Paniek om paleoklimatologie

Er was vorige week nogal wat drukte in de social media om een nieuw paleoklimatologisch onderzoek. Of beter: om een artikel van The Independent over dat onderzoek. De kop boven dat artikel is niet bepaald hoopvol: “Climate change may be escalating so fast it could be ‘game over’, scientists warn”. Sommige twitteraars meenden, als ik het me goed herinner, dat het einde van de wereld nu al onafwendbaar is. Sommige anderen leken te denken dat de mensheid nog voor het eind van deze eeuw verdwenen zou zijn als we niets zouden doen om broeikasgasemissies terug te brengen.

Het artikel van The Independent is een stuk genuanceerder dan de kop doet vermoeden. Gelukkig maar. Niet alleen omdat de aarde hoe dan ook zijn baantjes om de zon zal blijven trekken, ongeacht wat wij aanrichten met het klimaat, of omdat de menselijke soort wel eens moeilijker uitroeibaar zou kunnen zijn dan sommigen denken. Maar ook, of beter: vooral, omdat het bijna nooit voorkomt dat een onderzoek alle bestaande kennis in een keer tenietdoet. Wie zijn conclusies baseert op één enkel onderzoek lijdt aan het single study syndrome. Een kwaal die, zo blijkt, niet alleen voorkomt bij pseudosceptici.

Het gaat dus om een paleoklimatologisch onderzoek dat verscheen in Science Advances (het filiaal van Science dat niet achter een betaalmuur zit): “Nonlinear climate sensitivity and its implications for future greenhouse warming” van Friedrich et al.. Het onderzoek reconstrueert de mondiaal gemiddelde temperatuur over bijna 800.000 jaar: een periode die meerdere cycli van glacialen en interglacialen omvat. Op basis van die reconstructie wordt geschat hoe gevoelig het klimaat is voor veranderingen in de stralingsbalans. Die klimaatgevoeligheid geeft een indicatie van de te verwachten opwarming door een versterkt broeikaseffect. Friedrich et al. lijkt in dit opzicht op het onderzoek van Snyder dat in september verscheen. De reconstructies komen goed overeen, zoals de afbeelding hieronder laat zien.

Temperatuurreconstructie volgens Friedrich et al. 2016 (in zwart) en Snyder 2016 (in groen). (Bron: Jos Hagelaars)

Om de klimaatgevoeligheid te berekenen moet de gereconstrueerde temperatuur gekoppeld worden aan de oorzaak van veranderingen in het klimaat: de stralingsforcering. Die gegevens zijn afkomstig uit eerdere onderzoeken. De afbeelding hieronder geeft een overzicht van de gereconstrueerde temperaturen en forceringen, en van de verwachtingen volgens het business-as-usual-scenario (RCP 8.5) uit het laatste IPCC-rapport. In de afbeelding daaronder is de relatie tussen forcering en temperatuur weergegeven.

Gereconstrueerde temperatuur (SAT = Surface Air Temperature) volgens 2 methoden (A) en het gemiddelde van beide met onzekerheidsinterval (B), geprojecteerde temperatuur volgens IPCC AR5 emissiescenario RCP 8.5 (C), gereconstrueerde stralingsforceringen (D) en stralingsforcering volgens IPCC AR5 emissiescenario RCP 8.5 (E) (Bron: Friedrich et al. 2016)

Linksonder: de relatie tussen temperatuur en stralingsforcering die volgt uit reconstructies. Rechtsboven: die gereconstrueerde relatie doorgetrokken naar een warmer klimaat op middellange (in blauw, volgens de geschatte transitieklimaatgevoeligheid) en lange (in geel, volgens de geschatte evenwichtsklimaatgevoeligheid) termijn, vergeleken met het gemiddelde dat volgt uit CMIP5 klimaatmodellen (in paars) (Bron: Friedrich et al. 2016)

Volgens deze schattingen stijgt de temperatuur sneller dan lineair met de stralingsforcering. Ofwel: in koude perioden is de klimaatgevoeligheid lager dan wanneer het warm is. Het onderzoek lijkt daarmee aanwijzingen uit eerdere studies te bevestigen. In het huidige, warme klimaat zou de klimaatgevoeligheid in de buurt kunnen komen van de bovengrens van de schattingen uit het laatste IPCC-rapport. Dat zou slecht nieuws zijn, dat spreekt voor zich. Het is niet zo verwonderlijk dat zo’n niet-lineair verband sommigen doet denken aan het Venus-scenario, maar het is wel goed om te beseffen dat degene die dat scenario aan het eind van het Independent-artikel noemt geen wetenschapper is, maar schrijver en journalist Mark Lynas.

De wetenschappers die The Independent aan het woord laat zijn een stuk terughoudender en enkele bloggende wetenschappers hebben stevige twijfels. Niet zonder reden. Zoals Friedrich et al. constateren lopen paleoklimatologische schattingen van klimaatgevoeligheid uiteen van 1°C tot 6°C bij verdubbeling van de CO₂-concentratie. De nonlineariteit zou een deel van die verschillen kunnen verklaren, maar er zijn nog tal van andere onzekerheden. Om het simpel te zeggen: de dinosaurussen en neanderthalers hadden geen thermometers. Of, als ze die wel hadden, zijn de meetgegevens niet bewaard gebleven. Temperaturen worden gereconstrueerd op basis van zogenaamde proxy’s: eigenschappen van bijvoorbeeld koraal, fossiele kalkskeletten of sedimenten. Zowel in de geschatte temperatuur als in de datering van die proxy’s zit een onzekerheid en daarnaast is de geografische dekking niet zo groot. Datzelfde geldt voor de geschatte forceringen. En hoewel er tegenwoordig slimme statistische methodes bestaan om met dergelijke onzekerheden om te gaan, zijn ze onmogelijk helemaal weg te nemen. Er blijft dus een behoorlijk onzekerheidsinterval over. Friedrich et al. gaan in hun artikel uitgebreid in op alle onzekerheden. Al heeft James Annan wel een punt als hij op een omissie in die analyse wijst: de waargenomen opwarming van het klimaat blijft behoorlijk achter bij wat er op basis van dit onderzoek te verwachten zou zijn, en daar wordt in het artikel niets over gezegd.

Misschien nog belangrijker: er is (nog?) geen zicht op de fysische mechanismes die een rol zouden spelen bij die nonlineariteit. Zolang dat zo is, is het niet mogelijk om middels waarnemingen vast te stellen of dergelijke mechanismes werkelijk een factor van betekenis zijn bij de huidige klimaatverandering. Het valt niet uit te sluiten dat het verschijnsel samenhangt met mechanismes die wel bepalend zijn bij de overgangen tussen glacialen en interglacialen, maar van ondergeschikt belang in het huidige klimaat. We zijn immers bezig met een experiment met het klimaat dat nooit eerder is uitgevoerd.

In dat licht bezien zijn er wel wat complicaties verbonden aan het begrip “klimaatgevoeligheid”. Klimaatgevoeligheid is namelijk geen natuurkundige constante, zoals bijvoorbeeld de lichtsnelheid, of de gasconstante, maar een vereenvoudigde benadering van de complexe relatie tussen stralingsforcering en temperatuurverandering. Uitgangspunt van dit begrip is dat er een helder onderscheid te maken is tussen forcering (een verandering in de stralingsbalans aan de top van de aardatmosfeer) en feedbacks (gevolgen van opwarming of afkoeling, die de verandering in de stralingsbalans versterken of verzwakken). Bij de huidige, antropogene klimaatverandering is dat onderscheid goed te maken: menselijke emissies van broeikasgassen en aerosolen zijn forceringen, gevolgen in het klimaatsysteem die de stralingsbalans beïnvloeden zijn feedbacks. Bij overgangen tussen glacialen en interglacialen (en omgekeerd) ligt dat wat lastiger. Die overgangen worden in belangrijke mate geïnitieerd door lokale veranderingen. Ofwel: lokale forceringen. De gevolgen van die lokale forceringen zetten effecten (of die volgens de definitie feedbacks genoemd mogen worden is een kwestie waar ik me hier niet aan waag) in gang, die op mondiaal niveau dan weer als forcering werken. Een scherp onderscheid tussen forcering en feedback is hier dus moeilijk te maken. Snyder maakte een onhandige stap in dit wetenschappelijke mijnenveld, en dat leverde haar een hele hoop kritiek op. Friedrich en zijn mede-onderzoekers bewegen een stuk behoedzamer(zij beschouwen veranderingen in de concentraties van broeikasgassen en aerosolen en veranderingen in landijs als forceringen) maar ik vraag me af of een perfecte keuze mogelijk is in deze complexe materie.

Moeten we vanwege al die onze onzekerheden en complicaties onze schouders maar ophalen over dit onderzoek? Nee, natuurlijk niet. Het levert hoe dan ook een bijdrage aan de wetenschappelijke kennis, maar de toekomst zal nog uit moeten wijzen hoe zwaar die bijdrage weegt. Op dit moment wijst dit artikel vooral op iets dat iedereen al lang zou moeten weten: experimenteren met het klimaat is een gokspel met een bijzonder hoge inzet en beperkte winstkansen.