Categorie archief: Energiebalans

Het klimaateffect van de uitbarsting van Hunga Tonga in 2022

Waarneming van de uitbarsting van Hunga Tonga – Hunga Ha’apai door de GOES-17 satelliet. Bron: NASA.

Op 15 januari 2022 barstte een grote, onderzeese vulkaan uit bij het archipel Tonga, de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai (of korter: Hunga Tonga). De uitgestoten pluim reikte tot in de mesosfeer, op een hoogte van zo’n 55 kilometer boven het aardoppervlak. Op internet verschenen al snel wat speculatieve verhalen over een mogelijke invloed op het klimaat van die uitbarsting, maar de meeste deskundigen hielden zich wijselijk op de vlakte. Zij begrepen dat er in de recente geschiedenis geen vergelijkbare uitbarstingen zijn geweest, en dat er dus niet of nauwelijks informatie was waar ze voorspellingen op zouden kunnen baseren. Inmiddels zijn er aardig wat wetenschappelijke publicaties verschenen. Die lijken elkaar soms tegen te spreken, maar als je wat dieper graaft valt dat wel mee. De belangrijkste conclusie is steevast: het effect van de uitbarsting op de gemiddelde wereldtemperatuur was klein, maar op regionale schaal zijn grotere effecten mogelijk. De uitbarsting van Hunga Tonga heeft dus hoogstwaarschijnlijk geen bijdrage van betekenis geleverd aan de recordwarmte op wereldschaal van het afgelopen jaar.

Dat grote bovengrondse vulkaanuitbarstingen de aarde tijdelijk afkoelen, is al lang bekend. Dat komt vooral doordat er bij zo’n uitbarsting een flinke hoeveelheid zwaveldioxide in de stratosfeer kan belanden, dat daar kleine, zonlicht reflecterende aerosoldeeltjes vormt die daar enkele jaren kunnen blijven zweven. Klimaatmodellen konden het effect van zo’n uitbarsting, zoals de Pinatubo in 1991, in de jaren ’90 al behoorlijk adequaat simuleren, al was daarvoor natuurlijk wel een goede schatting nodig van de hoeveelheid zwaveldioxide die er was uitgestoten naar de stratosfeer.

Waterdamp

Een grote onderzeese uitbarsting brengt ook een grote hoeveelheid waterdamp in de stratosfeer. Dat maakt het een stuk ingewikkelder. Waterdamp is een broeikasgas en heeft dus juist een opwarmend effect. Al werkt dat in de stratosfeer net wat anders dan in de troposfeer. Broeikasgassen zenden in de stratosfeer meer warmtestraling uit dan ze absorberen. Zo koelen ze de stratosfeer juist af. Maar omdat een deel van die uitgezonden straling naar beneden gaat, warmt de troposfeer er (een beetje) door op. Verder kunnen er stratosferische wolken ontstaan. Dergelijk hoge wolken hebben ook een opwarmend effect. Om het nog wat ingewikkelder te maken, spelen aerosoldeeltjes ook een rol in de vorming van die wolken, als condensatiekernen.

Lees verder

Nog 6 jaar uitstoten en 1,5°C wordt (waarschijnlijk) bereikt

Een nieuwe studie in Nature bekijkt de hoeveelheid koolstof die we nog kunnen uitstoten als we een kans willen hebben om de opwarming van de aarde tot 1,5°C te beperken. Met huidige, mondiale, emissies hebben we nog zo’n 6 jaar totdat die hoeveelheid koolstof op is. In dat geval wordt het wel erg waarschijnlijk dat de opwarming de 1,5°C aantikt. Maar hoe sneller we emissies reduceren, hoe langer we onszelf nog geven om de doelen uit het Parijsakkoord te halen.

Nieuwe schattingen, geen meevallers

Het onderzoek, gepubliceerd in Nature Climate Change, maakt een schatting van het resterende koolstofbudget, de netto hoeveel CO2 die de mens nog kan (of mag) uitstoten zonder een bepaalde grens aan opwarming te passeren. In het Parijsakkoord heeft de wereldpolitiek afgesproken om de opwarming van de aarde “ruim onder 2°C” te houden en “zich in te spannen om de temperatuurstijging te beperken tot 1,5°C” boven het pre-industriële niveau. Als we ons aan deze doelen committeren, hoeveel CO2 kunnen we dan nog uitstoten?

Figuur uit Forster et al. waarin de opwarming van de aarde en het koolstofbudget voor 1,5°C zijn geüpdate met nieuwe waardes, een jaar na het verschijnen van IPCC AR6 WGI.
Lees verder

Energie, afvalwarmte en exponentiële groei

Historisch mondiaal energieverbruik. De rode lijn geeft het verbruik aan bij een groei van 2,3% per jaar. Bron: Murphy 2022

Begin dit jaar schreef ik hier dat oneindige exponentiële groei niet bestaat. En dat dat dus ook voor de economie een illusie is. Dat volgt uit basale rekenkundige logica. Vroeg of laat botst een exponentieel groeiend systeem op zijn grenzen. Een artikel van de Amerikaanse natuurkundige Thomas W. Murphy jr in Nature Physics bevat enkele mooi uitgewerkte rekenvoorbeelden die dat illustreren. Dat artikel is afgelopen zomer al gepubliceerd, maar trok pas recent de aandacht. De eerste gedachten van Murphy hierover gaan nog verder terug. Hij beschreef ze in 2011 al op zijn eigen blog. Omdat het meest in het oog springende rekenvoorbeeld over klimaat en energie gaat, leek het me de moeite waard om er hier aandacht aan te besteden.

Op dit moment bedraagt ons wereldwijde energieverbruik maar een fractie van wat we van de zon ontvangen. Ongeveer een honderdste van een procent. In theorie zou onze hele economie dus best op duurzame energie kunnen draaien, die (direct of indirect, via bijvoorbeeld wind of biomassa) door de zon wordt geleverd. Maar als ons energieverbruik blijft stijgen in het tempo van de afgelopen eeuw, met zo’n 2 tot 3 procent per jaar, lukt dat niet zo heel erg lang. Voor het gemak rekent Murphy met een groeipercentage van 2,3; dat komt neer op een vertienvoudiging per eeuw. Met dat groeitempo zouden we over 400 jaar evenveel energie gebruiken als de zon levert. Het zal duidelijk zijn dat de grens van wat we aan zonne-energie kunnen oogsten veel eerder wordt bereikt.

Lees verder

Een nieuwe analyse van de warmte-opname door de oceanen

Warmte-opname in de verschillende componenten van het klimaatsysteem sinds 1958. Bron: Cheng et al.

Journal of Climate publiceerde vorige maand een nieuwe analyse van de hoeveelheid warmte die de oceanen hebben opgenomen in de afgelopen periode van ruim zestig jaar. In het verleden werd wel eens gezegd dat zo’n onderzoek over de warmte-inhoud van de oceaan ging, maar eigenlijk is dat niet zo handig. Het gaat over de verandering van de warmte-inhoud, en dat is hetzelfde als de warmte-opname. Het artikel draait vooral om een verbeterde statistische analyse van de beschikbare informatie. Aan een beschrijving daarvan waag ik me niet. Ik houd het bij enkele opmerkelijke punten.

Oceanograaf en klimaatwetenschapper Lijing Cheng van de Chinese Academie van Wetenschappen is eerste auteur van het nieuwe artikel. Hij is een van de specialisten op dit onderwerp in de wereld. Zijn instituut onderhoudt een webpagina met de actuele gegevens over warmte-opname door de oceanen. De overige vier auteurs zijn Amerikanen en eveneens bekende namen in de klimaatwetenschap. Ze zijn allemaal al wel eens in de een of andere hoedanigheid voorbijgekomen op dit blog, vanwege hun bijdrage aan interessant onderzoek: Grant Foster (ook bekend als blogger Tamino), Zeke Hausfather, Kevin Trenberth en John Abraham.

In zekere zin is de warmte-opname door de oceanen veruit het grootste gevolg van de toename van de hoeveelheid broeikasgassen. Simpelweg omdat het water in de oceanen veel meer warmte op kan nemen dan het land of de atmosfeer. Zoals bekend zorgt het versterkte broeikaseffect ervoor dat de aarde minder warmte uitstraalt dan er aan zonlicht binnenkomt. Omdat de energiebalans niet in evenwicht is, vindt er een accumulatie van energie plaats in het klimaatsysteem. Van die extra warmte belandt zo’n 90% in de oceanen. Dat wij klimaatverandering niet zozeer als accumulatie van energie zien, maar als opwarming van het aardoppervlak en de atmosfeer, komt omdat dat de veranderingen zijn die wij direct ervaren en die we relatief eenvoudig kunnen meten. Overigens stijgt de temperatuur van het landoppervlak wel sneller dan die van de oceanen, ook al nemen die het overgrote deel van de warmte op. Dat komt doordat de warmte veel dieper doordringt in water dan in land.

Lees verder