CO2

In de klassieke broeikastheorie zoals hier recent behandeld, speelt het broeikasgas CO2 een prominente rol (zie “De Feiten” onder “Klassieke Broeikastheorie”). CO2 heeft de eigenschap dat het langgolvige straling kan absorberen en emitteren. Op grond van deze eigenschap is de hypothese geformuleerd dat een stijgend CO2-gehalte van de atmosfeer de aarde kan opwarmen. De diverse in het laatste IPCC-rapport aangehaalde klimaatmodellen komen op een toename van de temperatuur door CO2-forcing van 1,5 tot maar liefst 6,5 °C.

Laboratoriumproeven toonden al in de jaren ’60 van de vorige eeuw aan dat een verdubbeling van CO2 een temperatuurtoename van 1,1 °C veroorzaakt. Berekeningen aan emissiespectra van langgolvige straling komen tot vergelijkbare resultaten (als álle andere factoren gelijk blijven). De hoge uitkomsten van klimaatmodellen zijn het gevolg van parameterisatie (schattingen) van met name het gedrag van waterdamp en van wolken in de atmosfeer. De vraag hoe goed die schattingen zijn zal ongetwijfeld de komende jaren stukje bij beetje beantwoord worden. Maar zelfs de genoemde toename van 1,1 °C bij verdubbeling van CO2 hoeft zeker niet de klimatologische uitkomst te zijn; daarvoor is het klimaat te complex.

 co2 1958 2012

Bron: NOAA

In de klimatologische toekomst kijken is moeilijk, zo niet onmogelijk. Maar in het verleden kijken gaat heel aardig. De temperatuurmetingen gaan terug tot ongeveer 1850, sommige nog verder. Voor oudere data maken we gebruik van proxies, zoals ijskernen en sedimenten. Atmosferisch CO2 wordt vanaf 1958 gemeten op Hawaï. In de 19e eeuw werd CO2 hier en daar gemeten, maar niet systematisch. Dus ook voor CO2 geldt dat we voor vroegere periodes gebruik moeten maken van proxies.

De relatie CO2-temperatuur op Proterozoische tijdschaal

Hoe verder weg in de geschiedenis van de aarde, des te lastiger is het om een reconstructie te maken van het verloop van temperatuur en CO2-gehalte van de atmosfeer. De Proterozoische tijdschaal omvat het deel van de aardegeschiedenis waarion het begin van leven ontstaat. Het loopt van ongeveer 2,7 miljard jaar geleden tot 542 miljoenjaar geleden. Zo’n 2,7 miljard jaar geleden was er nog nauwelijks CO2 in de atmosfeer. Waarschijnlijk waren toen andere broeikasgassen dominant, zoals CH4. Die situatie veranderde 2,2 miljard jaar geleden, toen de aardse atmosfeer oxideerde. Vanaf dat moment werd CO2 belangrijker.

kaufman1Bron: Kaufman
Kaufman e.a. (2003) pogen het CO2-gehalte tot 1,4 miljard jaar BP vast te stellen. Daartoe hebben ze gebruik gemaakt van koolstofisotopen in microfossielen uit een leisteenformatie in China van 1,4 miljard jaar oud. Ze berekenden dat het CO2-gehalte in deze periode tussen de 10x en 200x zo hoog was als het huidige CO2-gehalte. Over de aardse temperaturen in deze periode zijn weinig gegevens bekend, over een exacte relatie CO2- temperatuur derhalve ook niet. Maar het is vrij zeker dat de oceanen tot 3,5 miljard jaar geleden een groot deel van de tijd ijsvrij waren. De zonne-energie was in die allervroegste periode van de aardgeschiedenis ongeveer 30% kleiner dan momenteel, hetgeen bij de huidige hoeveelheid broeikasgassen waarschijnlijk zou leiden tot bevroren oceanen. Een van de hypotheses is dan ook dat de hoeveelheid broeikasgassen destijds veel groter is geweest dan momenteel. Kaufman gaat uit van verhoogde concentraties CO2 waardoor de aarde toch ijsvrij bleef.

kaufman2

Bron: Kaufman

Overigens staat nu wel vast dat er tijdens het Proterozoicum tenminste 2 glaciale periodes zijn geweest. Beide zijn in bovenstaande grafiek van Kaufman weergegeven. Men onderscheidt in de laatste weer twee afzonderlijke glacialen, namelijk het Sturtian glaciaal (~730 miljoen jaar BP) , en het Marinoan & Varangian glaciaal (~600 miljoen jaar geleden). Deze glacialen staan bekend als snowball earth, omdat de temperaturen zo laag waren dat de oceanen tot aan de evenaar bevroren waren. Dergelijke glaciaties zijn opmerkelijk omdat de CO2-gehaltes toen vele malen hoger waren dan momenteel.

Hoffman e.a. komen tot de conclusie dat vulkanische activiteit een eind maakte aan deze glacialen. Daarbij nam het CO2-gehalte toe tot 350x de huidige waarde!

De relatie CO2-temperatuur op Phanerozoische tijdschaal

De Phanerozoische of tektonische tijdschaal is de periode van het heden tot 542 miljoen jaar BP. Van deze periode is al veel meer bekend over het CO2-gehalte van de aardse atmosfeer, terwijl ook grove temperatuurreconstructies kunnen worden gedaan op basis van onder andere landijsbedekkingen. Het blijkt dat gedurende deze periode van ruim 500 miljoen jaar de aardse temperatuur schommelt tussen een warme fase (hot house) en een koude (ice house).

ice hothouse
Onderstaande grafiek geeft het verloop van het atmosferische CO2-gehalte weer vanaf 545 miljoen jaar BP. Alhoewel de figuur anders doet vermoeden, zijn er slechts 2 onafhankelijke wetenschappelijke bronnen, namelijk de reconstructie volgens het GEOCARB3 model , en de reconstructie volgens Rothman.

co2 geologie

Bron: wikipedia

Het GEOCARB3 model is een model waarin met behulp van een aantal parameters zoals verwering en temperatuur een reconstructie gemaakt is van het CO2-gehalte in de atmosfeer. Berner gaat uit van de veronderstelling dat er sprake is van een steady state van de koolstofstromen die tussen atmosfeer en oceanen aanwezig zijn. De verwering van silicaatgesteente is in het model de spil waar alles om draait.

geocarb

Bron: gatech edu

Het model toont CO2 gehaltes die veel hoger zijn geweest dan de huidige. Lage CO2-gehaltes komen in het model redelijk goed overeen met relatief koude periodes in de aardgeschiedenis, zoals de glaciale periode op de overgang van Carboon en Perm 300 miljoen jaar geleden, en de huidige koude periode die halverwege het Tertiair begon (~30 miljoen jaar BP). Opvallend is dat de glaciale periode gedurende het Ordovicium , zo’n 440 miljoen jaar geleden, niet in het model terug te vinden zijn. Deze koude periode ging gepaard met relatief hoge CO2-gehaltes in het model. Er zijn diverse speculaties over de oorzaak van deze discrepantie, maar een deugdelijk verklarend mechanisme hiervoor is tot nu toe niet gevonden.

geocarb2

Bron:  Royer + Berner 2004, Berner 2001

Daniel Rothman van het MIT heeft in 2002 een reconstructie gemaakt van het CO2-gehalte in het Phanerozoicum. Anders dan Berner baseert Rothman zich op proxies op basis waarvan het CO2-gehalte vastgesteld werd. Hij vergelijkt de chemische verwering van gesteenten ,vulkanische activiteiten en sedimentatie van organische koolstof met gemeten waarden van isotopen van koolstof en strontium.

rothman

Bron: Rothman

In de figuur zijn op de bovenste as met een grijze balk de koude periodes weergegeven. Opvallend is dat Rothman op de overgang van Jura naar Krijt ( (ongeveer 140 miljoen jaar BP) wel een koude periode weergeeft, die in het GEOCARB3 model afwezig is.Rothman heeft gekeken of er een correlatie is tussen de gevonden CO2-waarden en de temperatuur op aarde, en vond geen verband. Hij schrijft: “ Because the long-term evolution of carbon dioxide levels depends similarly on weathering and magmatism, the relative fluctuations of CO2 levels are inferred from the shared fluctuations of the isotopic records. The resulting CO2 signal exhibits no systematic correspondence with the geologic record of climatic variations at tectonic time scales.”

Een derde bron benadert de relatie CO2-temperatuur op weer een andere wijze, en probeert een verband te leggen tussen CO2-gehalte en cosmic ray flux. Shaviv & Veizer hebben in 2003 onderzoek gedaan naar de correlatie tussen CRF (cosmic ray flux) en paleoklimatologische temperatuurreeksen. Op basis van hun bevindingen stellen zij: “We find that at least 66% of the variance in the paleotemperature trend could be attributed to CRF variations likely due to solar system passages through the spiral arms of the galaxy”.

Volgens het tweetal is CO2 dus niet de drijvende kracht achter de aardse temperatuur, maar is kosmische straling de belangrijkste factor. Maar minstens zo belangrijk is de conclusie: “…one interpretation of the above result could be that the global climate possesses a stabilizing negative feedback. A likely candidate for such a feedback is cloud cover (Lindzen, 1997; Ou, 2001). If so, it would imply that the water cycle is the thermostat of climate dynamics, acting both as a positive (water vapor) and negative (clouds) feedback, with the carbon cycle “piggybacking” on, and being modified by, the water cycle (Nemani et al., 2002; Lovett, 2002; Lee and Veizer, 2003).”

Voor uitgebreidere informatie over kosmische straling verwijs ik naar het hoofdstuk “Nieuwe Inzichten”. CO2-fluctuaties lijken dus eerder “mee te liften” op de fluctuaties in de kringloop van het water dan dat ze een drijvende forcing voor temperatuur zijn.

veizer4

Bron: Shaviv & Veizer

Het PETM

Ongeveer 55 miljoen jaar geleden, in het vroeg-Tertiair, was er sprake van een kortstondige extreme verhoging in de aardse temperatuur. Die sterke opwarming gedurende deze Palaeocene/Eocene Thermal Maximum (PETM) wordt algemeen geassocieerd met een sterke stijging van met name CO2 in de atmosfeer. Maar die sterke stijging van de temperatuur is niet (alleen) te verklaren door een sterke stijging van CO2. Overigens was de extreme opwarming van relatief korte duur, namelijk ~ 170.000 jaar.

paganiBron: Pagani
Een bekende hypothese is het vrijkomen van grote hoeveelheden methaanhydraten van de bodem van de oceanen, waarbij CH4 in korte tijd omgezet zou zijn naar CO2. Pagani schreef in 2006 dat een oprisping van methaanhydraten alleen onmogelijk was, en dat er andere mechanismen aan het werk moeten zijn geweest om zeer grote hoeveelheden koolstof vrij te maken (zie figuur hierboven).

Helaas maakt Pagani de veelgemaakte fout door er van uit te gaan dat een sterke temperatuurstijging wel het werk moet zijn van sterk toegenomen broeikasgassen, daarmee mogelijke andere oorzaken veronachtzamend.

sluijsBron: Sluijs e.a.
Sluijs e.a. publiceerden in 2006 een onderzoek op basis van sedimentboringen in de Arctische Zee. Ze concludeerden dat de sterke temperatuurstijging van 10 °C , waarbij watertemperaturen aan de Noordpool werden bereikt van meer dan 23 °C, onmogelijk alleen door broeikasgassen veroorzaakt kan zijn en dat andere factoren een cruciale rol moeten hebben gespeeld in deze plotselinge opwarming. Sluijs e.a. denken daarbij aan feedback mechanismen zoals polaire stratosferische wolken, of orkaan-geïnduceerde mengingen van oceaanwater.

In een publicatie van Sluijs e.a. in 2009 constateren de onderzoekers dat in het Antarctische gebied tijdens de PETM de oceaantemperaturen zelfs 30 °C waren. Vanwege die zeer hoge temperaturen op de polen ontbrak de temperatuurgradiënt tussen polen en tropen zoals wij die nu kennen: het was overal vrijwel even warm. De extreme , relatief korte opwarming verdween even snel als hij gekomen was. Zowel voor het snelle ontstaan als het snelle verdwijnen zijn tot nu toe geen plausibele verklaringen voorhanden.

CO2 en temperatuur gedurende het Kwartair

Het Kwartair is de periode die 2,5 miljoen jaar geleden begint en waarin we ons nog steeds bevinden. Het wordt gekenmerkt door een sterk schommelende temperatuur tussen koud (glacialen) en minder koud (interglacialen). De oorzaken van deze schommelingen zijn te vinden in de relatie tussen de zon en de aarde, zoals als eerste beschreven door de wiskundige Milankovic. Zie het hoofdstuk “Nieuwe Inzichten”.

Diverse ijskernen die op Groenland en Antarctica zijn aangeboord leveren gegevens over temperatuur en CO2-gehalte. Al Gore toonde in zijn documentaire An Inconvenient Truth een grafiek die in ieder geval leek op de data verkregen uit de Vostok kern op Antarctica.

gore3
Bron: An Inconvenient Truth
Hij kreeg de lachers in de zaal op zijn hand door te wijzen op de wel heel duidelijke correlatie tussen beide grootheden. Je moest toch wel een beetje gek zijn als je dat niet zag, nietwaar? En inderdaad, de correlatie is sterk:

Vostok-ice-core-petit2Bron: Nature
Wat Al Gore niet zei, en misschien ook niet wist, is dat bij veel omslagpunten in de Vostokgrafiek de temperatuur een beetje voorliep op de CO2. Een time lag van 800 jaar wordt vaak genoemd, maar dat is eem grof gemiddelde. De tijdvertraging tussen temperatuur en CO2-gehalte varieert van ongeveer 200 jaar tot meer dan 1500 jaar. Dat ziet men niet als de totale temperatuur-CO2-reeks van de Vostok ijskern bekijkt. Maar als je “inzoomt” is dat wel te zien. Deze techniek, veranderen van schaal, wordt in de geografie vaak toegepast. Inzoomen vergroot de details, uitzoomen geeft je meer kijk op grootschalige patronen. Soms vergroot inzoomen je inzichten, soms uitzoomen.

Wanneer men de temperatuur- en CO2-data van dezelfde ijskern in detail bekijkt rond de overgang Weichselglaciaal – Holoceen, dan is duidelijk de time lag te zien bij een aantal markante omslagpunten (zie figuur hieronder).

co2 tempBron: Guy Leblanc
Petit et al. (1999) reconstrueerden oppervlaktetemperaturen en atmosferische CO2-concentraties uit de Vostok ijskern. De onderzoekers noteren: “The CO2 decrease lags the temperature decrease by several thousand years” en: “the same sequence of climate forcing operated during each termination.”

petitBron: UNEP
Indermühle e.a. vonden in hun studie uit 2000 een time lag van 1200 +/- 700 jaar in de Taylor Dome ijskern op Antarctica . Het betrof de periode van 60.000 – 20.000 BP.

In een vergelijkbare studie naar CO2-gehalte en temperatuur verkregen uit de Dome Concordia, Antarctica gedurende 22,000-9,000 BP vonden Monnin et al. (2001) dat er een time lag is tussen temperatuur en CO2 van zo’n 800 jaar. Monin e.a. stellen bovendien: “The close correlation between CO2 concentration and Antarctic temperature indicates that the Southern Ocean played an important role in causing the CO2 increase. ” .
In 2001 publiceerde Mudelsee over de relatie CO2-temperatuur in de Vostok ijskern, en concludeerde dat er een time lag is van 1300 tot 1500 jaar. Onderstaande grafiek toont de door hem gevonden time lag:

mudelseeBron: Mudelsee
In 2003 publiceerden Caillon e.a. een studie over de timing van CO2 en temperatuur op de scherpe overgang van het interglaciaal (in West Europa het Oostermeer-interglaciaal genoemd) naar de Saale-ijstijd, zo’n 240.000 jaar geleden. Conclusie: “The sequence of events during Termination III suggests that the CO2 increase lagged Antarctic deglacial warming by 800 – 200 years and preceded the Northern Hemisphere deglaciation”.
Al met al mag geconcludeerd worden dat de time lag tussen temperatuur en CO2-gehalte in het Pleistoceen zeer goed gedocumenteerd is. Het CO2-gehalte volgt de temperatuurstijgingen en –dalingen, en niet andersom. De vraag blijft natuurlijk hoe dit mechanisme werkt. Met andere woorden: op welke wijze veroorzaakt een koudere oceaan lagere CO2-gehaltes en andersom?

oceaantempBron: windows2universe


Een voor de hand liggende verklaring is dat CO2 beter oplosbaar is in kouder water dan in warmer water. Op deze wijze zou dus een deel van het atmosferische CO2 tijdens glacialen oplossen in water. Bij 1 atmosfeer druk ,een watertemperatuur van 15 °C (= de huidige gemiddelde wereldtemperatuur) en het huidige atmosferische CO2-gehalte is er 0,78 mg CO2 per liter water opgelost. Als die temperatuur daalt naar 10 °C dan stijgt het opgeloste CO2 naar 0,92 mg/l bij gelijkblijvend atmosferisch gehalte.

In werkelijkheid verandert het CO2-gehalte in de atmosfeer natuurlijk ook als dat in de oceanen stijgt of daalt. Bovendien gelden de gekozen watertemperaturen slechts voor de bovenste paar honderd meter, de zogenaamde mixed layer. Daaronder daalt de temperatuur snel, en dieper dan 1500 m is het oceaanwater gemiddeld 2 °C. Het is duidelijk dat de oplosbaarheid van CO2 in oceaanwater dus ook afhankelijk is van menging tussen het water aan de oppervlakte en op grotere diepte.

In onderstaande figuur van de pre-industriële koolstofkringloop is te zien dat de totale hoeveelheid C in de diepere oceaan ongeveer 55x groter is dan in het oppervlakkige deel.

c oceaanBron: Sigman en Boyle
Een aantal wetenschappers is er van overtuigd dat de veranderende oplosbaarheid in water niet de enige verklarende factor kan zijn voor de schommelingen in het CO2-gehalte gedurende het Kwartair. Sigman en Boyle publiceerden in Nature in 2000 een artikel (“Glacial/interglacial variations in atmospheric carbon dioxide”) waarin zij een verklaring trachten te vinden voor de CO2-schommelingen in het Kwartair. Ze gaan ervan uit dat de glaciale-interglaciale temperatuurschommelingen een fluctuatie van het atmosferische CO2 hebben kunnen veroorzaakt van ongeveer 30 ppm. Bovendien is tijdens glacialen het zoutgehalte in de oceanen hoger dan normaal, hetgeen de oplosbaarheid van CO2 vermindert . Al met al zijn de temperatuurfluctuaties niet voldoende om als volledige verklaring te kunnen dienen.

Sigman en Boyle menen dat de oplossing gezocht moet worden in de zogenaamde “biological pump”. Dat is een deel van de koolstofcyclus waarbij organisch koolstof gevormd wordt in het bovenste deel van de oceanen. Een variërende biologische productie in combinatie met veranderingen in de vorming van calciumcarbonaat dat neerslaat vormen volgens de onderzoekers een positieve tegenkoppeling van temperatuurschommelingen in het Kwartair.

bio pump

Bron: Wikipedia


Einde van de laatste ijstijd

Lowell Stott e.a. publiceerden in Science in 2007 een opzienbarende studie, getiteld “Southern Hemisphere and Deep-Sea Warming Led Deglacial Atmospheric CO2 Rise and Tropical Warming”.

Stott e.a. deden onderzoek naar de stijging van atmosferisch CO2 aan het einde van de Weichsel ijstijd, zo’n 18.000 jaar geleden, en de opwarming die de opmaat vormde voor het huidige interglaciaal. Dat deden ze door isotopen onderzoek in mariene sedimenten in het westelijk deel van de Grote Oceaan. Ze vonden dat de stijging van het CO2 vooraf gegaan werd door een stijging van de temperatuur, zo’n 1300 jaar eerder. Deze was het gevolg van de opwarming van diep zeewater op het zuidelijk halfrond. Die opwarming was weer het gevolg van een toegenomen instraling in de lente op Antarctica, in combinatie met een afnemende albedo van drijfijs.

Deze conclusies werden door Stoot nogmaals bevestigd in een publicatie genaamd “The Oceanic Climate Capacitor” in GeoScience ( 2010 ). Hierboven zagen we al dat ook Monnin een grote rol inschatte voor het Antarctisch gebied bij grote temperatuurovergangen.

stott

Bron: Stott

In een interview in ScienceDaily in 2007 zegt Stott: ” I don’t want anyone to leave thinking that this is evidence that CO2 doesn’t affect climate. It does, but the important point is that CO2 is not the beginning and end of climate change.” Ik denk dat Stott met deze uitspraak de spijker op zijn kop slaat. CO2 is een broeikasgas en heeft als zodanig invloed op de energiebalans van de aarde. Maar dat wil nog niet zeggen dat atmosferisch CO2 de “major trigger” is voor klimaatverandering. De bovenstaande publicaties tonen dat glashelder aan.

Ter afsluiting een grafiek die het verloop van temperatuur en atmosferisch CO2-gehalte weergeeft gedurende het Phanerozoicum. De temperatuurreeks is gebaseerd op Scotese, de CO2-reeks op Berner.

temp co2
 
 
 
 
 
 
Menselijke invloeden
 
 
 

Van de totale hoeveelheid CO2 die jaarlijks in de atmosfeer wordt geëmitteerd is 3,4% afkomstig van de mens. Zie de figuren hieronder, afkomstig uit het IPCC Third Assessment Report. Ongeveer de helft van deze jaarlijkse emissies verdwijnt in zogenaamde sinks zonder dat we weten wat er mee gebeurt. Naar schatting kan van de toename van alle broeikasgassen (buiten H2O) sinds de industriële revolutie ongeveer 25% worden toegeschreven aan de mens. Zoals hiervoor al beschreven is H2O in de vorm van waterdamp (70%) en waterdruppels (20%) voor ongeveer 90% verantwoordelijk voor het totale broeikaseffect; de resterende 10% komen voor rekening van de andere broeikasgassen, waarvan CO2 het belangrijkste is. Bij een menselijk aandeel van 25% van de totale geaccumuleerde hoeveelheid CO2 betekent dit dat de mens verantwoordelijk is voor 0,25 x 0,1 = 2,5% van de totale hoeveelheid broeikasgassen.

co2 emissies ippc1
 
 
 
co2 emissies ippc2
 
 
 

Maar dat betekent echter niet dat de mens verantwoordelijk is voor 2,5% van het totale broeikaseffect en dat we dat percentage 1 op 1 kunnen doorrekenen naar een bepaalde temperatuurtoename door menselijke activiteiten. Zoals we hiervoor al zagen kan CO2 veel meer langgolvige straling absorberen dan het in werkelijkheid doet, als gevolg van “concurrentie” met andere broeikasgassen.

Voor waterdamp en wolken geldt hetzelfde. Bovendien is het verband tussen CO2 en temperatuur niet lineair maar logaritmisch, zoals we verderop zullen zien.

co2-1
 
 
 
co2-2

 
Aerosolen 

 

Joel R. Norris and Anthony Slingo, 2009, in: Clouds in the Perturbed Climate System, Massachusetts Institute of Technology and the Frankfurt Institute for Advanced Studies :

“Nonetheless, several studies have made use of high-quality stations and documented a geographically widespread decrease in surface solar radiation from the 1960s until the mid-1980s, followed by an increase from the 1990s onward (Wild et al. 2005). These trends are popularly known as “ global dimming” and “ global brightening,” even though they do not necessarily occur around the entire world. The reported trends probably represent regional rather than global mean changes in downwelling solar radiation, and may suffer from an urban bias (Alpert et al. 2005). Several explanations for the observed “global dimming” and “global brightening” have been offered, including trends in cloud cover and cloud optical thickness.

The most plausible general cause, however, is a rise followed by a decline in anthropogenic aerosol burden. According to this scenario, hazefrom fossil fuel and biomass burning has increased since the middle of the 20th century and has, as a result, enhanced atmospheric re ection and absorption of solar radiation (“global dimming”). Air pollution control laws enacted during the 1980s and later in certain countries reduced this haze, thus allowing more solar radiation to reach the surface (“global brightening”). Another likely factor contributing to “brightening” in Europe was the shutdown of fossil fuel combustion sources following the collapse of communism in Eastern Europe. In certain developing countries such as India, “global dimming” continues and there has been no reversal to “brightening” (Wild et al. 2005).

 

Er is nogal wat reuring ontstaan over een publicatie van Murry Salby , klimatoloog aan de Macquarie Universiteit in Sydney, Australië. Nu staat CO2 toch al bij het Australische publiek in de belangstelling vanwege het al of niet invoeren van een groene belasting, maar professor Salby heeft de knuppel in het wetenschappelijke hoenderhok gegooid. Op een bijeenkomst van de IUGG, International Union of Geodesy and Geophysics, gaf hij een voorproefje van zijn komende publicatie. De Australische site joannenova.com.au deed er onlangs een boekje over open.

co2 sourcesink                                                           Bron: Tom Quirk
De conventionele hypothese is dat de stijging van het atmosferische CO2 van ~280 ppm in de 19e eeuw tot ~390 ppm in 2011 het gevolg is van de antropogene uitstoot van CO2 door verbranding van fossiele brandstoffen. Omdat de afgelopen decennia die uitstoot ongeveer 2x zo snel gaat als de groei van het CO2-gehalte gaat men er van uit dat ~50% van die antropogene CO2 opgenomen wordt door de oceanen. Zie de figuur hierboven.

Wat heeft Salby gevonden? Het CO2 dat in de atmosfeer zit bestaat uit 2 isotopen: 98,9% zogenaamd 12C, en 1,1% 13C. Die verhouding is niet voor elke bron gelijk: fossiele brandstoffen hebben een iets andere verhouding 13C/12C dan bijvoorbeeld planten. De ratio voor fossiele brandstoffen is kleiner dan die van planten. Tot nu toe is men er van uitgegaan dat op basis van die 13C/12C ratio vastgesteld kon worden dat de ‘extra’ CO2 in de atmosfeer het gevolg was van antropogene uitstoot, ook omdat de ratio 13C/12C in de loop van de tijd kleiner geworden is: de ‘fingerprint’. Salby stelt dat het verschil tussen CO2 uit fossiele brandstoffen en CO2 uit planten zeer klein is: de ratio’s verschillen slechts 2,6% van elkaar . Alleen al daarom is niet vast te stellen ‘waar’ het extra CO2 vandaan komt. Hij stelt dat 80% van de variaties in atmosferische CO2 het gevolg is van schommelingen in de temperatuur.

spencer15

spencer16                                                                              Bron: WUWT
Ook Roy Spencer heeft dat enkele jaren geleden al beredeneerd. Bovenstaande figuren geven het CO2-signaal en het 13C-signaal weer als de trend verwijderd is. De overeenkomst is duidelijk. Hij vergelijkt dan de variabiliteit van beide bovenstaande signalen met elkaar, en komt tot de verrassende ontdekking dat de ratiohelling exact hetzelfde is als bij vergelijking van de trendsignalen, namelijk 1.0952%. Spencers conclusie: “Bottom line: If the C13/C12 relationship during NATURAL inter-annual variability is the same as that found for the trends, how can people claim that the trend signal is Manmade?? ”.

c cyclus

Bron: Wikipedia

Nu is het sowieso al erg lastig omvast te stellen ‘waar’ CO2 vandaan komt (sources) en waar het weer opgenomen wordt (sinks). Op bovenstaande figuur is de koolstofcyclus weergegeven. De belangrijkste bronnen voor atmosferisch CO2 zijn de oceanen ( 90 gigaton/jaar) , vegetatie (60 gigaton/jaar) en bodems (60 gigaton/jaar). De inbreng van de mensheid is slechts 5,5 gigaton/jaar. De menselijke inbreng in atmosferische koolstof is dus 2,6%. Men kan zich afvragen of een dergelijke kleine inbreng er wel toe doet, zeker als men bedenkt dat bovenstaande getallen schattingen zijn. De foutenmarges in die grote stromen zijn groter dan de antropogene inbreng. Bovendien: een relatief kleine variatie in de natuurlijke stromen van koolstof in de cyclus zal de menselijke inbreng overschaduwen. Maar afgezien daarvan: hoe kan het dat die zeer kleine extra source in staat is om het atmosferische CO2-gehalte zo op te drijven? De vraag stellen is hem beantwoorden vinden sommige wetenschappers.

Er zijn de afgelopen jaren vanuit diverse kanten twijfels gerezen over de antropogene oorsprong van de stijging van het atmosferische CO2. Een daarvan heeft te maken met de dalende 13C/12C ratio. Veel planten gebruiken hoofdzakelijk 12C in hun assimilatieproces, het zogenaamde C3 metabolisme. Maar een klein deel van de planten (~3% van de plantensoorten) heeft een zogenaamde C4 metabolisme en nemen meer 13C op dan de meeste planten.

mais                                                                   Bron: http://faostat.fao.org
Een van die soorten is maïs. En de productie van maïs is de afgelopen decennia enorm gestegen: vanaf 1961 is de productie ongeveer verviervoudigd. Die vermaizing van het platteland heeft ook in ons land, met name op de zandgronden in het oosten en zuiden, de afgelopen decennia een grote vlucht genomen. Dit kan invloed hebben op de 13C/12C ratio van de atmosfeer.

Salby ontkent niet dat CO2 van antropogene oorsprong invloed heeft op het CO2-gehalte van de atmosfeer, hij betwijfelt of die invloed dominant is, zoals tot nu toe werd aangenomen. Hij constateert dat de grootste toenames van CO2 plaatsvinden tijdens El Niño-condities, en de kleinste tijdens grote vulkaanuitbartingen. Dat wijst op een grote gevoeligheid van atmosferisch CO2 voor temperatuurschommelingen. Een fraai voorbeeld van die temperatuurgevoeligheid levert de redacteur van de site klimaatfraude.info. Hij vergelijkt de globale temperatuurstijging volgens HadcrutV3 met de variaties in het CO2-gehalte. Het resultaat ziet u hieronder. Een verbazingwekkend mooie correlatie , waarbij de CO2 grafiek na-ijlt op de temperatuur. Uiteraard gaat het hier om de variaties, de trend is er uit gehaald. Maar de sturende invloed van de temperatuur op het CO2-gehalte is onmiskenbaar.

co2 hadcrut

Bron: woodfortrees.org

Roy Spencer trok in 2008 in een bijdrage voor WUWT al de aandacht voor het CO2-probleem. In onderstaande figuur is de uitstoot door de mens uitgedrukt in mmtC ( miljoen metrische tonnen C per jaar ) vergeleken met de variaties in CO2 (uitgedrukt ijn mmtC) gemeten op Mauna Lao. De enorme variatie in atmosferisch CO2 is niet het gevolg van de antropogene emissies, maar van natuurlijke variaties.

spencer12
 
 
 

Spencer vergelijkt de trends van het CO2-gehalte uit bovenstaande figuur met die van de Hadcrutv3 globale temperatuur en vindt een toename van 4300 mmtC in Mauna Loa bij 1°C temperatuurstijging. Als hij uit beide grafieken (Mauna Loa en HadCrutv3) de trend haalt en dan beide datasets met elkaar vergelijkt , dan blijkt dat de regressiehelling 5100 mmtC/1°C is. De grootste correlatie ontstaat als je de temperatuurdata van de oceanen op het zuidelijk halfrond vergelijkt met Mauna Loa: 7100 mmtC/1°C.

spencer14
Spencer concludeert hieruit twee dingen. In de eerste plaats dat het mechanisme dat El Niño/La Niña veroorzaakt sterk genoeg is om de stijgende trend in CO2 op Mauna Loa te verklaren. In de tweede plaats dat het eerder de oceanen dan de continenten zijn die de variaties CO2 op Mauna Loa verklaren. Mogelijk dat een toename van de El Niño/La Niña-activiteit de afgelopen decennia een (grote) impact heeft gehad op het atmosferisch CO2-gehalte. Grotere fluctuaties in omhoogkomend koud zeewater aan de westzijde van continenten, met mogelijke toename van de aanvoer van CO2 uit grotere diepten.

Op onderstaande figuur zijn de variaties van CO2 op Mauna Loa afgezet tegen de antropogene emissies. De variaties lopen van 0% tot 130% van die menselijke emissies. Spencer concludeert: “In Fig. 5 we see that the yearly-average CO2 increase at Mauna Loa ends up being anywhere from 0% of the human source, to 130%. It seems to me that this is proof that natural net flux imbalances are at least as big as the human source. ”

spencer13
De grote vraag is tenslotte, wat de drijvende kracht zou kunnen zijn achter de natuurlijke variaties van het CO2-gehalte. Het idee van Spencer dat het met name de oceanen zijn die de drijvende kracht zijn achter het atmosferische CO2 wordt ook gedeeld door Tom Quirk in een publicatie uit 2009.

In de publicatie van Quirk is een interessant deelonderzoek te vinden. Ongeveer 75% van de antropogene CO2 emissies vindt plaats ten N van 30° NB. De vraag rees hoe snel C zich over de aarde kan verspreiden. Omdat CO2 ruimtelijk diffuus geëmitteerd wordt (en geabsorbeerd) maakte Quirk gebruik van het feit dat eind jaren ’50 en begin jaren ’60 nabij de Noordpoolcirkel nucleaire proeven zijn gedaan waarbij 14C vrij kwam. Op onderstaande figuur is te zien dat het enkele jaren duurde voordat dit 14C gelijkmatig over de aarde verspreid was.

quirk1
Men zou verwachten dat op grond van bovenstaande er een time lag is tussen de variaties in CO2 van het NH en die van het ZH, met een omvang van ongeveer een half jaar. Om dat te kunnen vaststellen heeft Quirk de CO2 datareeksen van Mauna Loa en Antarctica vergeleken. Het resultaat ziet u in onderstaande figuur. Van een time lag tussen het NH en het ZH is geen sprake.

quirk2

Hij concludeert: “The results suggest that El Nino and the Southern Oscillation events produce major changes in the carbon isotope ratio in the atmosphere. This does not favour the continuous increase of CO2 from the use of fossil fuels as the source of isotope ratio changes. The constancy of seasonal variations in CO2 and the lack of time delays between the hemispheres suggest that fossil fuel derived CO2 is almost totally absorbed locally in the year it is emitted. This implies that natural variability of the climate is the prime cause of increasing CO2 , not the emissions of CO2 from the use of fossil fuels