Klimaatverandering

Op 11 december 1895 presenteerde Svante Arrhenius een artikel bij de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen, dat enkele maanden later werd gepubliceerd in zowel een Duits- als een Engelstalige versie: ‘On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground’. Het is een van de belangrijkste artikelen uit de geschiedenis van de klimaatwetenschap. Arrhenius berekende als eerste de invloed op de wereldtemperatuur van een toe- of afname van de CO₂-concentratie. Eenvoudig was dat niet. Er waren bijvoorbeeld nog geen bruikbare laboratoriummetingen van de absorptie van warmtestraling door CO₂. Arrhenius berekende die absorptie uit metingen van warmtestraling van de maan, die waren uitgevoerd door de Amerikaanse astronoom en natuurkundige Samuel Pierpoint Langley. En dat was nog maar een klein stukje van het complexe en uitgebreide rekenwerk dan nodig was. Om niet de rest van zijn leven aan het rekenen te blijven, moest Arrhenius een hele serie vereenvoudigende aannames doen.

Zijn conclusie was dat de gemiddelde temperatuur op aarde met 5 tot 6°C zou stijgen als de CO₂-concentratie zou verdubbelen. Dat is bijna het dubbele van de 3°C (of een ‘likely range’ van 2,5 tot 4°C) uit het laatste IPCC-rapport. Maar gezien alle complicaties en onzekerheden toch best een indrukwekkend resultaat. Al kwam er ook wel een beetje geluk bij kijken: de diverse onnauwkeurigheden in de berekeningen van Arrhenius compenseerden elkaar voor een deel. Dat beetje geluk kwam hem ook wel toe, omdat uit zijn artikel blijkt dat hij de theoretische kant van de berekeningen helemaal doorgrondde. Hij wist waar de voetangels en klemmen zaten, ook was het dan niet mogelijk om die helemaal te ontwijken.

Rekenen of meten?

Ondanks zijn indrukwekkende theoretische kennis wist Arrhenius lang niet al zijn tijdgenoten te overtuigen. En natuurlijk lieten alle vereenvoudigingen in zijn berekeningen ook wel ruimte voor scepsis. Knut Ångström, zoon van de beroemde natuurkundige Anders Ångström, werd Arrhenius’ bekendste tegenstrever. Ångström dacht dat het nabootsen van de aardatmosfeer in een laboratoriumexperiment een betere manier was het effect van CO₂ te benaderen dan dat ingewikkelde rekenwerk. Het experiment kwam qua opzet overeen met dat waarmee John Tyndall halverwege de negentiende eeuw had aangetoond dat CO₂ en waterdamp de belangrijkste broeikasgassen zijn omdat ze warmtestraling absorberen, en stikstof en zuurstof niet. De opstelling bestond uit een buis, gevuld met het te onderzoeken gas, met aan de ene kant een bron van warmtestraling en aan de andere kant een detector. Hoe meer warmtestraling de inhoud van de buis absorbeerde, hoe minder er de detector zou kunnen bereiken. Dat was in elk geval het principe, want er was nog wel het een en ander aan randapparatuur en meetprocedures nodig om het echt te laten werken.

Dit stuk gaat over een artikel in Nature met de titel: ‘Revisiting the Holocene global temperature conundrum’. Die titel zou de indruk kunnen wekken dat het temperatuurverloop gedurende het Holoceen nog een groot raadsel is. In werkelijkheid valt dat best mee. De grote lijn van dat temperatuurverloop is bekend. Het Holoceen, het huidige interglaciaal, begon 11.700 jaar geleden met een laatste stukje opwarming vanuit de laatste ijstijd (het Weichselien, ook wel Würm genoemd en in de VS Wisconsinan): zo’n 2 tot 3 °C. Die opwarming zat vooral aan het begin: 9.000 jaar geleden was de temperatuurstijging al aardig afgevlakt. Aan het eind van het Holoceen zit de snelle antropogene opwarming, inmiddels ongeveer 1,2 °C in anderhalve eeuw. Daar tussenin is de gemiddelde wereldtemperatuur redelijk constant. Maar niet helemaal constant.

Het raadsel zit ‘m in de details. En vooral die van de laatste 6.000 tot 7.000 jaar. Volgens een aantal studies koelde de wereld in die periode ongeveer een halve tot een hele graad af, tot het begin van de industriële revolutie. Maar anderen vonden juist aanwijzingen voor een opwarming van enkele tienden van een graad. In de afgelopen jaren zijn er wat mogelijke verklaringen geopperd voor dat verschil. Maar het raadsel is nog niet helemaal opgelost. Ook het nieuwe artikel heeft die oplossing niet, maar het geeft wel een mooi overzicht van de wetenschappelijke stand van zaken.