Verkeert de klimaatwetenschap in crisis?

Door David Whitehouse.

Het is de manier waarop wetenschappelijke paradigma’s ontstaan – de heersende consensus. Daarnaast komen er ook observaties die er niet in passen. In eerste instantie zijn ze te verklaren, maar als ze steeds vaker voorkomen, roepen ze serieuze vragen op. Uiteindelijk komt er een moment waarop de consensus in twijfel moet worden getrokken, omdat het vakgebied in een crisis verkeert. Dit zou het geval kunnen zijn voor de klimaatwetenschap, en voordat u deze visie afdoet als die van een ‘contrarian’, bedenk dan dat deze is verwoord in het prestigieuze tijdschrift Nature  door dr. Tiffany Shaw van de Universiteit van Chicago en directeur Bjorn Stevens van het Max Planck Instituut voor Meteorologie. ‘Zelfs onder klimaatwetenschappers wordt misschien niet ten volle beseft hoe simpele ideeën en de aannames die aan deze ideeën ten grondslag liggen aan deze consensus… discrepanties stapelen zich in feite op’, zeggen ze.

Crises in de wetenschap komen vaak voor. Aan het begin van de 20e eeuw maakte de klassieke natuurkunde een dergelijke crisis door, wat resulteerde in de kwantumfysica. Recenter zet de deeltjesfysica en het gebrek aan nieuwe deeltjes natuurkundigen aan het twijfelen over hun zogenaamde ‘standaardmodel’. Ook zijn er mensen die de groeiende problemen en inconsistenties in de kosmologie als het begin van een crisis beschouwen. Volgens de auteurs van dit rapport zijn er tekenen dat de klimaatwetenschap mogelijk met een eigen crisis te maken krijgt.

Ze beschrijven het dominante paradigma van de klimaatwetenschap, dat zich de afgelopen 60 jaar heeft ontwikkeld, als voortkomend uit de toepassing van fundamentele natuurwetten op het klimaatsysteem, vanuit de aanname dat kleinschalige processen worden bepaald door statistische gemiddelden van klimaatparameters over grote schaal. Dit maakte het mogelijk om het klimaatsysteem op een relatief simplistische manier te beschrijven. ‘De standaardbenadering is zeer succesvol gebleken in het verklaren van algemene kenmerken van het klimaatsysteem en bepaalde aspecten van de reactie ervan op verhoogde koolstofdioxideconcentraties’, aldus Tiffany Shaw. De consensus verklaart de verticale structuur van de atmosfeer en enkele aspecten van het ruimtelijke patroon van opwarming van de aarde als gevolg van een toename van atmosferische koolstofdioxide.

Maar gezien het toenemende aantal waarnemingen dat niet strookt met de consensus, vragen sommige wetenschappers zich af of die eenvoud misleidend is. Zo is de oostelijke tropische Stille Oceaan, in tegenstelling tot alle modelvoorspellingen, afgekoeld. Bovendien kunnen modellen de toegenomen frequentie van blokkerende weersomstandigheden boven Groenland in de zomer niet verklaren. Hoewel correct werd voorspeld dat het Noordpoolgebied sneller zou opwarmen dan de rest van de wereld, is de waargenomen temperatuur in het Noordpoolgebied veel hoger dan verwacht. Dit zijn fundamentele kwesties.

Shaw en Stevens suggereren dat deze discrepanties de basisveronderstellingen van de klimaatwetenschap over hoe grootschalige en kleinschalige processen en componenten van het klimaatsysteem samenhangen, zouden kunnen ondermijnen. Ze stellen dat klimaatwetenschappers hun consensus mogelijk moeten herzien als ze deze blijven opstapelen.

De wetenschap van hoe wereldwijde temperaturen reageren op verhoogde concentraties broeikasgassen is gebaseerd op fundamentele natuurkunde. Maar de aarde is een complex systeem dat we duidelijk niet hebben kunnen vatten met onze consensus of in onze supercomputers. Dit leidt tot de vraag of de klimaatwetenschap een onzekerdere, en volgens sommigen zelfs realistischere, fase ingaat. Is er sprake van een crisis?

David Whitehouse is gepromoveerd in astrofysica en heeft onderzoek gedaan bij Jodrell Bank en het Mullard Space Science Laboratory. Hij is voormalig wetenschapscorrespondent en wetenschapsredacteur van BBC News. david@davidwhitehouse.com

***

Bron hier..

 

 

Een paradigma onder vuur

Door Hans Labohm.

Uit de oude doos ‘Man-made Global Warming: Unravelling a Dogma  (2004)

Aanhangers van het paradigma van de door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde hebben vaak gezegd dat ‘de wetenschap vaststaat’ en ‘alle wetenschappers het erover eens’. In de voorgaande hoofdstukken hebben we ruimschoots aangetoond dat dit simpelweg niet waar is.

Geen wonder, aangezien klimatologie een relatief jonge wetenschap is. Het is geen schande dat het paradigma ervan nog steeds niet vaststaat. Dit is niet uniek. Het is andere wetenschappen al eerder overkomen. Is er iets – überhaupt iets – in de enorme hoeveelheid wetenschappelijke kennis dat nuttig zou kunnen zijn om de loopgravenoorlog tussen tegengestelde standpunten te ontmijnen en dat een onbevangen licht zou kunnen werpen op de huidige wetenschappelijke ruzie over de door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde? Het zou immers geen slechte zaak zijn om de huidige impasse te doorbreken en de normale dialectiek van wetenschappelijk onderzoek zijn gang te laten gaan.

Wij geloven van wel. Naar onze mening zou Thomas S. Kuhns klassieker ‘De structuur van wetenschappelijke revoluties’ – die wel eens ‘een mijlpaal in de intellectuele geschiedenis’ wordt genoemd – enkele aanwijzingen kunnen geven over de richting die we nu op moeten. Kuhn baseert zich in grote mate op de historische ervaring van slechts enkele wetenschappelijke disciplines, met name astronomie, natuurkunde en scheikunde. Maar veel beoefenaars van andere wetenschappelijke disciplines zullen de universele geldigheid van zijn analyse gemakkelijk herkennen, omdat ze soortgelijke ontwikkelingen in hun eigen vakgebied hebben meegemaakt. Laten we eerst eens kijken wat paradigma betekent en wat een paradigmaverschuiving inhoudt.

Kuhn gebruikt het woord paradigma op verschillende manieren.1 Maar in wezen komen ze neer op twee verschillende betekenissen. Enerzijds staat het voor de gehele constellatie van overtuigingen, waarden en technieken, enzovoort, die gedeeld worden door de leden van een bepaalde (wetenschappelijke) gemeenschap. Anderzijds duidt het één soort element in die constellatie aan, de concrete oplossingen voor puzzels die, gebruikt als modellen of voorbeelden, expliciete regels kunnen vervangen als basis voor de oplossing van de resterende puzzels van de normale wetenschap.2

Later, in 1969, beschreef Kuhn het paradigma als een ‘disciplinaire matrix’.3 Het wordt disciplinair genoemd omdat het het gemeenschappelijke bezit is van de leden van een bepaalde discipline. Het wordt een matrix genoemd omdat het uit verschillende componenten bestaat. De eerste component bestaat uit generalisaties die meestal een formele of op zijn minst formaliseerbare vorm hebben. De tweede component bestaat uit overtuigingen in bepaalde modellen. De derde component heeft betrekking op waarden, bijvoorbeeld met betrekking tot voorspellingen. Deze moeten accuraat zijn; kwantitatieve voorspellingen hebben de voorkeur boven kwalitatieve; ongeacht de toegestane foutmarge moet er consistent aan worden voldaan in een bepaald vakgebied, enzovoort. Het vierde element bestaat uit voorbeelden: de concrete probleemoplossingen die studenten vanaf het begin van hun wetenschappelijke opleiding tegenkomen, of dit nu in laboratoria, bij examens of aan het einde van hoofdstukken in wetenschappelijke teksten is. 4

Illustratie van paradigma’s en paradigmaverschuivingen

Om te illustreren wat een paradigmaverschuiving inhoudt, kan het nuttig zijn om een paar voorbeelden te geven.

Wat betreft het ontstaan van leven geloofden sommige zeventiende-eeuwse wetenschappers dat leven spontaan kon ontstaan uit niet-levende materie. Er waren de beroemde experimenten van Van Helmont, die graanpakketjes in textiel bond, ze water gaf en ze een paar weken liet staan. Toen bleken er ratten in de pakketjes te zitten. Hij ging ervan uit dat deze uit het plantaardige materiaal waren ontstaan.

In de middeleeuwen was de heersende opvatting in de astronomie dat de aarde het middelpunt van het heelal was (geocentrisme). Dit was gebaseerd op interpretaties van de Bijbel. Maar Copernicus en Kepler toonden aan dat de zon het middelpunt van het zonnestelsel is (heliocentrisme). In de loop van de twintigste eeuw is het heelal geleidelijk ‘groter’ geworden. Toch gelooft men dat het heelal eindig is.

We weten nu dat het minstens 10 miljard sterrenstelsels bevat die elk zo’n 10 miljard sterren bevatten, zodat we de totale massa van het heelal kunnen schatten. Er zijn verschillende theorieën over de geschiedenis van het heelal, waarvan er één is dat het is ontstaan in een punt dat explodeerde (de ‘oerknal’) en dat het heelal sindsdien is blijven uitdijen. Maar er is ook een alternatieve theorie (alhoewel die waarschijnlijk minder steun geniet) die stelt dat er ergens continu materie wordt gecreëerd.

ln de zeventiende-eeuwse chemici Stahl en Becher voor dat bij het verbranden van vaste stoffen een hypothetische component, ‘flogiston’, uit de vaste stof verdampt. Bij het verbranden van organisch materiaal (bijv. hout) was de resterende as lichter dan het oorspronkelijke materiaal; het verschil in gewicht werd toegeschreven aan het verdampte ‘flogiston’. Sommige materialen (metalen) worden echter zwaarder bij verbranding, dus dit type ‘flogiston’ moet een negatieve massa hebben. Lavoisier toonde aan dat de vaste stof bij verbranding reageert met zuurstof uit de lucht, en dat het gevormde oxide zowel een gas als een vaste stof kan zijn (of beide). Als men een materiaal verbrandt onder een gesloten glazen koepel, blijft het totale gewicht van het materiaal plus de lucht en gassen hetzelfde. Of, in algemene termen, het totale gewicht van alle deelnemende verbindingen blijft onveranderd na een chemische reactie. Later werd aangetoond (door Einstein en anderen) dat na kernreacties het totale gewicht enigszins afneemt en de ontbrekende massa wordt omgezet in energie.

In dezelfde eeuw nam Huygens aan dat licht een fenomeen van voortschrijdende golven was, terwijl Newton opperde dat licht een corpusculair karakter had (bestaande uit deeltjes). Alle experimenten die men kon bedenken, bewezen Huygens’ gelijk en Newtons theorie werd verworpen. In de twintigste eeuw werd tijdens zonsverduisteringen waargenomen dat licht enigszins werd afgebogen door de massa van de zon, wat aantoonde dat licht massa moet hebben. Tegelijkertijd werd bevestigd dat licht bestond uit elektromagnetische golven, aangezien deze zich door een vacuüm konden voortplanten. De huidige theorie stelt dat licht zowel als corpusculen als als golven kan worden beschouwd.

Voordat een wetenschappelijke discipline volwassen wordt, moet ze een preparadigmatische fase doorlopen, waarin veel verschillende scholen met elkaar concurreren. In die fase is wetenschap een relatief vrije activiteit, omdat er geen standaardset van methoden bestaat om problemen op te lossen. Bij gebrek aan een reden om een bepaalde vorm van meer verborgen informatie te zoeken, beperkt de vroege feitenverzameling zich meestal tot de overvloed aan gegevens die voorhanden is. Maar naarmate de wetenschap volwassener wordt, zal de situatie veranderen. Meestal zal één enkele school, die het meest bruikbare paradigma levert, zich kunnen laten gelden als de meest dominante. Volgens Kuhn verwerven paradigma’s hun status doordat ze succesvoller zijn dan hun concurrenten in het oplossen van een paar problemen die de groep beoefenaars als acuut is gaan erkennen. Succesvoller zijn betekent echter niet dat je ofwel volledig succesvol bent met één enkel probleem, ofwel opvallend succesvol bent met een groot aantal problemen. Het succes van een paradigma is in het begin grotendeels een belofte van succes die ontdekt kan worden in geselecteerde en nog onvolledige voorbeelden.5

Kuhn ziet normale wetenschap als de uitvoering van ‘opruimoperaties’: ‘Weinig mensen die geen volwassen wetenschap beoefenden, beseffen hoeveel opruimwerk […] een paradigma overlaat of hoe fascinerend dergelijk werk in de uitvoering kan blijken. En deze punten moeten begrepen worden. Opruimoperaties zijn wat de meeste wetenschappers gedurende hun hele carrière bezighoudt. Ze vormen wat ik hier normale wetenschap noem. Nauwkeurig onderzocht, historisch of in het hedendaagse laboratorium, lijkt die onderneming een poging om de natuur te dwingen in de geprefabriceerde en relatief onbuigzame doos die het paradigma biedt. Het behoort niet tot het doel van de normale wetenschap om nieuwe soorten verschijnselen teweeg te brengen; sterker nog, die verschijnselen die niet in die doos passen, worden vaak helemaal niet gezien. Wetenschappers streven er normaal gesproken ook niet naar om nieuwe theorieën te bedenken, en ze zijn vaak intolerant voor die van anderen. Normaalwetenschappelijk onderzoek is immers gericht op het formuleren van die verschijnselen en theorieën die het paradigma al biedt.’6 Of, met andere woorden: ‘Nauwkeurig onderzocht, historisch of in het hedendaagse laboratorium, lijkt die onderneming een poging om de natuur te dwingen in de geprefabriceerde en relatief onbuigzame doos die het paradigma biedt.’7 Dit lijkt misschien een beperking, maar het heeft zo zijn voordelen, zoals Kuhn opmerkt: ‘Zolang de instrumenten die een paradigma biedt, in staat blijven om de problemen die het definieert op te lossen, boekt de wetenschap de snelste vooruitgang en dringt ze het diepst door door de zelfverzekerde inzet van die instrumenten. De reden is duidelijk. Net als in de industrie, zo ook in de wetenschap – is herinrichting een extravagantie die bewaard moet worden voor de gelegenheid die erom vraagt.’8

Maar van tijd tot tijd worden de wetenschappelijke paradigma’s onderbroken. De periode van puzzelen wordt vaak verstoord door ontdekkingen, op welk punt wetenschappers de regels waarmee ze de puzzel oplosten in twijfel moeten trekken. Of, in de woorden van Kuhn: ‘Ontdekking begint met het besef van anomalie,9 d.w.z. met de erkenning dat de natuur op de een of andere manier de door paradigma’s geïnduceerde verwachtingen die de normale wetenschap beheersen, heeft geschonden.’10 Anomalie moet ontstaan binnen de context van een bestaand paradigma – anders zouden wetenschappers het niet eens kunnen herkennen. ‘

Voor die wetenschappers die al jarenlang een reputatie hebben opgebouwd door een bepaald paradigma te verkondigen en er bijgevolg een persoonlijk belang bij hebben, kan deze fase zeer verontrustend zijn. Hun eerste reactie is er vaak een van felle weerstand. Kuhn merkt in dit verband op: ‘Bijna altijd zijn de mannen die deze fundamentele uitvindingen van een nieuw paradigma doen, ofwel erg jong ofwel erg nieuw in het vakgebied waarvan ze het paradigma veranderen. En misschien had dat punt niet expliciet gemaakt hoeven worden, want het zijn uiteraard juist deze mannen die, omdat ze zich door eerdere praktijkervaring weinig hebben gehouden aan de traditionele regels van de normale wetenschap, de neiging hebben om in te zien dat die regels geen speelbaar spel meer definiëren en een andere set te bedenken die ze kan vervangen.’12

Wanneer de overgang naar het nieuwe paradigma voltooid is, zal het vakgebied zijn visie op het vakgebied, zijn methoden en zijn doelen hebben veranderd. Of, zoals Kuhn opmerkt: ‘[Sommigen] die dit aspect van de wetenschappelijke vooruitgang hebben opgemerkt, hebben de gelijkenis ervan met een verandering in visuele gestalt benadrukt: de tekens op papier die eerst als een vogel werden gezien, worden nu als een antilope gezien, of omgekeerd.’ 13

Elders gebruikt Kuhn een andere metafoor: ‘Het zijn als elementaire prototypes voor deze transformaties van de wetenschappelijke wereld dat de bekende demonstraties van een verandering in visuele gestalt zo suggestief blijken. Wat vóór de revolutie eenden waren in de wetenschappelijke wereld, zijn daarna konijnen. […]’ 14

‘Het is alsof de professionele gemeenschap plotseling naar een andere planeet is getransporteerd, waar bekende objecten in een ander licht worden gezien en waar ook onbekende objecten zich bij voegen.’15

Anomalieën

We wagen de gedachte dat de door Kuhn beschreven ontwikkelingen nu plaatsvinden in de klimatologie, waar het door de mens veroorzaakte paradigma van de opwarming van de aarde terrein verliest. Het is nog te vroeg om de contouren van een alternatief paradigma te voorspellen. Maar er zijn een paar kanshebbers, zoals in het vorige hoofdstuk is besproken.

Wat zijn de belangrijkste anomalieën die niet kunnen worden verklaard door het heersende paradigma van de opwarming van de aarde door de mens? Kuhn benadrukte de rol van wetenschappers die ‘ofwel erg jong zijn geweest, ofwel erg nieuw in het vakgebied waarvan ze het paradigma veranderen’. En inderdaad, naast de oude rotten in het vak, naar wie we al eerder uitgebreid hebben verwezen, zijn er ook de ‘Jonge Turken’, zoals de klimaatsceptische internetgroepen onder leiding van David Wojick16 en Timo Hämeranta.17 We zullen nu naar laatstgenoemde kijken voor een overzichtelijke lijst van de anomalieën die het paradigma van de door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde op losse schroeven zullen zetten.

In het eerste jaarverslag van de discussiegroep ‘Sceptical Climate Science‘ concludeert moderator Timo Hämeranta dat nieuwe studies, observaties en gegevens uit de praktijk, die in 2002 verschenen, aantoonden dat de hypothese over door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde fundamenteel gebrekkig is. Volgens de hypothese zou de wereldwijd gelijkmatig verspreide koolstofdioxide het klimaat in de poolgebieden als eerste en meest prominent moeten opwarmen. Maar dat is niet gebeurd. Toen de atmosferische CO2-concentratie onlangs met 30% steeg, lieten de poolgebieden geen significante opwarming zien;

Antarctica koelde zelfs af. En satellietmetingen van temperaturen in de troposfeer, de onderste acht kilometer van de atmosfeer, evenals onafhankelijke metingen vanuit ballonnen, tonen geen bewijs van significante opwarming op wereldwijde schaal. Dat staat in strijd met oppervlaktetemperatuurrecords, die opwarming in dezelfde periode laten zien.

De schijnbare onenigheid tussen de datasets is de bron geweest van wetenschappelijk onderzoek en controverse. De satellietgegevens omvatten afgelegen oceaan-, woestijn- en wildernisgebieden waarvoor klimaatgegevens schaars of helemaal niet beschikbaar zijn. Gedurende de afgelopen 22 jaar laat de satellietdataset een opwarmingstrend zien van ongeveer 0,22 0C (0,4 0F) per decennium voor het noordelijke derde deel van de wereld. Dat bestrijkt het gebied van de Noordpool tot 20 graden noorderbreedte, inclusief heel Noord-Amerika, Cuba en het grootste deel van Mexico, heel Europa, de noordelijke helft van Saharaans Afrika en het grootste deel van Azië. De satellietgegevens tonen aan dat de atmosfeer boven de zuidelijke twee derde van de wereld de afgelopen 22 jaar feitelijk met ongeveer 0,04 0C per decennium is afgekoeld. Als geheel bekeken, laten de satellieten een ‘mondiale’ opwarmingstrend zien van ongeveer 0,04 °C per decennium – waarbij het grootste deel van die opwarming geconcentreerd is op het noordelijk halfrond. Maar de in-situ-studies laten een gedetailleerder beeld zien: de afgelopen 35 jaar is Antarctica afgekoeld en zijn de arctische gebieden niet opgewarmd.

En Hämeranta vervolgt dat dankzij moderne metingen de vermeende ‘mondiale’ opwarming te zien is waar die zich werkelijk voordoet: alleen op de gematigde breedtegraden van het noordelijk halfrond en alleen in het winterhalfjaar. Bovendien toonde onderzoek van een tiental gepubliceerde proxy-gegevens geen opwarming sinds 1980. In de afgelopen decennia hebben we natuurlijke temperatuurschommelingen en regionale – niet-mondiale – opwarming ervaren als gevolg van veranderingen in landbedekking, bevolkingsgroei, verstedelijking, enz. Volgens de nieuwste studies heeft er geen waarneembare opwarming plaatsgevonden als gevolg van de toegenomen door de mens veroorzaakte CO2-concentraties, zoals de modellen voorspelden.

Volgens Hämeranta laten alle IPCC-conclusies het feit buiten beschouwing dat klimaatvariaties zeer veel oorzaken en gevolgen hebben. De geïdentificeerde oorzaken vormen slechts een deel van het hele spectrum van interacterende oorzaken en gevolgen.

Klimaatmodellen zijn niet in staat het klimaat uit het verleden, heden of de toekomst echt te imiteren en het is onwaarschijnlijk dat ze dat in de nabije toekomst zullen kunnen. De uiterst beperkte en ontoereikende gegevens die de IPCC-auteurs in hun projecties gebruikten, zijn de afgelopen twee jaar aangescherpt. Met de nieuwste gegevens wordt de invloed van menselijke emissies op het klimaat bijna onwaarneembaar en onbelangrijk. Alle huidige gemodelleerde projecties zitten vol met tekortkomingen. Maar één conclusie is duidelijk geworden: alle aanbevelingen om de vermeende opwarming ‘veroorzaakt door menselijke CO2-uitstoot’ te bestrijden, zijn onwetenschappelijk en ongerechtvaardigd.

Zijn algehele oordeel is ondubbelzinnig: ‘Dit is het einde van het tijdperk waarin de klimatologie werd gedomineerd door zorgen over ‘gevaarlijke’ antropogene interferentie veroorzaakt door door de mens veroorzaakte CO2-uitstoot. Het valt nog te bezien wanneer dit ware wetenschappelijke inzicht de publiciteit krijgt die het dringend verdient.’

Conclusie

Al met al lijkt de conclusie gerechtvaardigd dat de klimatologie een voorbeeld is van een situatie waarin één enkel paradigma, het door de mens veroorzaakte paradigma van de opwarming van de aarde, voortijdig aan de wetenschap is opgelegd vanwege een convergentie van belangen en opvattingen van verschillende groepen in de samenleving. Maar in feite bevindt de wetenschap zich nog steeds in de pre-paradigmafase. De kans dat een opkomende wetenschappelijke discipline, zoals de klimatologie, binnen twintig jaar een robuust paradigma bereikt, is immers even groot als de kans dat een baby de Nobelprijs wint.

Hoewel veel voorstanders van het door de mens veroorzaakte paradigma beweren dat er geen andere serieuze kandidaten voor hun paradigma zijn, geniet het desondanks geen wetenschappelijk monopolie. Er zijn honderden artikelen met peer review, waaronder delen van de IPCC-rapporten, die alternatieve of subversieve standpunten bevatten. Daar draait de wetenschap tenslotte om: du choc des opinions jaillit la vérité (uit de botsing van meningen ontstaat de waarheid).

Zal de mensheid ooit het ultieme paradigma vinden, op welk gebied van de wetenschap dan ook? Of zal het net zo ongrijpbaar blijven als de zoektocht naar de Heilige Graal? Vanuit een agnostisch perspectief zou je misschien kunnen stellen dat een paradigmaverschuiving simpelweg inhoudt dat je van de ene drogreden in de andere struikelt, die de puzzels die voor ons liggen beter kan oplossen.

***

Bibliografie

– Hämeranta, T., Climatesceptics Anual Report 2002 (unpublished).

– Kuhn, T.S., The Structure of Scientific Revolutions, University of Chicago Press, 1962.

– Michaels, P.J. and Balling, R.C. Jr., The Satanic Gases – Clearing the Air about Global Warm­ing, Cato Institute, 2000.

Noten

1.. One of his (sympathetic) critics, Margaret Masterman, counted twenty-one different ways in which Kuhn used the term. But application of Occam’s razor prevents us from elaborating on this issue.