De oorzaak van de opwarming

De huidige klimaatverandering komt door de mens, zo horen we vaak. Zo stond er in het meest recente IPCC rapport: “It is unequivocal that human influence has warmed the atmosphere, ocean and land.” Hoe weten we dat zo zeker? Een duik in de achterliggende wetenschap.

Lang was het dominante idee dat de nietige mens geen invloed kon hebben op zoiets groots als het aardse klimaatsysteem. Toen Svante Arrhenius eind 19^e eeuw becijferde dat de uitstoot van kooldioxide tot opwarming zou leiden, werd hij dan ook niet meteen geloofd. Integendeel, veel collega-wetenschappers waren sceptisch. Zo ging men ervan uit dat alle extra CO₂ door de oceanen zou worden opgenomen. Het duurde tot halverwege de 20^ste eeuw voordat er systematisch metingen werden gedaan en toen bleek al snel dat de CO₂-concentratie in de lucht sterk opliep. Sinds de jaren ’70 van de vorige eeuw is de voorspelde opwarming ook duidelijk zichtbaar geworden in temperatuurmetingen over de hele wereld.

De wetenschap gaat niet over één nacht ijs. Maar intussen zijn er vele nachten verstreken en kunnen we de balans opmaken: wat weten we over de oorzaken van de huidige opwarming? Er zijn veel factoren die het klimaat beïnvloeden en ook in het verre verleden is het klimaat aan flinke veranderingen onderhevig geweest. Toen waren er nog geen mensen, geen auto’s, geen industrie en geen landbouw. De studie van die klimaatveranderingen in het verre verleden heeft veel kennis opgeleverd. Daaruit blijkt onder andere dat CO₂ een heel belangrijke regulerende werking heeft op het aardse klimaatsysteem. De Amerikaanse geoloog Richard Alley noemt CO₂ zelfs de ‘controleknop van het klimaatsysteem’.

Toch is er een cruciaal verschil met de huidige tijd. De snelheid waarmee de CO₂-concentratie in de atmosfeer nu stijgt is ongekend hoog, bijna honderd keer sneller dan aan het einde van de laatste ijstijd. Het gevolg is een – naar geologische maatstaven – zeer snelle opwarming. Daarnaast weten we dat de huidige CO₂-toename het gevolg is van het verbranden van fossiele brandstoffen en (in mindere mate) ontbossing. De koolstofatomen in de CO₂ dragen namelijk een onmiskenbare vingerafdruk van hun fossiele oorsprong.

Al halverwege de 19^e eeuw werd in het laboratorium aangetoond dat broeikasgassen zoals CO₂ en methaan warmtestraling vasthouden. Dit is inmiddels algemeen geaccepteerde natuurkunde. Metingen vanaf zowel de aarde als satellieten bevestigen dat de aarde meer warmte vasthoudt, precies in de golflengtes waar CO₂ en andere broeikasgassen de straling absorberen. Het versterkte broeikaseffect is een geobserveerd feit.

Natuurlijk zijn er meerdere factoren die het klimaat kunnen beïnvloeden. Zo goed als alle energie in het klimaatsysteem komt van de zon, en eventuele veranderingen in de zonnesterkte hebben onmiskenbaar invloed op het klimaat. Uit metingen blijkt echter dat de hoeveelheid energie die we van de zon ontvangen iets is afgenomen de afgelopen 50 jaar. De zon kan dus niet verantwoordelijk zijn voor de geobserveerde opwarming die juist in die tijd zichtbaar is.

De ontwikkeling van computers in de tweede helft van de vorige eeuw maakte het mogelijk om het type berekeningen zoals Arrhenius dat met pen en papier had gedaan in veel meer detail uit te voeren. Met behulp van klimaatmodellen proberen wetenschappers het klimaatsysteem na te bootsen door de beschikbare kennis in wiskundige formules te vatten. Veel voorspellingen die gedaan zijn met dergelijke modellen zijn later inderdaad uitgekomen. Dat geldt voor de opwarming als zodanig, maar ook voor andere aspecten. Zo werd voorspeld hoeveel het klimaat zou afkoelen als gevolg van de uitbarsting van de Pinatubo vulkaan in 1991. Bij een dergelijke grote vulkaanuitbarsting komt veel zwavel vrij, dat in de lucht reflecterende deeltjes vormt. Deze fijnstofdeeltjes of aerosolen zorgen als het ware voor een parasol-effect en hebben een kortdurend afkoelend effect van enkele jaren.

De geobserveerde opwarming vanaf 1850 wordt door klimaatmodellen goed gesimuleerd, maar alleen als naast natuurlijke factoren (zoals de zon en vulkanen) ook de menselijke uitstoot van broeikasgassen en aerosolen wordt meegenomen.

Eén van de pioniers van de klimaatmodellering, Syukuro Manabe, is recent geëerd met de (gedeelde) Nobelprijs voor de natuurkunde. Hij voorspelde o.a. dat meer CO₂ in de atmosfeer weliswaar een opwarmend effect zou hebben in de troposfeer (de onderste luchtlaag), maar een afkoelend effect op de stratosfeer (een hogere luchtlaag, waar de ozonlaag zich bevindt). Dit geldt nog steeds als een specifieke vingerafdruk van het versterkte broeikaseffect. Mede Nobel laureaat Klaus Hasselmann droeg eveneens in belangrijke mate bij aan het inzicht over de activiteiten van de mens als oorzaak van de opwarming, met name op basis van geavanceerde statistische methoden en kennis van complexe systemen.

Met klimaatmodellen kunnen we ook alternatieve scenario’s doorrekenen voor de toekomst. Daaruit blijkt bijvoorbeeld dat de opwarming nog beperkt kan worden tot onder de anderhalf of twee graden als we de uitstoot van CO₂ en andere broeikasgassen snel en fors reduceren. Als de emissies hoog blijven kan de opwarming verder oplopen tot wel vier graden of meer. Dat is van eenzelfde orde van grootte als het verschil tussen een ijstijd en een interglaciaal. Het aangezicht van de aarde zou daardoor ingrijpend en langdurig veranderen. De toekomst is in onze handen.

Eerder verschenen in iets andere vorm in de Leeuwarder Courant.