de gestegen concentratie is gebaseerd op de veronderstelling dat de natuurlijke in- en uitstromen altijd en precies met elkaar in evenwicht zijn. Vanuit dit volledige evenwichtsdenken zorgt de menselijke emissie, ook al is die relatief klein, jaar in jaar uit voor een verstoring. In het zogenaamde koolstofbudget[2], dat dit beschrijft, komt er elk jaar 10 Pg bij terwijl de opnamestroom maar 6 Pg/jr groter is geworden (1 Petagram = 1 Gigaton = 1 miljard ton). De concentratie blijft dus eindeloos stijgen zolang mensen CO₂ uitstoten.

Om dit idee te ondersteunen, wordt ook aangenomen dat menselijke emissies zich ophopen in de atmosfeer. Waar je één enkele verblijftijd zou verwachten voor een reservoir met een in- en uitstroom, rekent het IPCC met een kleine verblijftijd van ongeveer 4 jaar voor natuurlijke CO₂ en een veel grotere voor menselijke CO₂: “The removal of all the human-emitted CO2 from the atmosphere by natural processes will take a few hundred thousand years (high confidence)”.

Verschillende wetenschappers, waaronder Murray Salby[9] en Hermann Harde[3], hebben uitgebreid gepubliceerd over de onvolkomenheden en inconsistenties van dit verhaal. Ze toonden ook aan dat het heel onlogisch is om te denken dat een lichte toename van de up-flux niet kan worden gecompenseerd door een grotere down-flux. Het is alsof je de warmte-energiestroom in een huis met 5% verhoogt en verwacht dat de temperatuur voor altijd zal blijven stijgen.

Desondanks is het geloof in het IPCC-model voor de toename van de concentratie hardnekkig. In dit artikel concentreren we ons op een van de vreemdste aannames: het idee dat de natuurlijke in- en uitstroom stabiel en in perfect evenwicht zijn. Ondanks het feit dat ze 20 keer groter zijn dan de menselijke CO₂-stroom en er verschillende oorzaken zijn voor in en uit, zijn natuurlijke stromen niet opgenomen in de koolstofbalans van de modellen.

Dat de CO₂-concentratie voor het grootste deel het gevolg is van natuurlijke veranderingen is gemakkelijk in te zien op basis van de volgende onmiskenbare waarnemingen.

  1. De stromen van en naar land en zee zijn sinds 1750 sterk toegenomen.

  2. De toename van deze fluxen is natuurlijk, dat wil zeggen niet als gevolg van menselijke emissies.

  3. De groei van de natuurlijke fluxen kan alleen plaatsvinden bij een hogere concentratie in de atmosfeer.

Natuurlijke stromen zijn toegenomen sinds 1750

Hoewel er niet met zoveel woorden over wordt gesproken, is in het AR5-rapport van het IPCC terug te vinden dat de natuurlijke stromen van en naar land en zee duidelijk zijn toegenomen. Het gaat dan met name om de bekende figuur 6.1 uit het AR5-rapport

Daarin is te zien dat de menselijke emissie opgeteld bijna 10 Pg/jr bedroeg. Ook te zien is dat de natuurlijke stromen veel groter zijn. Van en naar zee gaat het om ongeveer 80 Pg/jr, van en naar land om 120 Pg/jr. Dat die natuurlijke stromen sterk zijn gegroeid sinds 1750 is in de figuur zichtbaar door de kleur van de pijlen. De zwarte pijlen geven de oorspronkelijke evenwichtssituatie aan zoals die in 1750 ooit was. De rode pijlen geven de nieuwe stromen of de veranderingen aan sinds die tijd. De emissie vanuit de oceanen is met 17,7 Pg/jr toegenomen, de emissie vanaf land met 11,6 Pg/jr, dus bij elkaar gaat het om bijna 30 Pg/jr. De natuurlijke opnamestromen zijn zelfs iets meer toegenomen.

Als we de belangrijke stromen horizontaal en in de juiste verhouding weergeven, ziet het vereenvoudigde beeld er als volgt uit (figuur 2).

In een oogopslag is nu duidelijk dat de natuurlijke emissie met een factor 3 meer is toegenomen dan de menselijke emissie. We zien ook dat de natuurlijke opname is toegenomen, maar minder dan nodig is voor evenwicht. Er blijft dus een netto toename van 4 Pg/jr richting de atmosfeer over.

De toename van CO₂-stromen is natuurlijk

De tweede vraag die beantwoord moet worden is wat de oorzaak is van deze toename; is het een natuurlijke fluxverandering of het resultaat van menselijke invloed?

Oceanen

Bij de in- en uitstromen vanuit zee speelt de Wet van Henry een centrale rol. Deze wet zegt dat de hoeveelheid opgelost gas in een vloeistof is recht evenredig met de concentratie van het gas. Bij een hoge CO₂-concentratie in de lucht neemt water meer CO₂ op; bij een lage concentratie is de opname lager. Bovendien hangt de verhouding hangt af van de temperatuur. Bij een lage temperatuur kan water relatief veel CO₂ bevatten; bij een hoge temperatuur juist minder (lauw bier bevat minder koolzuur dan koud bier).

Dat betekent dat de temperatuur invloed heeft op de emissie vanuit de oceanen. Een hoge temperatuur betekent meer emissie en minder absorptie, een lage temperatuur precies het omgekeerde.

Hermann Harde[5] heeft een berekening uitgevoerd op basis van fysische gegevens. Via de Wet van Henry heeft hij de verandering in de partiële luchtdruk berekend bij een temperatuurstijging van 1 °C. Vanuit metingen is bekend hoeveel de uitstroom toe- of afneemt afhankelijk van de verandering van de partiële luchtdruk. Bij 1 °C temperatuurstijging bedraagt de toename van de emissie vanuit de oceanen 19 Pg/jr. Dit komt heel goed overeen met de toename van 17,7 Pg/jr uit het IPCC-rapport van 2013.

Het is belangrijk om te vermelden dat deze temperatuurgevoeligheid afwijkt van berekeningen die zijn gebaseerd op ijskernmetingen op Antarctica. Deze gegevens tonen een verhouding van de orde van 100 ppm (parts per million) bij een temperatuurstijging van 10 °C, dus veel kleiner. Het is echter zeer de vraag of deze verhouding juist is. Al in 1978 concludeerden Stauffer en Berner[12]: We estimate the fraction of CO₂, present in bubbles to be only about 20%. The remaining part is dissolved in the ice.” Ook andere wetenschappers zoals Jaworowski[7] en Harde[4] zijn in verschillende publicaties ingegaan op de grote onvolkomenheden van ijskernmetingen. Het centrale punt is steeds dat in tegenstelling tot wat wordt aangenomen, er geen sprake is van een gesloten systeem. De lucht in de luchtbelletjes in de diepe ijslagen heeft niet meer dezelfde samenstelling als bij de vorming van de luchtbellen. Zie ook het artikel Is de CO₂-stijging uitzonderlijk? op klimaatfeiten.nl.

De berekening van Harde is veel betrouwbaarder omdat deze is gebaseerd op reproduceerbare fysische gegevens en wordt bevestigd door de waargenomen grotere emissie van de oceanen. Deze grotere emissie leidt tot een hogere concentratie in de atmosfeer en dus, onder invloed van de Wet van Henry, ook tot een grotere opname door de oceanen.

Land

Bij de emissie vanaf land is het belangrijk onderscheid te maken tussen plantademhaling en grondademhaling. Van de CO₂ die planten op basis van fotosynthese opnemen verdwijnt ongeveer de helft vrijwel direct weer in de atmosfeer in de vorm van plantademhaling. Emissie en absorptie zijn daar dus in evenwicht. De andere helft wordt omgezet in biomassa (bladeren, hout, wortels, enz.) die op of in de grond terechtkomen.

Met name de grondemissie is sterk temperatuur afhankelijk. Het onderzoek van Jae-Seok Lee (2011)[8] laat zien dat er een exponentiële relatie is tussen bodemtemperatuur en emissie. Een toename van de bodem met 1 °C met een temperatuur van 14 °C leidt tot 15% tot 20% hogere emissies.

Uit een onderzoek van Zhang et al. Uit 2016 [13] bleek dat de emissie in China vanuit de grond in 50 jaar tijd gemiddeld met 28% was toegenomen. Als China representatief is voor de rest van de wereld is de toename van de grondemissie ongeveer 17 Pg/jr, dus groter maar vergelijkbaar met de 11,6 Pg/jr van het IPCC.

Ook de opname van CO₂ op het land is toegenomen. De wereld is groener geworden onder invloed van de hogere CO₂-concentratie (figuur 5, links). Volgens NASA[14] heeft de vergroening geresulteerd in een toename van planten en bomen over een gebied dat twee keer zo groot is als de Verenigde Staten.

Een studie uit 2017 van Peng Li[11] heeft aangetoond dat de netto primaire productie (NPP) sinds 1960 met 11,8 PgC /jaar is gegroeid (figuur 5, rechts). De NPP is de hoeveelheid CO₂ die door planten (tijdens fotosynthese) wordt omgezet in biomassa minus de ademhaling van de plant. De groei van het NPP betekent dat de absorptie op land is toegenomen en bevestigt de eerdergenoemde cijfers van het IPCC.

Dus ook voor land is duidelijk dat temperatuur een belangrijke rol speelt bij de stijging van de CO₂-fluxen. De toename van de landfluxen is niet gerelateerd aan menselijke emissies, maar kan goed worden verklaard door de opwarming van de aarde van 1 °C. De opname van CO₂ op land is toegenomen als gevolg van de wereldwijde vergroening, onder invloed van de hogere atmosferische CO₂-concentratie.

De groei van de natuurlijke stromen kan alleen plaatsvinden bij een hogere concentratie in de atmosfeer

De toename van de stromen van en naar land en zee heeft dus natuurlijke oorzaken. De emissie vanuit zee en de grondademhaling zijn temperatuurgevoelig. Door de stijging van de gemiddelde temperatuur op aarde van ongeveer 1 °C zijn deze stromen sinds 1750 met ongeveer 30 Pg/jr gegroeid.

De opnamestromen zijn ook toegenomen, waarbij de concentratie de drijvende factor is. Op zee neemt de opname toe bij een hogere concentratie in de atmosfeer op basis van de Wet van Henry. Op land zorgt de hogere concentratie voor vergroening van de aarde: planten groeien sneller als er meer CO₂ is. Dit zorgt voor een hogere NPP (Netto Primaire Productie) en daarmee voor meer opname.

Of anders gezegd: de grotere neerwaartse stromen naar land en zee zijn alleen mogelijk bij een hogere concentratie in de atmosfeer. Ook in een situatie met helemaal geen menselijke uitstoot, maar wel een vergelijkbare temperatuurstijging (zoals bijvoorbeeld in de Middeleeuwen), zou de CO₂-concentratie zijn gestegen.

In de volgende grafiek (figuur 6) zijn nogmaals de belangrijkste atmosferische stromen weergegeven, maar nu met de drijvende krachten erbij.

Het plaatje laat ook direct zien dat het onzinnig is om te veronderstellen dat menselijk CO₂ zich ophoopt in de atmosfeer, zoals het IPCC veronderstelt. Het zou heel onlogisch zijn als opname onder invloed van de hogere concentratie wel toeneemt voor natuurlijke CO₂, maar niet voor menselijke CO₂. De natuur maakt geen onderscheid tussen menselijke CO₂-moleculen en natuurlijke.

Het IPCC maakt nog steeds een onderscheid tussen verblijftijd (residence time) en aanpassingstijd (adjustment time), waarbij de aanpassingstijd wordt gedefinieerd als de tijd die nodig is om atmosferische CO₂ opnieuw in evenwicht te brengen na een (menselijke) verstoring. De aanpassingstijd is in hun ogen veel langer dan de verblijftijd. Maar een dergelijk onderscheid heeft geen zin omdat de natuur geen onderscheid maakt bij de opname van CO₂-moleculen. Als de oceanen meer CO₂ kunnen opnemen op basis van de wet van Henry, zullen ze dat doen voor zowel natuurlijke als menselijke CO₂. Het feit dat in de oceaan allerlei biologische en chemische processen plaatsvinden is misschien interessant, maar daarbij helemaal niet relevant. Er is geen aparte afvoer voor menselijke CO₂.

Samenvattend

  • De stijging van gemiddelde temperatuur op aarde met 1 °C heeft gezorgd voor een grotere jaarlijkse natuurlijke uitstoot vanuit land en zee.

  • Deze toename van de natuurlijke uitstoot is ook zichtbaar in figuur 6.1 van AR5 (+30 PgC/jaar).

  • De toename van zowel natuurlijke als antropogene emissies heeft geleid tot meer CO₂ in de atmosfeer.

  • De hogere concentratie resulteert in een grotere neerwaartse stroom naar zowel zee als land.

  • De verhoging van de concentratie in de atmosfeer is dus het gevolg van een combinatie van de gestegen temperatuur en de menselijke uitstoot.

Omvang van de invloed van de menselijke uitstoot

In 2019 heeft Hermann Harde[5] een eenvoudig rekenmodel opgesteld om te kunnen bepalen hoe groot de invloed van de mens is op de CO₂-stijging en hoe groot de invloed van de temperatuur is. Daarbij heeft hij de volgende uitgangspunten gehanteerd:

  • De CO₂-concentratie in 1880 bedroeg 280 ppm (parts per million).

  • De menselijke uitstoot is geleidelijk toegenomen tot 10 Pg/jr (op basis emissiegegevens).

  • De stroom CO₂ vanaf land en oceanen richting atmosfeer is evenredig toegenomen met de temperatuurstijging.

  • De jaarlijkse opname van CO₂ in is evenredig met de concentratie in de atmosfeer. Er is slechts één verblijftijd voor alle CO₂.

Het blijkt dat dit eenvoudige model de toegenomen concentratie in de atmosfeer uitstekend kan beschrijven en ook logische verklaringen biedt voor alle andere waarnemingen die tot nu toe zijn gedaan. In de volgende grafiek geeft de blauwe lijn de concentratiestijging weer die het gevolg is van antropogene emissie (menselijk CO₂) en de paarse lijn de concentratiestijging als gevolg van de uitstoot door de gestegen temperatuur. De groene lijn is de optelsom van die twee. De groene lijn komt goed overeen met de metingen in Mauna Loa (blauwe blokjes).

Frans Schrijver.

Het blijkt dat de menselijke uitstoot maar voor een klein deel verantwoordelijk is voor de gestegen CO₂-concentratie. In zijn berekeningen is slechts 17 ppm (minder dan 15%) van de totale stijging het gevolg van menselijke CO₂. Het overgrote deel van de stijging is het gevolg van de gestegen temperatuur op aarde.

De goede correlatie in de grafiek in figuur 7 is natuurlijk geen bewijs van Harde’s model. Om met de woorden van Richard Feynman te spreken: “We can’t prove anything. We can only disprove something.”. Maar zijn model is in ieder geval in lijn met de waargenomen oorzaken van natuurlijke emissies en absorpties en vergelijkbaar met veel andere bekende fysische processen, wat helaas niet gezegd kan worden van het standaardmodel dat het IPCC hanteert.

Referenties

  1. Chen et al.: China and India lead in greening of the world through land-use management, 2019.

  1. Friedlingstein et al., Global Carbon Budget 2020, 2020

  1. Harde: Scrutinizing the carbon cycle and CO2 residence time in the atmosphere, 2017

  1. Harde: Reply to Comment on “Scrutinizing the carbon cycle and CO2 residence time in the atmosphere”, 2017

  1. Harde: What Humans Contribute to Atmospheric CO2: Comparison of Carbon Cycle Models with Observations, 2019.

  1. IPCC: Fifth Assessment Report, 2013

  1. Jaworowski: CO2: The Greatest Scientific Scandal of Our Time, 2007

  2. Lee: Monitoring soil respiration using an automatic operating chamber in a Gwangneung temperate deciduous forest, 2011.

  3. Lee: Monitoring soil respiration using an automatic operating chamber in a Gwangneung temperate deciduous forest, 2011.

  1. Murray Salby presentation in Hamburg: What is Really Behind the Increase of Atmospheric CO2?, 2018

  1. NOAA, National Centers for Environmental Information: Map of Total Sea-Air CO2 flux

  1. Peng Li et al.: Quantification of the response of global terrestrial net primary production to multifactor global change, 2017.

  1. Stauffer, Berner: CO₂ in natural ice, 1978

  1. Zhang et al.: Rising soil temperature in China and its potential ecological impact, 2016.

  1. NASA: Carbon Dioxide Fertilization Greening Earth, Study Finds (website)

***

Zie Klimaatfeiten.nl

***