Categorie: koolstofdioxide

De mens is kampioen klimaatverandering. Maar ook zonder ons toedoen zou het klimaat van de planeet veranderen door bijvoorbeeld de stand van de aardas en de activiteit van de zon. Dit zijn argumenten die ontkenners van het klimaatprobleem vaak misbruiken. NEMO Kennislink zet enkele invloeden op een rij, van korte tot lange termijn, en kijkt hoe ze uitpakken voor de aarde.

Het zijn plaatjes waar de Hollandse nostalgicus warm van wordt. Hendrick Avercamp schilderde rond 1608 dit Nederlandse sneeuw- en ijslandschap waarin mensen druk schaatsen, ijsvissen en met complete paardensleeën het ijs op gaan.

Door steeds mildere winters is de kans op dit soort massale ijspret in ons land nu kleiner, en dat komt hoofdzakelijk door de mens zelf. Het is voor de wetenschap klip en klaar dat ons klimaat verandert door de steeds grotere uitstoot van broeikasgassen door de mens. Want niet alleen de wereldwijde temperatuur breekt records, na een dip in het coronajaar 2020 was de uitstoot nooit zo hoog als in 2021, schrijft het Internationale Monetaire Fonds.

Toch is dit niet het hele verhaal, want ook de planeet en natuur zelf doen aan klimaatverandering. Dramatische gebeurtenissen zoals vulkaanuitbarstingen veranderen het klimaat abrupt, andere effecten – zoals de verandering van de stand van de aardas – zijn subtieler maar kunnen lang doorwerken, mede doordat oceanen en ijskappen die de effecten langdurig kunnen versterken. Welke niet-menselijke factoren werken door op ons klimaat?

Vlekken op de zon

Het is dat er nog geen Elfstedentocht wás, maar anders hadden we tussen de jaren 1500 en 1800 waarschijnlijk veel vaker het sein ‘It giet oan’ gekregen van de organisatie dan de afgelopen eeuw het geval was (er waren sinds de eerste officiële editie in 1909 vijftien Elfstedentochten). In Europa en ook Noord-Amerika werden tussen de 16e en 19e eeuw koude winters gemeld, met veel sneeuw en dichtgevroren rivieren en zeeën. Het wordt de Kleine IJstijd genoemd.

Zou dat iets te maken hebben gehad met de geringe activiteit van de zon in die tijd? Al vanaf de 17e eeuw bestuderen astronomen waaronder Giovanni Domenico Cassini de zon en tellen ‘donkere vlekken’ die soms op het oppervlak verschijnen. Tussen 1645 en 1715 liet de zon nauwelijks van deze zonnevlekken zien. Het wordt het Maunderminimum genoemd, naar de astronomen Edward en Annie Maunder die het ontdekten. Het absolutie minimum lag tussen 1672 en 1699, toen ze minder dan 50 vlekken telden, tegenover de 50.000 vlekken die normaal zijn voor zo’n periode.

Het is niet gek dat onderzoekers het verband proberen te leggen tussen het aantal zonnevlekken en het klimaat op aarde. Zonnevlekken ontstaan als de warmtetoevoer vanuit het binnenste van de ster voor de periode van enkele dagen of weken stokt door magnetische verstoringen op het oppervlak. Het beïnvloedt de totale hoeveel energie die de zon uitstraalt.

Toch is het verband tussen het Maunderminimum en de Kleine IJstijd geen uitgemaakte zaak. “Twintig jaar geleden waren onderzoekers nog vrij zeker dat het de verstoorde zonnecyclus was”, zegt klimaatonderzoeker Pepijn Bakker van de Vrije Universiteit in Amsterdam. Maar sindsdien is er twijfel gerezen over de theorie. Het effect van zonnevlekken op de totale hoeveelheid zonne-energie is beperkt, zo’n 0,1 procent.

Een ander ‘probleem’ is dat de Kleine IJstijd geen wereldwijd fenomeen lijkt te zijn geweest, terwijl je dat wel verwacht als je het aan de zon toeschrijft. Door naar onder andere boomringen of diepe ijslagen te kijken, kunnen onderzoekers het weer van eeuwen geleden reconstrueren. Daaruit blijkt dat het in andere werelddelen waarschijnlijk niet veel kouder was. Sterker, het lijkt daar zelfs iets warmer te zijn geweest.

Mislukte oogsten door het uitbarsten van een ‘vuurberg’

1816 was een jaar zonder zomer. In delen van de Verenigde Staten vroor en sneeuwde het in augustus, de Europese zomer was op sommige plekken ruim drie graden kouder dan gemiddeld. Ons continent werd geteisterd door ongewoon veel regen. Oogsten mislukten met hongersnoden als gevolg. De Leydse Courant speculeert in juli van dat jaar: “Men schrijft de geheel ongewoone weergesteldheid […] aan een of anderen buitengewonen natuurschok [toe], misschien aan eene groote aardbeeving, of het uitbarsten van eenen vuurberg op eenig punt des Aardrijks toe […].”

Later blijkt dat die vuurberg in het huidige Indonesië stond. Daar barst op 10 april 1815 de Tambora-vulkaan uit. Met een kracht van ruim twee miljoen keer de atoombom die de Japanse stad Hiroshima verwoestte en een klap die mensen naar verluidt tot op Sumatra horen (2600 kilometer verderop) spuwt de Tambora zo’n 200 kubieke kilometer stof en as de atmosfeer in. Het stof blokkeert zonlicht en beïnvloedt het weer op globale schaal.

Deze effecten kunnen jaren aanhouden, zegt klimaatwetenschapper Bakker. Ook de koude periode in Europa en de Verenigde Staten tussen de 16e en 19e eeuw – de Kleine IJstijd – kan te wijten zijn geweest aan (een reeks van) vulkaanuitbarstingen, wellicht in combinatie met versterkende effecten zoals veranderende zeestromingen of aangroeiend ijs op zee. “Wetenschappers discussiëren nog over de vraag of het vulkanen waren, maar klimaatmodellen laten zien dat dit een mogelijke verklaring is”, zegt hij.

Een tollende planeet

De aarde is een tol die eens in de 24 uur ronddraait. Het is ook een scheve tol. Doordat de aardas zo’n 23 graden gekanteld is krijgt het noordelijk halfrond in onze zomer het meeste zonlicht, in de winter krijgt het zuidelijk halfrond meer zonneschijn. Dit is de veroorzaker van seizoenen. Maar er zijn ook subtiele veranderingen in de stand van de aardas en de baan van de planeet om de zon en ze beïnvloeden waarschijnlijk het klimaat. De Servische geofysicus Milutin Milanković ontdekte in de jaren 20 van de vorige eeuw drie effecten.

De baan die de aarde in een jaar om de zon beschrijft is niet perfect rond, maar een ellips (een afgeplatte cirkel). Over de loop van 100.000 jaar verandert de vorm van de aardbaan onder invloed van de zwaartekracht van andere planeten. Het ene moment is de aardbaan een ellips, het andere moment is het nagenoeg een cirkel. Bij een grote zogenoemde excentriciteit (de mate van ‘ellipsvormigheid’) krijgt de aarde op bepaalde momenten in het jaar meer of juist minder energie van de zon.

De eerdergenoemde kanteling van de aardas (die verantwoordelijk is voor de seizoenen) is niet stabiel. Hij schommelt over de loop van 41.000 jaar tussen 22 en 24 graden, waarbij een grotere kanteling extremere seizoenen veroorzaakt.

Tot slot is er een zogenoemde precessie van de aardas. Dit kun je het best vergelijken met een tol die je op de vloer laat draaien: de tol staat niet perfect rechtop maar maakt een langzame ‘cirkelbeweging’. Bij een tol duurt dit enkele seconden, bij de aarde duurt dit 26.000 jaar.

Milanković had niet genoeg meetgegevens om te bewijzen dat ‘zijn’ cycli invloed hadden op het klimaat. Tegenwoordig zijn er aanwijzingen dat deze cycli samenhangen met het begin van ijstijden, die met een zekere regelmaat voorkomen.

Op zichzelf zijn de effecten van de Milanković-cycli waarschijnlijk niet genoeg om een ijstijd te veroorzaken, maar ze worden versterkt door processen op aarde. Extra ijs en sneeuw reflecteren makkelijk (warmte)straling naar de ruimte, waardoor het plaatselijk kouder wordt en er nóg meer ijs ontstaat. Een ijstijd is geboren. Zo kunnen de cycli wellicht een ‘startpunt’ voor langdurige klimaatveranderingen zijn.

Kosmische knallen

Het schemert nog in de koude ochtend van het Russische Tsjeljabinsk. Auto’s wachten voor het stoplicht, het landschap is bedekt met een laagje oude sneeuw. Dan verschijnt er een lichtgevende punt aan de hemel. Steeds feller begint deze een spoor te trekken aan de blauw-oranje ochtendhemel. Het voorval duurt een seconde of vijftien. Het laat een spoor van vuur en rook achter in de atmosfeer, en een ravage in de stad. Ruiten springen en meer dan duizend mensen raken gewond door rondvliegende objecten en scherven.

De meteoriet die op 15 februari 2013 boven Tsjeljabinsk grotendeels opbrandt en ontploft had waarschijnlijk een diameter van zo’n 20 meter. Het was de grootste (bekende) meteoriet die de afgelopen eeuw viel. Maar in het verleden zijn er grotere meteorieten gevallen met veel grotere gevolgen, ook voor het klimaat.

Een knoepert van een meteoriet was het tien kilometer grote exemplaar dat 66 miljoen jaar geleden in het huidige Mexico neerkwam met een snelheid van twintig kilometer per seconde. Als je de knal uitdruk in ‘Hiroshima-bommen’ dan kom je op 4,5 miljard exemplaren. Het weer is meteen van slag. Eerst lijkt het op aarde maandenlang warmer te zijn geworden, mede door bosbranden op wereldwijde schaal. Maar daarna koelt de planeet sterk af omdat er grote hoeveelheden zwavel, koolstofdioxide en stofdeeltjes in de aardatmosfeer terechtkomen. Zonlicht bereikt nauwelijks nog het aardoppervlak, waardoor temperaturen jaren, mogelijk tientallen jaren dramatisch dalen.

Als de lucht eindelijk geklaard is, zijn de omstandigheden op de planeet waarschijnlijk nog voor duizenden jaren verstoord. “Het aardse systeem kan normaal gesproken best tegen een stootje maar het is nu dusdanig uit het lood geslagen dat het lang duurt voordat het een nieuw evenwicht vindt. Er is een enorme hoeveelheid leven uitgestorven (deze inslag betekent het einde van de dinosauriërs – red.). Dat heeft invloed op het klimaat, samen met bijvoorbeeld de aangroei van poolkappen en veranderde zeestromingen”, zegt Bakker.

Tektoniek en gebergtevorming

Als je zo’n 200 miljoen jaar geleden naar een globe van de aarde zou kijken dan zou je verrast zijn door zijn eenvoud. Europa, Amerika en Afrika zijn nergens te bekennen. In plaats daarvan zijn alle huidige continenten samengeveegd in een ‘supercontinent’ dat Pangea heet. De rest van de aardbol is oceaan.

Het oppervlak van de aarde is verdeeld in zo’n zeven of acht aardplaten (meestal met een eigen continent) die min of meer los van elkaar kunnen bewegen. Dat gaat traag, in de orde van centimeters per jaar, maar deze zogenoemde plaattektoniek heeft grote invloed op het klimaat van onze planeet. Het kan zeestromingen veranderen die het klimaat sterk beïnvloeden (Europa heeft een relatief mild klimaat door de Golfstroom die warm water uit de Golf van Mexico aanvoert).

Plaattektoniek creëert ook andere effecten op het klimaat. Aan de randen van de platen is er veel vulkanisme (die ook invloed hebben op het klimaat, zie Mislukte oogsten door het uitbarsten van een ‘vuurberg’) en het kan uitgebreide bergketens vormen. Klimaatwetenschapper Bakker zegt dat het ontstaan van bergen de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer naar beneden brengt. Dit is het broeikasgas dat warmte als het ware vasthoudt. “Gebergtevorming stuwt doorgaans diepe aardlagen op waarbij silicarijk gesteente zoals olivijn aan het oppervlak komt dat koolstofdioxide uit de atmosfeer kan opnemen”, zegt hij. “Er zijn verbanden gevonden tussen de hoeveelheid gebergtevorming en de concentratie broeikasgassen in de atmosfeer.”

Tektonische processen kunnen de aarde zowel opwarmen als afkoelen over lange periodes. Zo koppelen wetenschappers de relatief koele periode waarin het aardse klimaat zich de laatste vijftig miljoen jaar bevindt aan het sluiten van de zeeverbindingen tussen Noord- en Zuid-Amerika bij Panama en het openen van een passage tussen het zuidelijke puntje van Zuid-Amerika en Antarctica.

En wat doet de mens?

Nog nooit was het in Nederland warmer geweest dan 40 graden, totdat officiële thermometers in het Brabantse Gilze-Rijen op 24 juli 2019 40,7 graden aangaven. Deze zomer was het Verenigd Koninkrijk aan de beurt: ook daar werd voor het eerst meer dan 40 graden geregistreerd. Goed, dat zijn weerincidenten die lastig een-op-een aan klimaatverandering te koppelen zijn, maar kijk je naar de wereldwijde jaargemiddeldes dan hoef je geen wetenschapper te zijn om te snappen dat er iets aan de hand is: de zeven warmste jaren (sinds betrouwbare metingen vorige eeuw begonnen) vonden allemaal ná 2015 plaats.

Het is een klimaatfactor van jewelste: de mens die op grote schaal broeikasgassen uitstoot zoals koolstofdioxide. Eigenhandig verhoogden we sinds de industriële revolutie midden achttiende eeuw de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer van een kleine 0,03 procent naar ruim 0,04 procent. Dat líjkt niet zo indrukwekkend, maar koolstofdioxide is efficiënt in het vasthouden van zonnewarmte en het is op aarde sindsdien ruim een graad warmer. Wetenschappers schreven jarenlang rapporten met ‘voorzichtige’ woorden over de menselijk invloed. Inmiddels kun je het niet meer mis verstaan, het laatste IPCC-rapport uit 2021 (van het klimaatpanel van de Verenigde Naties) noemt de menselijk invloed ondubbelzinnig en ziet een bijna-lineair verband tussen de totale hoeveelheid koolstofdioxide die de mens uitstootte en de temperatuurstijging op aarde.

Goed, een graad – of desnoods een paar graden – warmer, moeten we ons daar zo druk over maken? Toch wel. De opwarming betekent niet dat je hetzelfde weer behoudt en daar simpelweg een graad bovenop telt. Via extra verdamping van (zee)water en afwijkende atmosfeerstromingen zorgt deze klimaatverandering voor hogere kansen op allerhande extreem weer. Van zeer hoge temperaturen, tot extreme droogte en extreme regenval. Het is dus niet zo dat we er simpelweg een paar mooie stranddagen per jaar bij krijgen.