Klimaatverandering

Is er bewijs dat CO2-emissies het klimaat opwarmen?

Gastblog van Tinus Pulles

Is de relatie tussen fossiel CO2 en opwarming bewezen?

In veel discussies op internet komt steeds weer de mededeling dat het niet bewezen zou zijn dat de emissies van fossiel CO2 door mensen het klimaat opwarmt. Vaak komt dan de vraag naar een “linkje” naar dat bewijs. De vraag om zo’n “linkje” kan vrij eenvoudig worden afgedaan met een link naar het meest recente rapport van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Het IPCC produceert elke zes jaar of zo een overzicht van de wetenschappelijke stand van de kennis over klimaatverandering. Het meest recente overzicht (het vijfde in de serie) is gerapporteerd in 2013. Volgend jaar komt de zesde rapportage uit.

Deze vraag om een linkje naar ‘bewijs’ komt meestal echter uit de “sceptische” hoek, waar men, zacht gezegd, niet onder de indruk zal zijn van het gedegen en uitgebreide overzicht dat IPCC geeft. Niettemin laat een recente studie van Santer et al. zien dat de waarschijnlijkheid dat de wetenschap nu zeer goed weet hoe CO2-emissies en de opwarming van het klimaat samenhangen zeer groot is. Die samen­hang wordt ook wel de theorie van de Anthropogenic Global Warming (AGW) genoemd. Daarom zal ik hieronder aangeven waarom, inderdaad, het bewijs (evidence) voor AGW zeer sterk is. Voor ik die vraag beantwoord, hecht ik er aan een korte uitstap naar de wetenschapsfilosofie te maken. Dit om zeker te zijn dat we hetzelfde begrijpen wanneer we het over bewijs hebben. Daarbij zal ik ook een zijstapje maken naar hoe we de steeds ook door “sceptici” aangevallen weten­schap­pelijke consensus moeten begrijpen.

Bewijs: ‘Evidence’ of ‘Proof’

Wetenschap schrijdt voort:

Alleen in de wiskunde en in de logica kan worden bewezen dat een stelling waar is, op basis van een aantal gekozen uitgangspunten (axioma’s). Tegelijkertijd kan niet onweerlegbaar worden bewezen dat die axioma’s of gekozen uitgangspunten waar zijn.

Helaas wordt zowel het Engelstalige concept evidence, als het concept proof vertaald met het Nederlandse bewijs. Het Nederlands kent wel het woord “evidentie”, maar dat wordt nauwelijks gebruikt. Dat leidt helaas tot verwarring bij mensen die niet thuis zijn in de wetenschappelijke methode en in de wetenschapsfilosofie.


In klimaat-sceptische kring wordt herhaaldelijk gevraagd om bewijs dat AGW waar is. Als je hier bewijs als het Engelse proof  begrijpt, is dat bewijs nooit te leveren. Evenmin is het feit dat je nog nooit een zwarte zwaan zou hebben gezien bewijs (proof) dat alle zwanen wit zijn. Zolang je alleen witte zwanen hebt gezien, heb je alleen bewijs (evidence) voor je theorie dat alle zwanen wit zijn. Zodra je echter een zwarte zwaan ziet, weet je dat de theorie dat alle zwanen wit zijn fout is en heb je je bewijs (proof) dat niet alle zwanen wit zijn. Je hebt dan overigens nog steeds geen bewijs (proof) dat er geen rode, groene of paarse zwanen bestaan.

Je ziet dat het feit dat in het Nederlands hier niet twee verschillende woorden worden gebruikt tot verwarring leidt, als je je niet realiseert dat evidence en proof twee essentieel verschillende concepten zijn.

De wetenschappelijke consensus

Deze verwarring tussen evidence en proof maakt het ook lastig te begrijpen wat er precies met wetenschappelijke consensus wordt bedoeld. Die consensus kan dus niet gaan over de vraag of er bewijs (proof) is geleverd dat AGW juist is. Het leveren van zo’n bewijs is immers onmogelijk. Er is, in de analogie met de zwanen, immers altijd de mogelijkheid dat je die éne paarse zwaan die ergens in het universum rondzwemt, nog niet hebt gezien. Maar dat die wél bestaat.

Die consensus gaat dus niet over bewijs (proof) maar over bewijs (evidence): er is onder wetenschappers zeer grote overeenstemming dat er overtuigend bewijs (evidence) is dat de waargenomen klimaatverandering sinds het begin van de industriële revolutie inderdaad voor het grootste deel wordt veroorzaakt door de emissies van CO2 door het verbranden van fossiele koolstof­houdende brandstoffen. Er zijn nog enkelingen die twijfelen of die evidentie voldoende is. Onderstaande grafiek uit een studie van Cook et al. moet dan ook in dit licht worden bekeken: naarmate een onderzoeker meer expertise heeft in de klimaatwetenschap, hoe meer hij of zij overtuigd is dat er voldoende evidentie is om te begrijpen waarom het klimaat verandert zoals we het uit metingen zien veranderen.

Met andere woorden, naar mate je meer verstand hebt van de klimaat­wetenschap, ben je er meer van overtuigd dat het beschikbare bewijs (evidence) voldoende is om er vertrouwen in te hebben dat fossiel CO2, geëmitteerd als gevolg van het stoken van fossiele brandstoffen, inderdaad de belangrijkste “boosdoener” is in het klimaatprobleem.

Vanuit beleidsoogpunt is dan nog relevant wat Robbert Dijkgraaf in een tweet hierover zegt: meestal willen we dat we 100% zeker weten dat dingen goed gaan en minimaliseren we risico’s. De “sceptici” willen 100% zekerheid dat dingen fout gaan, voor zij bereid zijn maatregelen te accepteren.

Welk bewijs (evidence) hebben we?

De rol van CO2 in de atmosfeer

Ik neem aan dat er geen verschil van mening zal zijn over dat alleen de wetten van de natuur- en scheikunde en de biologie bepalen wat er met die CO2 verder zal en kan gebeuren, áls CO2 eenmaal in de atmosfeer is. Zelfs als de mensheid zou besluiten om op grote schaal CO2 uit de atmosfeer te halen, zal dat met biologische, natuurkundige of scheikundige methoden moeten. Andere manieren zijn er niet.

Hieronder wordt de definitie van het weten­schappelijke gereedschap “Klimaatmodel” gegeven (bron: Cultureel Woordenboek).

Zo’n klimaatmodel beschrijft dus de biologische, fysische en chemische processen in de atmosfeer om daarmee inzicht te krijgen in het klimaat en met name in de veranderingen als gevolg van veranderingen in de biologie, de natuur- en scheikunde van de atmosfeer en de interactie tussen de atmosfeer en het aardoppervlak (land en oceanen).

Al in 1896 heeft Svante Arrhenius met relatief eenvoudige natuurkunde laten zien dat de emissies van broeikasgassen door de mens tot opwarming van het klimaat zou kunnen leiden. In feite zijn de huidige klimaatmodellen uitbreidingen en verfijningen van de benadering van Arrhenius.

Laten we nu eens kijken hoe goed die klimaatmodellen de waargenomen opwarming representeren. Hieronder zie je een een animatie, gemaakt door Gareth Jones. In deze animatie wordt de gemeten temperatuur op aarde vergeleken met de uitkomsten van een hele reeks aan klimaatmodellen, waarin de daadwerkelijke CO2-emissies sinds 1820 zijn ingevoerd. Er is dus een heel behoorlijke overeenstemming!

De modellen doen het goed en geven allemaal hetzelfde beeld. De verschillen tussen de modellen worden vooral veroorzaakt doordat zij op verschillende manieren allerlei details in rekening brengen en modelruns een eigen specifieke timing van de natuurlijke variatie genereren en op verschillende ruimtelijke resoluties werken.

Zijn er andere oorzaken voor klimaatopwarming dan CO2?

Nu we hebben vastgesteld dat de modellen het vrij goed doen, kunnen we die modellen ook gebruiken om de bijdrage van de verschillende mogelijk oorzaken in te schatten. Hieronder zie je een een animatie die zo’n analyse uitvoert.

We zien hier dat, als de stijging van de broeiksasgasconcentraties (de belangrijkste daarvan is CO2) de enige oorzaak zou zijn geweest, er zelfs een sterkere klimaatopwarming zou hebben plaatsgevonden dan is waargenomen. Door de effecten van de toenemende aerosol-concentraties in de atmosfeer is het effect van de broeikasgasconcentraties dus iets afgezwakt.

Wat we dus weten is dat:

Is de relatie tussen CO2-concentratie en temperatuur ook gemeten?

Ja, ook directe metingen van het verloop van de CO2-concentratie in de atmosfeer en de gemiddelde temperatuur op aarde bevestigen het verband. Hieronder zie je een animatie die dat in beeld brengt. Een simpele logaritmische fit door deze punten geeft een stijging van ongeveer 2,3 °C bij een verdubbeling van de CO2-concentratie.

Let op: het gaat hier om een empirisch vastgestelde relatie tussen twee gemeten grootheden: de CO2-concentratie in de atmosfeer en de op wereldschaal jaargemiddelde temperatuur. Alle andere variabelen en grootheden zijn niet meegenomen. Niettemin is er een duidelijk verband zichtbaar tussen deze twee grootheden. Dit is uiteraard ook geen bewijs (proof) van causaliteit. Het bewijs (evidence) dat de toename van de CO2-concentratie door het stoken van fossiele brandstoffen de oorzaak is en de opwarming het gevolg komt uit de natuurkunde, scheikunde en biologie zoals geïmplementeerd in de klimaatmodellen.

Scenario’s en projecties

Nu we hebben gezien dat, terugkijkend en gebruik makend van relatief eenvoudige natuurwetenschap, de klimaatwetenschap een goed beeld heeft van de relatie tussen CO2-emissies, de atmosferische CO2-concentratie en de gemiddelde temperatuur op aarde, kunnen we die kennis gebruiken om naar de toekomst te kijken in zogenaamde scenario’s.

Allereerst de eenvoudigste truc op basis van de metingen: Een screenshot uit dezelfde animatie (hieronder) extrapoleert de logaritmische fit naar CO2-concentraties van 550 ppm, een waarde die bij ongewijzigd beleid ergens rond 2060 bereikt zou kunnen worden.

Deze extrapolatie maakt goed duidelijk hoe de toekomstscenario’s in de klimaat­wetenschap moeten worden gelezen:

Dit laat goed zien dat de onzekerheden in de toekomstige ontwikkelingen níet zitten in de relatie tussen oplopende CO2-concentratie en de opwarming, maar in wannéér die hogere concentraties worden bereikt. Met emissie­beperkende maatregelen, zal de CO2-concentratie langzamer stijgen en dus ook de opwarming langzamer gaan. Verschillende scenario’s verschillen uitsluitend in de aannamen over economische groei, ontwikkelingen in het energiesysteem en andere beleidsmaatregelen en de daaruit resulterende CO2-emissies.

Wanneer in plaats van de empirische relatie tussen CO2-concentratie en opwarming een klimaatmodel wordt gebruikt, blijft het onderscheid tussen het deel dat de aannamen over economie en beleid uitwerkt en de natuurwetenschappelijke klimaatmodellen overeind.

Conclusie

Er is erg veel bewijs (evidence) dat de natuurkunde, de scheikunde en de biologie, zoals opgenomen in de klimaatmodellen, de relatie tussen de historische fossiele CO2-emissies en de waargenomen opwarming van het klimaat sinds het begin van de industriële revolutie goed kan verklaren. De recentste rapporten van IPCC presenteren een zeer breed overzicht van wat er aan wetenschappelijke publicaties aan empirisch bewijs (evidence) is. Er is geen enkele reden om aan te nemen dat een belangrijke andere variabele over het hoofd is gezien.

Deze modellen zijn daarmee zeer bruikbaar om de gevolgen voor het klimaat van onzekere toekomstige ontwikkelingen in beleid, economie en technologie door te rekenen en aan politici en beslissers aan te bieden als informatie over wat de gevolgen kunnen zijn van specifieke beleidsbeslissingen en economische en technologische ontwikkelingen. Dit zijn dan ook scenario’s en geen toekomstvoorspellingen.