Door Frans Schrijver.

Deel 2 van het drieluik over het groene CO₂-niveau

In het eerste artikel heb ik al laten zien, dat er niet één vast natuurlijk niveau is voor de hoeveelheid CO₂ in de atmosfeer, maar dat er een duidelijke relatie is met de groenheid van de aarde. Biologische processen spelen een dominante rol bij de natuurlijke stromen van en naar de atmosfeer. Als de biologische motor op een hogere snelheid draait, met meer respiratie en meer fotosynthese, dan gaat dat samen met een hogere concentratie.

Om te begrijpen hoe de biologische motor kan fluctueren, moeten we kijken naar de natuurlijke stromen van en naar de atmosfeer. Vaak is de gedachte dat die natuurlijke stromen zonder menselijke verstoringen altijd met elkaar in evenwicht zijn, dus dat de opwaartse stroom op basis van vooral respiratie precies even groot is als de neerwaartse stroom als gevolg van fotosynthese. In dat beeld zijn de menselijke emissies een verstoring van het evenwicht, waarbij het vervolgens alleen nog maar gaat over de vraag hoeveel van die extra CO₂ de natuur kan opvangen.

Maar klopt het wel dat de natuur vanuit zichzelf precies in evenwicht is? Bij de plantademhaling kun je nog zeggen dat er een zekere relatie is met de opname van CO₂ door diezelfde planten. Maar bij de degeneratie van koolstofverbindingen die in grote hoeveelheden zijn opgeslagen in de bodem en de oceanen, is er absoluut geen direct verband met de fotosynthese. De op- en neerwaartse stromen blijken bovendien heel verschillende drijfveren (‘drivers‘) te hebben.

Voor fotosynthese (de neerwaartse CO₂-stroom) is de CO₂-concentratie in de atmosfeer verreweg de belangrijkste drijfveer. Meer CO₂ in de lucht zorgt voor snellere plantengroei en uitbreiding van het vegetatie-oppervlak, en dus meer fotosynthese. Zie de volgende grafiek die de vergroening weergeeft sinds 1900, uit het onderzoek van Haverd, et al., 2020. Daarin is ook goed te zien dat de rol van temperatuur (hier met de term ‘climate’) veel beperkter is. Over het algemeen gedijen planten beter bij een hogere temperatuur, maar de impact is veel kleiner dan van CO₂. De invloed van meer CO₂ is ook waargenomen in de oceanen, waar hogere niveaus opgelost CO₂ leiden tot meer fotosynthese door fytoplankton.

Voor respiratie (de opwaartse CO₂-stroom) is juist de temperatuur de belangrijkste drijfveer. Bacteriële processen die verantwoordelijk zijn voor de afbraak van organisch materiaal op en in de bodem, zijn exponentieel gerelateerd is aan temperatuur. Bij gematigde temperaturen kan de gevoeligheid oplopen tot meer dan 20% per °C. Dit is goed te zien in de volgende grafiek uit een onderzoek van Lee uit 2011. Ook de respiratie, inclusief degeneratie van organisch materiaal in de oceanen is sterk afhankelijk van de watertemperatuur.

Bij deze veranderingen moeten we ons bedenken, dat de hoeveelheid opgeslagen organisch materiaal op en in de bodem en in de oceanen bijzonder groot is, veel groter dan de hoeveelheid koolstof in de atmosfeer. Het effect van grotere stromen van en naar de atmosfeer, is voor die opgeslagen hoeveelheid relatief heel klein. Zeker ook, als je bedenkt dat de veranderingen per jaar maar gering zijn: 30% vergroening over 120 jaar, komt overeen met 0,2% per jaar.

Op het gebied van de temperatuur-gevoeligheid speelt ook de oplosbaarheid van CO₂ in het zeewater een rol. Bij hogere temperaturen lost CO₂ minder goed op, waardoor meer in de atmosfeer terecht komt. Dit effect is niet zo groot als van de respiratie, maar het versterkt de totale invloed van hogere temperaturen wel.

Er zijn dus verschillende drijfveren voor de belangrijkste stromen van en naar de atmosfeer. Het idee van een evenwichtige natuur waarin natuurlijke op- en neerwaartse stromen elkaar altijd precies opheffen, klopt daarom niet. Als door een klimatologische verandering de gemiddelde temperatuur stijgt, komt de in de bodem en oceanen opgeslagen koolstof sneller vrij dan de fotosynthese het kan absorberen. Hierdoor neemt de hoeveelheid CO₂ in de atmosfeer toe (de concentratie stijgt). Door de hogere CO₂-concentratie zal de fotosynthese na verloop van tijd ook toenemen, met vergroening tot gevolg. In een periode met lagere temperaturen gebeurt precies het omgekeerde: respiratie neemt af, de concentratie daalt en de hoeveelheid vegetatie neemt af.

Natuurlijk spelen ook andere factoren een rol bij de toe- en afname van de vegetatie, maar het laat wel goed zien dat fluctuaties van de CO₂-concentratie en de groenheid van de aarde gemakkelijk en op een natuurlijke manier kunnen optreden. Het weerlegt het idee dat alleen menselijke uitstoot verantwoordelijk is voor de stijging in de atmosfeer. De natuurlijke instroom is niet per definitie elk jaar exact even groot is als de natuurlijke uitstroom. Ook zonder menselijke beïnvloeding kan de CO₂ onder invloed van de temperatuur gemakkelijk stijgen.

Samenvattend kunnen we stellen dat ook zonder menselijke verstoring de natuur nooit precies in evenwicht is.

– Er zijn verschillende drijfveren voor de belangrijkste natuurlijke stromen van en naar de atmosfeer: temperatuur is de belangrijkste drijfveer voor de opwaartse stroom, de CO₂-concentratie is de belangrijkste drijfveer voor de neergaande stroom.

– Een periode van stijgende temperaturen kan leiden tot meer respiratie en daarmee een hogere CO₂-concentratie in de atmosfeer en vergroening van de aarde. In een periode van dalende temperaturen kan het omgekeerde effect optreden.

– De menselijke uitstoot van CO₂ is zeker niet de enige verklaring die denkbaar is voor de recente stijging van de concentratie in de atmosfeer.

Frans Schrijver.

In het derde deel van dit drieluik zal ik laten zien dat de mondiale temperatuurstijging sinds het einde van de Kleine IJstijd rond 1800, een heel goede verklaring vormt voor de recente stijging van de CO₂-concentratie.

Op mijn website https://www.greenco2level.org ga ik veel uitgebreider in op de samenhang van biologische processen en de CO₂-concentratie in de atmosfeer. Daar vind je ook de verwijzingen naar alle wetenschappelijke bronnen die dit verhaal ondersteunen.

Zie verder: Schrijver, F.J. (2024) ‘Impact of global greening on the natural atmospheric CO₂ level’, Science of Climate Change, 4(2), pp. 79–88, https://doi.org/10.53234/scc202411/02.

***