66 miljoen jaar CO2 en klimaat

Over het klimaat van de afgelopen 66 miljoen jaar, het Cenozoïcum, worden steeds meer geheimen ontsluierd. Via boringen in de zeebodem kan men afzettingen naar boven halen die heel lang geleden gevormd zijn en uit de samenstelling van die afzettingen kan men vervolgens allerlei zaken afleiden over het klimaat van de tijden die ver achter ons liggen. Hoe dieper de boring hoe verder terug in de tijd. Iets minder dan een miljoen jaar geleden, een half jaartje, hebben we hier een stuk gepubliceerd over Westerhold et al. 2020 dat een temperatuurreconstructie betrof over het Cenozoïcum. In mei van dit jaar is een review-artikel gepubliceerd, Rae et al., over het CO2-gehalte in de atmosfeer over dezelfde periode. In het review-artikel passeert veel de revue; de chemie van CO2 in zeewater, de methodiek achter de diverse CO2-reconstructies en pH-reconstructies, het klimaatbeeld over het gehele Cenozoïcum, de koppeling tussen CO2 en het klimaat in die periode en een kleine blik in de toekomst. Dit alles voorzien van veel referenties waarmee een geïnteresseerde lezer geruime tijd zoet zou kunnen zijn. Het meest in het oog springende gedeelte van het artikel is een weergave van de temperatuur, het zeeniveau en het CO2-gehalte over de afgelopen 66 miljoen jaar. Deze fraaie grafiek is hieronder weergegeven in figuur 1.

Figuur 1. De temperatuur, het zeeniveau en het CO2-gehalte tijdens het Cenozoïcum, de afgelopen 66 miljoen jaar. De data zijn resp. afkomstig uit Westerhold et al. 2020, Miller et al. 2020 en Rae et al. 2021.

Lees verder

Nieuwe zeespiegelprojecties: de asymmetrische onzekerheid blijft

Een mariene ijskap. Foto: Bethan Davies / AntarcticGlariers.org

In Nature stonden vorige week twee artikelen met nieuwe projecties van de zeespiegelstijging. Of, om precies te zijn: de te verwachten bijdrage van het smelten van landijs daaraan. Voor de totale stijging moet daar nog de bijdrage van thermische expansie van zeewater bij worden opgeteld. Volgens het IPCC Speciale Rapport over de oceanen en de cryosfeer is dat, afhankelijk van hoeveel het opwarmt, zo’n 15 tot 30 centimeter aan het eind van deze eeuw. En, om helemaal compleet te zijn, er wordt ook nog enkele centimeters stijging verwacht als gevolg van grondwateronttrekking en veranderingen in opslag van zoet water op land.

De grootste onzekerheden zitten in de bijdrage van het landijs en dan vooral in die van de ijskappen van Groenland en Antarctica. De reden daarvoor is eenvoudig: er hoeft maar een fractie van al dat ijs te smelten om de zeespiegel een halve of een hele meter te laten stijgen. Hoe groot de fractie die smelt precies zal zijn en hoe snel dat smelten gaat is niet zo eenvoudig te voorspellen.

Er zijn nogal wat variabelen die invloed kunnen hebben op het smeltproces: de temperatuur, de hoeveelheid neerslag, de eigenschappen van het ijs en van de bodem waar het op ligt, enzovoort. Bij ijs dat op de zeebodem rust komen daar dan nog oceaanstromingen, de temperatuur van het zeewater en de eigenschappen van de zeebodem bij. Modellen die de bepalende processen gedetailleerd simuleren zijn behoorlijk complex. De rekentijd op supercomputers die nodig zijn voor dergelijke simulaties is duur en dus zit er een grens aan het aantal simulaties dat ijsonderzoekers uit kunnen voeren.

Tamsin Edwards heeft een statistische methode toegepast om uit bestaande simulaties extra informatie te peuteren. Het artikel met haar resultaten telt maar liefst 84 auteurs. Dat het er zoveel zijn komt vooral omdat Edwards een groot aantal ijskap- en gletsjermodellen heeft geanalyseerd (de modellen die meedoen in het Ice Sheet Model Intercomparison Project ISMIP6 en in het Glacier Model Intercomparison Project GlacierMIP) en de onderzoeksgroepen die die modellen hebben ontwikkeld allemaal mee hebben gewerkt. Met haar methode kan Tamsin Edwards eerdere berekeningen van die modellen “vertalen” naar de SSP-scenario’s die in het komende IPCC-rapport worden gebruikt.

De berekeningen laten een aanzienlijk verschil zien tussen de hoeveelheid ijs die smelt bij 1,5°C en bij 2°C opwarming. Bij 1,5°C zorgt smeltend landijs naar verwachting voor zo’n 13 centimeter zeespiegelstijging in 2100, bij 3°C (de te verwachten opwarming op basis van het totaal aan nu ingediende plannen in het kader van het Akkoord van Parijs) is dat bijna het dubbele: 25 centimeter. Vooral voor de hoeveelheid ijssmelt op Groenland maakt die anderhalve graad een groot verschil, ongeveer een factor 3. Voor berggletsjers is dat een factor twee. Voor Antarctica maakt een anderhalve graad weinig uit, volgens de modellen. Maar daar zit wel een adder onder het gras: asymmetrische onzekerheid.

Lees verder

Een verklaring voor de vorm van de ijstijd-cycli?

Gastblog van Els Weinans

De ijstijden van de afgelopen 800.000 jaar hebben een zaagtandvorm: het koelt langzaam af om vervolgens zeer snel weer op te warmen, waar een opwarming van een graad of vijf over 10.000 jaar “zeer snel” wordt genoemd vanuit geologisch perspectief (zie fig). Deze vorm wekt de indruk dat er niet-lineaire processen een rol spelen. Niet-lineaire processen zijn de afgelopen 50 jaar uitvoerig beschreven door ‘dynamisch systeem denkers’, maar de toepassing hiervan op systemen uit de echte wereld blijkt niet zo makkelijk. In ons artikel ‘A potential feedback loop underlying glacial interglacial cycles’ hebben wij toch een poging gewaagd. Wij vonden d.m.v. het toepassen van een relatief nieuwe statistische methode een belangrijk verband tussen temperatuur, biologische productiviteit in de oceaan, en oceaancirculatie, waarmee we deze zaagtandvorm goed zouden kunnen verklaren. Ik zal in deze blogpost toelichten hoe dit onderzoek tot stand is gekomen, wat we precies hebben gevonden en hoe dit werk geïnterpreteerd kan worden.

In 2013 schreven Anne-Willem Omta en collega’s een artikel voor het tijdschrift ‘Global Biogeochemical Cycles’, waarin ze een hypothese formuleerden. Deze hypothese stelde dat ecologische processen de sinus-vormige Milankovitch-cycli (de intensiteit en de verdeling van het zonlicht op aarde) konden omvormen tot de zaagtandvormige ijstijd-cycli die de afgelopen 800.000 jaar hebben plaatsgevonden.

In 2015 schreven Egbert van Nes en collega’s een artikel voor ‘Nature Climate Change’ waarin een relatief nieuwe methode om causale verbanden te bepalen (Convergent Cross Mapping of ‘CCM’) werd toegepast op paleoklimaat data van temperatuur, koolstofdioxide (CO2), methaan (CH4), en de Milankovitch cycli. Dit artikel was spannend, omdat er puur vanuit de data kon worden beredeneerd dat interne feedbacks een dominante rol leken te spelen in de glaciaal-interglaciaal cycli. Ook liet dit artikel zien dat de op dit moment beschikbare klimaatdata kwalitatief goed genoeg is voor de CCM-methode. Het artikel is op dit blog al eens besproken.

Lees verder

Elektrische auto’s en CO2-uitstoot

Gastblog van Prof. Guido van der Werf

Het elektrificeren van vervoer is een van de manieren om onze CO2-uitstoot te verlagen. Maar zoals bij zoveel onderwerpen die met CO2-mitigatie te maken hebben staan niet altijd alle neuzen dezelfde kant op. En zoals wel vaker lees je in o.a. De Telegraaf dan een compleet ander verhaal dan in veel andere media. Goed om nuchter naar de data te kijken dus en te begrijpen waarom er ruimte is (nou ja, was) om verschillend over dit onderwerp te denken. De belangrijkste conclusies van het verhaal hieronder zijn:

  • De CO2-uitstoot van elektrische auto’s is in de loop van de jaren afgenomen met name doordat onze energiemix is veranderd; waar je vijf jaar geleden nog kon claimen dat het verschil in CO2 uitstoot tussen een elektrische en een reguliere auto niet zo groot was, is dat nu niet meer het geval. De komende jaren wordt het verschil steeds groter in het voordeel van de elektrische auto.
  • Voor dagelijks gebruik zijn elektrische auto’s superieur geworden en ook op de lange afstand hoef je steeds minder concessies te doen. Met als belangrijke kanttekening dat dit laatste vooral geldt als de auto aerodynamisch vormgegeven is. Op lange afstand zijn grote en niet-aerodynamische elektrische auto’s zoals SUV’s duidelijk minder geschikt, tenzij je geen haast hebt.

Energiemix
Om de CO2-uitstoot van een elektrische auto te bepalen is kennis van de energiemix cruciaal. Wek je alle stroom op met wind, zon, of kernenergie dan leidt het opladen van de accu van een elektrische auto tot geen of lage uitstoot van CO2 en het rijden dus ook niet. Aan de andere kant van het spectrum zit stroom opgewekt in kolencentrales met de hoogste uitstoot van CO2 per opgewekte hoeveelheid energie. De energiemix geeft aan wat de relatieve bijdrage van deze bronnen is en die staat weergegeven in Figuur 1.

Figuur 1. Bijdrage van verschillende manieren om stroom op te wekken aan de totale stroomproductie in Nederland. Tot en met 2019 gerapporteerde waardes en vanaf 2021 geprojecteerde waardes. Bron: CBS en PBL.

Lees verder

Open Discussie Lente 2021

Metingen verricht via satellieten zijn niet meer weg te denken in de klimaatwetenschap. Zo brengt men bijvoorbeeld de
temperatuur van hogere luchtlagen, de zeespiegel of bosbranden in kaart. Er zijn ook satellieten waarmee zeer gedetailleerd veranderingen in het zwaartekrachtveld van de aarde bepaald kunnen worden. Hiermee kunnen vervolgens weer de veranderingen in de ijsmassa van de grote ijskappen van Antarctica en Groenland vastgesteld worden. De satellietmissie waarmee dat nu gebeurt is GRACE-FO (vanaf 2018), de opvolger van GRACE (2002-2017). NASA heeft onlangs hun video’s geüpdatet waarmee het massaverlies van de ijskappen op fraaie wijze in beeld wordt gebracht.

(bron: NASA: Greenland Ice Mass Loss 2002-2020)

(bron: NASA: Antarctic Ice Mass Loss 2002-2020)

In de Open Discussie kunnen zaken die geen betrekking hebben op specifieke blogstukken aan de orde worden gebracht.

Klimaatverandering in droge ecosystemen

Droge klimaten vormen een aparte hoofdgroep in het classificatiesysteem van Köppen. In deze klimaattypes is beschikbaarheid van water een limiterende factor voor plantengroei. De vegetatie is dan ook beperkt, met niet of nauwelijks bomen: woestijnen, steppes of savannes, bijvoorbeeld. Ongeveer 40% van het landoppervlak op aarde bestaat uit droge gebieden en er woont ongeveer 35% van de wereldbevolking. De afbeelding hieronder geeft aan waar die droge gebieden liggen, op basis van gegevens over de periode 1971-2000. De kleuren geven de zogenaamde Leaf Area Index (LAI) weer, een maat voor de hoeveelheid vegetatie. Een lage LAI, lichtgroen weergegeven, staat voor weinig plantengroei, een hoge LAI, in donkerblauw, voor veel.

Ligging van droge gebieden (rode lijnen) en gemiddelde plantengroei volgens de Leaf Area Index, volgens gegevens over 1971-2000. Bron: Berg & McColl 2021.
Lees verder

De invloed van interne variabiliteit op de gemiddelde wereldtemperatuur

Interne variabiliteit in het klimaat kan kleine schommelingen in de gemiddelde wereldtemperatuur veroorzaken. Het bekendste voorbeeld zijn de El Niño’s en La Niña’s, ofwel de El Niño – Southern Oscillation (ENSO), die de aarde gedurende een aantal maanden enkele tienden van een graad warmer of kouder kunnen maken. Het mechanisme is goed bekend: interactie tussen de temperatuur van het oceaanoppervlak, wind en oceaanstromingen heeft invloed op de warmte-uitwisseling tussen oceaan en atmosfeer. Bij een El Niño geeft de oceaan meer warmte af dan gemiddeld en bij een La Niña neemt die juist meer warmte op. Veranderingen in bewolking versterken het effect waarschijnlijk.

Interne variabiliteit kan voorkomen in allerlei complexe systemen. Op basis van de theoretische kennis over dergelijke systemen is het niet onaannemelijk dat er in het klimaat, met zijn trage componenten zoals de oceanen en de ijskappen, ook interne variabiliteit voorkomt op langere tijdschalen. Op die langere tijdschalen is interne variabiliteit een stuk lastiger op te sporen, omdat er ook invloed is van geforceerde variatie, zoals dat in klimaatjargon heeft: temperatuurverandering door wisselingen in activiteit van de zon, door vulkaanuitbarstingen en door de Milanković-cycli. En door de mens, via ontbossing en de uitstoot van broeikasgassen en aerosolen, bijvoorbeeld. Het precieze effect van al die factoren ontrafelen is niet eenvoudig. Zeker als het over langere periodes gaat; het wordt immers allemaal nog niet zo lang nauwkeurig gemeten. Terwijl er om iets te kunnen zeggen over oscillaties met een periodiciteit van een halve tot een hele eeuw toch op zijn minst een jaar of vijfhonderd aan observaties nodig is.

Halverwege de jaren ‘90 zochten klimaatwetenschappers naar aanwijzingen van interne variabiliteit over langer periodes in klimaatreconstructies. Min of meer regelmatige schommelingen van de wereldtemperatuur zouden zo’n aanwijzing kunnen zijn, maar terugkerende ruimtelijke patronen zouden nog sterker bewijs zijn. ENSO heeft bijvoorbeeld zo’n ruimtelijk patroon: bij een El Niño is de tropische Stille Oceaan in het oosten warmer dan normaal en in het westen minder warm en bij een La Niña is het andersom. Omdat oceanen hoogstwaarschijnlijk een grote rol spelen bij interne variabiliteit, onder meer vanwege hun grote warmte-inhoud waardoor ze langere tijd warmte op kunnen nemen of af kunnen geven zonder dat de temperatuur veel verandert, lag het voor de hand dat die patronen vooral daar te vinden zouden zijn.

Lees verder

Deze koudegolf is zeldzaam, maar lag in lijn der verwachting. Zelfs specifiek voor (februari) 2021

Gastblog van Rolf Schuttenhelm

Nederland is in de greep van een ‘ouderwetse’ koudegolf. Opmerkelijk, voor wie zich bewust is van de langetermijntrend van de Nederlandse winters, die sinds 1950 al ruim 2 graden zijn opgewarmd, en circa 3 graden sinds 1800 – een opwarming die nog lang niet afgelopen is.

Toch is deze vorst binnen de opwarmende trend eerder achterstallig, dan een terugval. Een paar jaar geleden becijferde het KNMI de jaarlijkse kans op een winter met voldoende kou voor een Elfstedentocht nog op 8 procent. Eens in de 12 jaar dus, statistisch.

Maar in realiteit wachten we al ruim twee keer zo lang, sinds 1997 – de laatste winter die op basis van het koudegetal nog officieel classificeert als ‘koud’ (de schaatswinter van 2010 was ‘normaal’, die van 1985 de laatste ‘zeer koude’ en die van 1963 de laatste ‘strenge’ – alles gerekend in het Hellmanngetal, een maat voor cumulatieve vorst).

Het moest er dus wel een keer van komen, óók in een opwarmend klimaat. Bovendien zijn en blijven op onze breedtegraad juist in de winter uitschieters normaal: Nederland kent een veel groter temperatuurverschil tussen een zachte en koude winter, dan tussen een hete en koele zomer.

Maar zagen we deze koudegolf niet al van wat verder aankomen? De officiële lezing is dat ‘seizoensverwachtingen’ – ruim voorbij de horizon van de (inmiddels behoorlijk betrouwbare) 14-daagse weersverwachting – het domein zijn van commerciële charlatans. Je kunt er even flink mee scoren in de media (vooral met koud weer!), en scoren betekent ‘click & views’ en dus advertentie-inkomsten. Dat de jaarlijks voorspelde horrorwinter steevast niet kwam, had voor de commerciële weersverwachters nooit gevolgen – het jaar daarop kregen ze in dezelfde media toch wel weer gehoor met een volgend kulverhaal.

Onderschrift: Overzicht van koudegolven en Elfstedentochten. Bron: Datagraver, op basis van data KNMI. De laatste koudegolf dateert van 2011.

Lees verder

Open discussie Winter 2021

Discussies over klimaatgerelateerde onderwerpen, die niet in een recente blogpost aan de orde zijn gebracht, kunnen hier gevoerd worden.

Een relevant plaatje aan het begin van het nieuwe kalenderjaar is natuurlijk een overzicht van de mondiaal gemiddelde temperatuur. Deze komt van klimaatwetenschapper Gavin Schmidt.  De verschillende reconstructies liggen vrij dicht bij elkaar, nu ook NOAA het Arctische gebied mee neemt middels ruimtelijke interpolatie. Aangezien het noordpoolgebied sterker opwarmt dan het mondiaal gemiddelde is dat belangrijk om een bias in de temperatuurreeks te voorkomen.

Analyses van de temperatuurreeksen en hoe die zich verhouden tot modelprojecties zijn o.a. te vinden op RealClimate en CarbonBrief.

Vorige week werd de Climate Adaptation Summit (CAS 2021) gehouden, virtueel gehost door Nederland. Naast emissiereductie (mitigatie) is aanpassing aan het veranderende klimaat (adaptatie) natuurlijk ook nodig. Vergelijk het met een overlopende badkuip: dan doe je de kraan dicht en ga je dweilen.

In de Groene Amsterdammer verscheen een groot onderzoeksartikel naar 20 jaar klimaatdebat in Nederland. Hierin nemen ze de klimaatverslaggeving in de vier grootste Nederlandse kranten onder de loep. Hierover later meer – stay tuned!

Quack?! Hoe te reageren op pseudowetenschap: enkele vuistregels

Eerder deze maand startte Jona Lendering een serie blogposts op Sargasso over nepwetenschap, partijdige geschiedschrijving, kwakzalverij en andere vormen van niet-academische kennis, onder de titel Quack?!. Ik had de nodige opmerkingen bij verschillende delen van die serie. En omdat ik alleen maar commentaar leveren wat te makkelijk vond, besloot ik zelf ook een bijdrage te leveren. Afgelopen maandag is mijn stuk op Sargasso geplaatst. Ik neem het hieronder integraal over. De tekening hierboven is van Marije Mooren.

Een dikke tien jaar geleden begon ik, heel argeloos, te reageren op de desinformatie die door pseudosceptici werd en wordt verspreid over klimaatwetenschap. Ik heb niet de pretentie dat ik het perfecte recept tegen desinformatie heb gevonden. Maar ik heb, met vallen en opstaan, wel wat geleerd. Dit zijn de vuistregels waar ik me, met wisselend succes, aan probeer te houden.

Een pragmatische aanpak

Het is geen diepgravende analyse, want die zijn er al genoeg. Ik vraag me wel eens af of die diepgravende analyses veel bijdragen aan een oplossing. Misschien is een pragmatische aanpak wel beter. Pseudowetenschap en wetenschapsontkenning zijn er altijd geweest en ze zullen waarschijnlijk nooit verdwijnen. Wat er is veranderd is de omgeving: social media, de opkomst van populistische partijen, de toenemende onvrede in de maatschappij. De allerbelangrijkste regel voor communicatie blijft, in welke omgeving dan ook: houd rekening met je publiek. Ik weet dat ik daarmee een open deur intrap, maar dat kan geen kwaad omdat die basisregel nogal eensover het hoofd wordt gezien. Hoe interessant en diepgravend een analyse van het fenomeen ook is, je legt er je buurman niet mee uit waarom die meer waarde zou moeten hechten aan het standpunt van een grote meerderheid van de virologen en epidemiologen danaan de praatjes van Maurice de Hond. Daarom wat tips voor een pragmatische aanpak. Wie weet zijn ze bruikbaar, tijdens de zoom-bedrijfsborrel, of een online-discussie, of in een talkshow op de nationale tv, mocht iemand daar ooit in belanden.

Lees verder