Een klein overzicht over het versterkte broeikas effect (door Evert Wesker) Recentelijk zijn er publikaties verschenen waarin wordt gerept over een (tijdelijke) verstraging van het opwarmen van de Aarde. In een artikel door Alexander Otto et.al. in Nature Geoscience (1) wordt gesteld dat op kortere termijn (tot 2050) de temperatuur stijging mogelijk iets minder snel zal gaan (0.9-2 C) en de meest extreme scenario's minder waarschijnlijk zijn geworden. Tegelijk stellen zij dat de IPCC projecties tot 2100 (een 'klimaatgevoeligheid' van 2-4.5 C) in hun ogen valide blijven. In dit stukje ga ik daar wat nader op in. CO2 en de "klimaatgevoeligheid" Allereerst zet ik nog even aan de hand van wat - enigszins vereenvoudigde - voorbeelden de stand van zaken rond het thema van de "klimaatgevoeligheid" op een rijtje. Hoeveel zal de temperatuur op Aarde stijgen als het CO2 gehalte in de atmosfeer verdubbelt, en wat ligt er aan de schattingen hieraan ten grondslag? Indien men de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer zou verdubbelen (van 280 naar 560 ppm) en alle terugkoppel effecten buiten beschouwing zou laten dan zou het effect daarvan een toevoeging van 3.7 Watt/m² aan het aardoppervlak zijn, hetgeen neerkomt op een temperatuur verhoging van ongeveer 1 C. Deze waarden zijn relatief eenvoudig te berekenen en onbetwist. Er is echter ook sprake van terugkoppel factoren. Die zijn o.a.: De rol van waterdamp, het ijs albedo effect, de zonne instraling, de rol van wolken en aerosolen. Daarnaast moet men de traagheid van de oceanen in ogenschouw nemen, omdat de klimaatgevoeligheid slaat op de stationaire toestand die pas na geruime tijd optreedt. Aan de hand van historische data van CO2 en de temperatuur op Aarde kan men tot zeer redelijke schattingen van deze terugkoppel factoren komen. Zo is de temperatuur op Aarde vanaf 1880 tot nu ongeveer 0.8 C gestegen. De bijdrage van broeikas gassen over deze periode wordt op ongeveer 2.6 Watt/m² geschat (dit is inclusief CH4 en andere niet-co2 broeikas gassen). Op basis hiervan zou je een klimaatgevoeligheid van 0.8 x (3.7/2.6) = 1.1 C vinden. Echter, je moet ook de opwarming van de oceanen meerekenen. Die bedroeg op basis van metingen over de periode 1993-2003 ongeveer 0.6 Watt/m². Die gaat van de 2.6 Watt/m² af. En dan wordt de klimaatgevoeligheid 0.8 x (3.7/2.0) = 1.5 C bij verdubbeling van de CO2 concentratie. Dit komt overeen met de "laagste" IPCC schatting. Neem je echter de aerosolen in de lucht mee, waarvan de bijdrage op 1 Watt/m² wordt geschat, dan gaat dat nog eens van die 2.0 Watt/m² af en verdubbelt de geschatte gevoeligheid naar 0.8 x (3.7/1.0) = 3.0 C. Tenslotte kan de zonne instraling worden meegenomen in de beschouwing. Men schat deze op een toename van ongeveer 0.3 Watt/m², en dan wordt de schatting voor de klimaatgevoeligheid 0.8 x (3.7/1.3) = 2.3 C. Op basis van vele modellen en diverse verschillende data sets is het IPCC uiteindelijk op een geschatte klimaatgevoeligheid van 2 tot 4.5 C uitgekomen. Bij een verdubbeling van 280 naar 560 ppm CO2 zou dit uiteindelijk het eindresultaat kunnen zijn. Het 'verzadigingsargument' Laat me ook hier nog even bij stil staan, omdat het zeer hardnekkig is. Bij de eerste hearings door de 2e kamer over dit onderwerp werd er ooit door Prof. Böttcher gesteld dat de absorptie lijnen van CO2 in de atmosfeer al vrijwel verzadigd zijn, en dat daarom het toevoegen van meer CO2 weinig meer zou uitmaken. Dat is echter niet zo. Laat me nu eens vanuit de aanname redeneren dat alle (langgolvige) infrarood wordt teruggestraald. Het aardoppervlak zou dan net zo lang opwarmen totdat het temperatuur profiel steiler wordt dan de adiabaat. Warmte wordt dan t.g.v. natuurlijke convectie naar boven getransporteerd. Er stelt zich uiteindelijk een temperatuur profiel in dat ongeveer de adiabaat volgt.
Stel nu dat "de man van 6 miljoen" met een infrarood oog is uitgerust. Hij kijkt in een heldere nacht omhoog en ziet in het infrarood alleen maar een lichte hemel. Hij stapt vervolgens in een van die hoogvliegmachines uit de Koude Oorlog (een Mig-25 of een SR-71) en roept tegen de piloot: "OK maatje, vlammen met die turbo-fans. Op naar de stratosfeer!" Er zal dan altijd een moment komen dat er zo weinig infrarood absorberende moleculen tussen hem en de ruimte over zijn dat hij op een gegeven moment in het infrarood weer wel de sterren kan zien. Op deze hoogte is de temperatuur ongeveer gelijk aan de temperatuur zonder broeikas effect. Daaronder volgt hij ruw weg de adiabaat. Wat gebeurt er nu als men extra broeikas gassen in deze situatie toevoegt? Welnu: Men zal met die Mig-25 of SR-71 iets hoger moeten gaan vliegen om de sterren (in het infrarood) te kunnen zien, en het hele temperatuur profiel schuift wat mee op. Dit is in feite wat er op Venus aan de hand is. Kortom: Met het 'verzadigingsargument' kan je het broeikas effect niet uit de boeken praten. De (tijdelijke) vertraging van de temperatuur stijging Nu ga ik verder met de vertraging die lijkt te zijn opgetreden in de stijging van de temperatuur. In dit plaatje op basis van data van de NASA zou je dat inderdaad in enige mate kunnen zeggen:
De vraag rijst in hoeverre dit een langdurig fenomeen zou kunnen zijn. Ruim 1½ jaar geleden is daar reeds een belangwekkend artikel over geschreven door G. Foster en S. Rahmstorf (2). Zij zetten een aantal factoren op een rij die een (aanzienlijke) invloed kunnen uitoefenen op de temperatuur op Aarde. Die zijn: De zonne-activiteit, de El Niño oscillatie en vulkanisme. Allereerst kan men kijken naar de diverse data sets die elkaar weinig ontlopen. In sommige daarvan is 1998 inderdaad nog steeds het warmste jaar. Daar wordt met grote regelmaat door skeptici mee geschermd. Men dient zich overigens te realiseren dat pas vanaf intervallen van minimaal zo'n 20 jaar het mogelijk is statistisch zinvolle uitspraken te doen. De definitie "klimaat = gemiddeld weer over 30 jaar" is er niet zomaar. Foster en Rahmstorf hebben vervolgens de bovengenoemde factoren bekeken. In de onderstaande grafiekjes staan die samengevat. (blauw = NASA; rood = RSS)
In de bovenste grafiek ziet men de zeer sterke El Niño's van 1983 en 1998 duidelijk terug. Ook de tegen fase er van ("La Niña") ziet men erin terug. Da afgelopen jaren zaten nogal eens aan de koude kant van de El Niño oscillatie. Twee grote uitbarstingen (El Chichón, 1982 en Pinatubo, 1991) zijn duidelijk te zien. Tenslotte valt op dat de zon de laatste 5 jaren opmerkeljk weinig actief was. Indien deze invloeden in de 5 bovengenoemde data sets worden verdisconteerd dan komen Foster en Rahmstorf uiteindelijk tot het volgende resultaat: Van een vertraging van de temperatuur stijging, voorzover die door de CO2 concentratie wordt gedreven, is er vrijwel geen sprake. De temperatuur stijging die aan het CO2 signaal kan worden toegekend is 0.14 tot 0.18 C per decennium. Een ander signaal: Het ijs in de poolzee De (waarschijnlijk tijdelijke) vertraging van de opwarming van de Aarde kan dus aan de drie bovengenoemde factoren worden toegeschreven. Als de zon een periode van verminderde activiteit tegemoet zou gaan, hetgeen allerminst zeker is, dan zouden we m.b.t. het klimaat misschien een decennium (of enkele decennia) respijt kunnen krijgen. Toch wil ik ook wijzen op een andere ontwikkeling die de zaak weer even gemakkelijk in een versnelling zou kunnen sturen, en dat is de ijsbedekking van de noordelijke zeeën. 1998 wordt door sketici vaak als een soort van ankerpunt gebruikt waaraan zij hun verhalen ophangen. Laat mij dat hier nu ook eens doen.
Als men naar de minima in de ijsbedekking aan het einde van de zomer kijkt, dan blijkt dat er vanaf 1998 geen vertraging maar een versnelling is opgetreden. Ik schreef in 2006 een stukje in "De Weerspiegel" onder de titel "Het ijs op de noordelijke ijszee: Zijn we een kantelpunt gepasseerd?" Die kans is thans inderdaad in volle omvang aanwezig. Zeker als men naar het verloop van de ijsmassa in de noordelijke zeeën kijkt: Hier is het verlies aan zee ijs nog duidelijker te zien. Als de ijsbedekking van de noordelijke zeeën drastisch zou verminderen en in de zomer zelfs vrijwel volledig (m.u.v. een relatief smalle strook ten noorden van Ellesmere Island en Groenland) zou verdwijnen, dan heeft dat een aanzienlijke invloed op de albedo van de Aarde.
Een kleine persoonlijke noot Misschien gaan we in de komende jaren enige vertraging in de opwarming van de Aarde zien. Deze opwarming wordt in enige mate beïnvloed door de zonne activiteit. Of deze zo laag blijft is echter een open vraag. Soortgelijke overwegingen gelden voor de El Niño oscillatie en het vulkanisme op Aarde. De trend in de ijsbedekking wijst mogelijk in een omgekeerde richting. Echter, de onderliggende trend, die wordt aangedreven door broeikasgassen die vrijkomen t.g.v. menselijke activiteiten (m.n. CO2 en methaan), gaat onverminderd voort. Het lijkt mij niet verstandig om op meevallers - de tijdelijke mogelijke vertraging van de temperatuur stijging - te rekenen als het om het beleid gaat op het terrein van energie en milieu / klimaat. Het ombouwen van de wereld energievoorziening naar 'duurzaam' kan je, zonder overdrijven, in die zin zien als een energie Manhattan project op internationale schaal dat vele decennia gaat duren. (1) http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo1836.html (2) G. Foster en S. Rahmstorf, Global temperature evolution 1979 2010, Environ. Res. Lett. 6 (2011) (3) http://www.euronet.nl/users/e_wesker/zee-ijs.pdf Een aanvullende opmerking over de 'klimaatgevoeligheid' In het artikel door G. Foster en S. Rahmstorf (2) dat ik hier aanhaalde wordt de rol van de albedo terugkoppeling niet behandeld. Deze is echter wel belangrijk. In het hier onderstaande figuurtje geef ik aan hoe dat ongeveer zit. Aan het einde van de ijstijden ging de CO2 concentratie in de atmosfeer van ongeveer 180 naar 280 ppm. De temperatuur maakte - relatief - een sprong van ten minste 5 C omhoog. Daaruit blijkt dat het albedo effect aanzienlijk is. In de huidige wereld is dit effect kleiner dan tijdens de overgang van glaciaal naar interglaciaal. Indien de wereld de ijskap van Antarctica zou kwijtraken zou dat wederom tot een grotere klimaatgevoeligheid leiden.