De cartoon hierboven (van Jens von Bergmann) gaat natuurlijk over de covid-epidemie van de afgelopen jaren. Maar hij gaat ook over exponentiële groei, hoe lastig dat fenomeen te begrijpen is en hoe makkelijk het daardoor onderschat kan worden. Volgens de cartoon zou je natuurwetenschapper moeten zijn om te begrijpen hoe je overvallen kunt worden door exponentiële groei, als die uit de hand begint te lopen. Dat lijkt me overdreven, maar een beetje wiskundig inzicht helpt vermoedelijk wel.
Oneindige exponentiële groei is onmogelijk in het fysieke universum. Ooit moet er een eind aan komen en meestal gebeurt dat abrupt en met ingrijpende gevolgen. Epidemiologen weten dat, zoals de afgelopen jaren is gebleken. Ecologen weten het ook. Als bijvoorbeeld een insectenpopulatie exponentieel groeit, dan wordt het een plaag die hele ecosystemen of oogsten kan vernietigen, waarna ook de insecten zelf massaal sterven omdat ze hun voedselbron hebben uitgeput. Chemici blijven liever uit de buurt bij een reactie die exponentieel versnelt, want dat eindigt nogal eens met een explosie. Kernfysici denken er exact zo over. En sommige kosmologen verwachten dat de exponentiële toename van de uitdijing van het heelal uiteindelijk het einde ervan zal betekenen.
De tijdschaal waarop exponentiële groei uit de hand loopt kan sterk verschillen. Een eventuele ‘big rip’ of ‘big chill’ is vermoedelijk nog miljarden jaren van ons verwijderd. Een epidemie of een insectenplaag kan binnen enkele weken tot maanden helemaal uit de hand lopen. En bij sommige chemische en nucleaire reacties gebeurt het in een fractie van een seconde. Wetenschappelijke kennis van de onderliggende mechanismes kan helpen om de groei en de te verwachten gevolgen te voorspellen of zelfs te beheersen. Als er nog veel onzekerheden zijn, dan is het verstandig om op je hoede te zijn als ergens exponentiële groei optreedt. Merk je te laat op dat er problemen ontstaan, dan zijn er vaak rigoureuze maatregelen nodig om de situatie beheersbaar te krijgen. Zit je aan de linkerkant van de groeicurve in het plaatje hierboven, dan heb je de gelegenheid om geleidelijk de curve naar beneden af te laten buigen. Maar zit je aan de rechterkant, dan kun je alleen nog maar vol op de rem. Hoe dat uitpakt hebben we de afgelopen jaren kunnen zien, met maatregelen als lockdowns en een avondklok.
Het is – nog steeds! – een veelgehoorde opmerking als je het hebt over klimaatverandering: “Van al die extra CO2 gaan de planten lekker groeien! We krijgen juist meer bossen, en betere landbouwopbrengsten!”. En zo vreemd is die gedachtegang niet. Tuinders voegen CO2 toe aan de lucht in hun kassen om de plantengroei en oogst te stimuleren, en in Earth System Models zorgt dit “CO2-bemestings effect” voor een negatieve terugkoppeling op atmosferische CO2 concentraties: meer plantengroei betekent immers ook meer opname van CO2 door de vegetatie. Deze extra groei zou wereldwijd de hoeveelheid stikstof die in de bodem beschikbaar is voor plantengroei doen dalen, zoveel zelfs dat de auteurs van een recent artikel – bizar genoeg – suggereerden dat we misschien onze natuurlijke ecosystemen moeten gaan bemesten.
Natuurlijk eikenbos in het noorden van Engeland. Foto: Franciska de Vries.
Dat de wereld groener wordt is een feit. Maar in 2016 schreef Hans Custers al op deze blog dat we nog niet zoveel van de onderliggende mechanismen en de persistentie van dit effect begrepen, en dat hoewel het wel altijd als iets positiefs wordt gebracht, dit CO2-bemestings effect niet persé positief is. In 2018 schreef Hans dat deze wereldwijde vergroening niet alléén door meer CO2 in de atmosfeer wordt veroorzaakt, maar ook door hogere temperaturen, uitbreiding van het landbouwareaal, stikstofdepositie, en verandering in neerslag.
Bovendien hoeft die extra plantengroei niet noodzakelijkerwijs te resulteren in meer langdurige CO2-opslag in planten en bodem. Een voorbeeld van beide zaken – meer groei is niet persé positief, én kan door andere factoren veroorzaakt worden – is “Arctic greening”, Arctische vergroening. De Arctische toendra is een van de snelst opwarmende gebieden op aarde, en deze toenemende temperaturen zorgen voor meer groei en een toename in struikvormige vegetatie. Maar deze hogere temperaturen zorgen ook voor dooi van de permafrost, waardoor de bodem juist CO2 en methaan (CH4) verliest.
Het CO2-bemestings effect ligt dus duidelijk gecompliceerder dan simpelweg meer groei door meer CO2, en ook het effect van die extra groei op de CO2-opname van het ecosysteem is nog onduidelijk. De CO2-terugkoppeling in Earth System Models is gebaseerd op korte termijn experimenten, maar er is toenemend bewijs dat het CO2-bemestings effect minder permanent is dan gedacht, en bovendien afhankelijk van veel andere factoren, die helder op een rij worden gezet in een artikel door Maschler et al. dat net uit is gekomen. Dat is ook wel logisch, want voor plantengroei spelen veel meer factoren een rol dan CO2.
Een PCA (principale componenten analyse) is een methode om de variatie in een dataset handig samen te vatten en samenhang tussen de gegevens zichtbaar te maken. PCA is een vorm van factoranalyse. In wetenschappelijke stukken worden PCA’s zelden uitgelegd, en op het internet is de meeste uitleg op het eerste gezicht een brei van afkortingen en ondoorgrondelijke matrixalgebra. Daarom hierbij een poging om PCA op een voor leken begrijpelijke manier uit te leggen.
Stel je voor dat je (net de als de auteurs van het ijsbeer artikel) van een groep van 200 objecten 7 zeven eigenschappen hebt gemeten en die hebt gecodeerd. Voor ieder object heb je nu een rijtje van 7 getallen. In meer technische termen kan je zeggen dat je zeven variabelen hebt die de objecten beschrijven.
Je kan deze dataset weergeven in een tabel met 200 regels (voor de 200 objecten) en 7 kolommen waarin de scores voor de 7 eigenschappen staan. Zo’n blok met 1400 getallen is natuurlijk niet heel leesbaar, en dat maakt het lastig om in de tabel verbanden tussen objecten in te ontdekken.
Een plaatje zegt meer dan 1000 (of 1400) woorden, dus proberen we een grafiek van de gegevens te maken.
Om een idee te krijgen eerst maar een weergave waarin we twee van de eigenschappen tegen elkaar uitzetten in een zogenaamde “scatterplot” of “x-y plot”: de eerste score op de x-as, de tweede score op de y-as. Dit maakt de variatie en samenhang van beide variabelen zichtbaar (figuur A). De figuren zijn alleen ter illustratie; de weergegeven punten zijn geen daadwerkelijk geobserveerde data.
Update met foto’s, korte impressie en link naar radio-interview hieronder.
Op zaterdag 22 April vindt in meer dan 500 steden wereldwijd de “March for Science” plaats om steun uit te spreken voor wetenschap. Zo ook in Amsterdam (Museumplein 12:00-16:00) en Maastricht.
Het initiatief hiertoe begon in de VS, toen een wetenschapper haar frustratie uitte over de pogingen van de Amerikaanse president om wetenschappers de mond te snoeren. Er kwam al snel veel bijval voor het idee om een march te organiseren, naar het voorbeeld van de women’s march. Wel wordt benadrukt dat het geen partijgebonden manifestatie is; het is geen march against Trump, maar een march for science.
Er is een bredere tendens om wetenschap in twijfel te trekken en om net te doen alsof elke mening evenveel waard is, ongeacht het waarheidsgehalte. Brexit campagnevoerder Michael Gove die zei “Britain has had enough of experts”, de Central European University in Hongarije die onder politieke druk staat, academici in Turkije die naar huis of naar de gevangenis gestuurd zijn. Trump is misschien wel het meest zichtbare, maar lang niet het enige symptoom van de anti-wetenschappelijkheid en politieke inmenging in wetenschap.
In Nederland is het gelukkig lang niet zo extreem gesteld, maar ook hier zie je dat opiniemakers zonder kennis van zaken een podium bij de NPO krijgen aangeboden om te roeptoeteren dat de wetenschap het bij het verkeerde eind heeft. Het fabeltje dat roken niet ongezond zou zijn hoor je niet meer op radio of TV; waarom dan wel het fabeltje dat het klimaat niet door menselijk toedoen zou veranderen? We mogen van de media toch wel een beetje kwaliteitsborging verwachten? Kenmerkend voor het veranderende discours is ook dat als je kulargumenten inhoudelijk bekritiseert of vraagtekens stelt bij de wijsheid om flauwekul te verspreiden, er dan wordt gestrooid met woorden als “censuur”, “oogkleppen”, “geschreeuw”, “milieuactivisten”, “klimaatmaffia”, etc.
Wetenschap en rationaliteit heeft ons veel goeds gebracht. Feiten en een goed begrip van de situatie zijn belangrijke input om verstandige beslissingen te nemen. Wetenschappers moeten in vrijheid hun werk kunnen doen en daarin niet beperkt worden door politieke druk. Science is not just another opinion.
Klimaatwetenschap speelt een prominente rol bij deze manifestaties; zo is Appy Sluijs van de Universiteit Utrecht een van de keynote speakers, en in de beide teach-in tents zal klimaatinformatie te zien en te horen zijn (ik ben bijvoorbeeld met twee posters in de “Discovery” tent, en Arnold van Vliet zal in de “Exploration” tent verschillende citizen science projecten zoals de natuurkalender laten zien). Evenals klimaatverandering is ook gezondheid een vakgebied dat veel te kampen heeft met misinformatie, denk bijvoorbeeld aan vaccinatie; ook dat krijgt ruim aandacht. Het programma van de March for Science (die overigens in z’n geheel op het Museumplein plaatsvindt; het is dus geen optocht) is hier te zien.
Steengoede 4 minuten video van Neil deGrasse Tyson over de waarde van wetenschap:
I’m a Scientist. This is What I’ll Fight For. Strong, US-centered essay by Jonathan Foley: “The War on Science is more than a skirmish over funding, censorship, and “alternative facts”. It’s a battle for the future, basic decency, and the people we love.” He wrote quite a few more readable pieces on the war on science.
No, you’re not entitled to your opinion. “You are only entitled to what you can argue for. (…) false equivalence between experts and non-experts is an increasingly pernicious feature of our public discourse. (…) If ‘Everyone’s entitled to their opinion’ just means no-one has the right to stop people thinking and saying whatever they want, then the statement is true, but fairly trivial. No one can stop you saying that vaccines cause autism, no matter how many times that claim has been disproven. But if ‘entitled to an opinion’ means ‘entitled to have your views treated as serious candidates for the truth’ then it’s pretty clearly false. And this too is a distinction that tends to get blurred.”
4 uur bijna non-stop praten (of schreeuwen, vanwege het vele achtergrondlawaai). Ben er schor van, maar was erg leuk. Heel verschillende mensen kwamen er op af, ook mensen die toch ietwat skeptisch waren (meest gehoorde vraag: “maar het klimaat is heel vroeger toch ook vaak veranderd, en toen waren er nog geen mensen?!”). Omdat ik dat wel een beetje had verwacht had ik daar op de poster ook al iets over geschreven: “(…) klimaatveranderingen in het verre verleden, waarbij CO2 vaak een sleutelrol vervulde.” En mensen met hun eigen stokpaard-theorieen, die vinden het vaak erg leuk om met wetenschappers daarover te praten. En een powned-achtige journalist die zonder zich voor te stellen op agressieve toon suggestieve vragen begint te stellen met microfoon aan. Dat was een goede oefening in rustig proberen te blijven. Maar vooral veel oprecht geinteresseerde mensen. Een zeer geslaagde middag waarin de wetenschap zich goed heeft laten zien wat mij betreft.
Naast de zoekfunctie is er ook deze lijst met blogposts, gerangschikt naar onderwerp. Wij schrijven voornamelijk over klimaatwetenschap en het publieke klimaatdebat.
De theorie van warmte: Een geschiedenis van de wetenschap achter klimaatverandering
Uitgegeven door Athenaeum.
Wat iedereen zou moeten weten over klimaatverandering
Uitgegeven door Prometheus
Klimaatverandering 