NWO/Huygenslezing 1993; Klimaatsverandering is onvermijdelijk, ook al schieten voorspellingen tekort; Warmer wordt het, maar wanneer

Door de stijging van het atmosferisch gehalte aan broeikasgassen als kooldioxyde, CFK's en methaan is een klimaatsverandering onafwendbaar. Wanneer deze verandering merkbaar zal zijn, is vooralsnog niet te zeggen.

De schade moet afgewogen worden tegen de kosten om de verandering te vermijden.

Het klimaat is in de loop der tijden herhaalde malen veranderd. De afgelopen tientallen miljoenen jaren is het geleidelijk kouder geworden. De diepzeetemperatuur is met ongeveer 10 C gezakt tot maar enkele graden boven nul, wat betekent dat de gebieden met sneeuw en ijs in de poolstreken flink in omvang zijn toegenomen. We weten dat het klimaat de afgelopen twee miljoen jaar, gedurende de IJstijden koudeperiodes heeft gekend van 50.000 tot 100.000 jaar, en aanmerkelijk warmere interglaciale perioden van enkele tienduizenden jaren.

Onze huidige beschaving is ontstaan tijdens zo'n periode met een relatief warm klimaat. Deze periode begon ongeveer 10.000 jaar geleden. Vermoedelijk zijn we al langzaam op weg naar een nieuwe ijstijd, al weten we niet wanneer en hoe snel die komt. Te oordelen aan de vorige ijstijd zal het begin geleidelijk zijn.

Vermoedelijk houdt het interglaciaal waarin we nu leven nog enige millennia aan alvorens de volgende ijstijd zich aandient. Niettemin werd nog maar een paar decennia terug de vrees uitgesproken voor een koud klimaat in de nabije toekomst, maar de wetenschappelijke gemeenschap beschouwde deze dreiging niet als acuut.

Het huidige debat over een klimaatsverandering daarentegen gaat over een mogelijke mondiale opwarming van onze planeet, een opwarming teweeggebracht door onze eigen uitstoot van zogeheten broeikasgassen in de atmosfeer in het bijzonder kooldioxyde.

Bij alle pogingen om het toekomstige verloop van deze mondiale opwarming te voorspellen, houde men in gedachten dat het klimaatsysteem van de aarde nooit in evenwicht verkeert. Wat de mens kan aanrichten, moet worden gezien tegen de achtergrond van natuurlijke variaties.

Broeikasgassen beïnvloeden de warmtebalans tussen de aarde en de ruimte door wel zonnestraling door te laten maar de teruggestraalde warmte van het aardoppervlak te absorberen. Het natuurlijke broeikaseffect is vooral te danken aan de aanwezigheid van waterdamp, kooldioxyde, methaan, ozon en stikstofoxyden. Het verhoogt de gemiddelde oppervlaktetemperatuur van de aarde met zo'n 30 ß8 tot zijn huidige waarde van ca. 15 C. Uiteraard is het effect van cruciaal belang voor het bestaan van het leven op aarde.

De mens stoot kooldioxyde uit, methaan, stikstofoxyde en ook CFK-gassen (freonen). Berekeningen laten zien dat een verdubbeling van kooldioxyde de gemiddelde aardtemperatuur met ongeveer 1C zou verhogen om in stralingsbalans te kunnen blijven met de ruimte - temperatuurstijging door een versterkt broeikaseffect. Doordat de lucht meer waterdamp kan vasthouden wanneer het warmer wordt, treedt er bovendien een positieve terugkoppeling op met als gevolg een verdrievoudiging van dit versterkte broeikaseffect. Ofschoon dit laatste door sommigen wordt betwijfeld, geven alle berekeningen tot nu toe een dergelijke positieve terugkoppeling aan.

Wereldwijde klimaatmodellen zijn het belangrijkste wetenschappelijke gereedschap waarmee men de respons van het klimaatssysteem op uitwendige invloeden als de huidige uitstoot van broeikasgassen in de atmosfeer kan analyseren. In feite zijn het gewoon weersvoorspellingsmodellen, met daaraan gekoppeld modellen voor de oceanen, het landsysteem en de cryosfeer (de streken met ijs en sneeuw op de poolbreedten). In plaats van zich te richten op korte-termijn weersveranderingen, worden de modellen voor vele jaren doorgerekend om te zien hoe het klimaat zich instelt. Men kan er het gemiddelde klimaat over een jaar, een decennium of langer uit extraheren en dat vervolgens vergelijken met het waargenomen klimaat.

Hoe goed bootsen de modellen het geobserveerde klimaat op aarde na? Uiteraard zijn het slechts grove weergaves van een zeer ingewikkelde werkelijkheid, maar ze zijn niettemin in staat om de globale kenmerken van het klimaat op aarde redelijk goed te simuleren.

Moeilijker is het om vast te stellen hoe betrouwbaar we, voor gegeven uitstootscenario's van broeikasgassen, veranderingen op de lange termijn kunnen voorspellen van de temperatuur en de neerslag. Maar het succes van de modellen in het nabootsen van seizoensvariaties geeft enige rechtvaardiging om ze ook voor zulke analyses te gebruiken.

Er zijn al heel wat simulaties gedaan met als doel de gevoeligheid vast te stellen van de mondiale oppervlaktertemperatuur voor een verdubbeling van de kooldioxyde concentratie. Het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) concludeert op grond van de resultaten dat de te verwachten toename 1,5 tot 4,5 C bedraagt, met een meest waarschijnlijke waarde van 2,5 C. De aanzienlijke spreiding zit hem voornamelijk in de onzekerheid over de mede optredende veranderingen van de waterdamp- en wolkenverdelingen, alsook in het gebruik van oceaanmodellen met maar een bescheiden oplossend vermogen.

De laatste jaren is een aantal simulaties gedaan van de mondiale temperatuursstijging ten gevolge van een geleidelijke toename van broeikasgassen in de atmosfeer. Sommige modellen gaan uit van een jaarlijkse toename van de concentratie aan kooldioxyde van 1%, wat neerkomt op een verdubbeling in ongeveer 70 jaar. Slechts een deel (ongeveer 60%) van de opwarming ten gevolge van deze toename in CO zal op dat tijdstip al zijn gerealiseerd. De opwarming komt pas na een aanmerkelijke vertraging, ruim een derde van de potentiële temperatuursstijging is steeds verborgen.

Continenten warmen vlugger op dan oceanen. Opvallende vertragingen vindt men in de Noord-Atlantische Oceaan en rond het Antarctische continent, als gevolg van de intensieve warmte-uitwisseling tussen het oppervlak en de diepe lagen in deze koude delen van de wereldzeeën. Wat het land betreft wijzen de verschillende modellen er eensluidend op dat de bodem op gematigde en hogere breedten droger wordt, vooral in de zomer.

Men moet in gedachten houden dat het klimaatsysteem in principe is wat natuurkundigen een 'chaotisch systeem' noemen. Semi-lineaire veranderingen kunnen min of meer abrupt worden afgebroken. Sommige klimatologen geloven dat de vrij plotselinge terugkeer naar een veel kouder klimaat voor een duur van ongeveer 500 jaar, middenin de algehele opwarming 10.000 jaar geleden (de 'Jongere Dryas' periode), hier een voorbeeld van is. Oorzaak kan een kritieke verandering van de oceaanstroming zijn geweest. De complexiteit van het systeem is zo groot, zo waarschuwde het IPCC in een rapport, dat we zulke verrassingen nooit kunnen uitsluiten.

In de wetenschap is het normaal gebruik om theoretische berekeningen te toetsen aan waarnemingen alvorens hun geldigheid aan te nemen. Diverse onderzoeksgroepen hebben getracht om alle waarnemingen over de gehele wereld bijeen te brengen en te corrigeren voor eventuele systematische fouten, om vervolgens zo goed mogelijk de verandering af te leiden van de gemiddelde oppervlaktetemperatuur gedurende de afgelopen 130 jaar. Een lastig karwei, gezien het feit dat waarnemingen onrepresentatief, waarnemingspunten veranderd en de meetmethoden in de tijd variabel kunnen zijn geweest.

Op grond van dergelijke analyses heeft de IPCC niettemin kunnen concluderen dat de gemiddelde oppervlaktetemperatuur wereldwijd met 0,3 tot 0,6 C is gestegen sinds het einde van de vorige eeuw. Die stijging is overigens niet rechtlijnig: vroeg in deze eeuw was er eerst een snelle toename, gevolgd door een vertraging tussen 1940 en 1975 die onmogelijk verband kan houden met de toename van broeikasgassen.

Er bestaan dus natuurlijke, en tot dusver grotendeels onvoorspelbare, klimaatsvariaties, op tijdsschalen van enkele decennia tot een eeuw. En deze weerhouden ons nog altijd van een onomstotelijke vaststelling dat de mens het klimaat daadwerkelijk verandert. De grootte van de mens-veroorzaakte klimaatsveranderingen moet deze natuurlijke schommelingen van 0,5 tot 1 C, te boven gaan alvorens we in staat zullen zijn om een dergelijke conclusie te trekken. We kunnen met andere woorden nog niet uitsluiten dat de waargenomen verandering van de afgelopen eeuw voornamelijk het gevolg is van andere oorzaken, evenmin als het tegendeel.

De volgende vraag is uiteraard: hoeveel van de verschillende broeikasgassen heeft de mens tot dusver uitgestoten en hoeveel klimaatsverandering mogen we als gevolg daarvan verwachten?

De mens stoot significante hoeveelheden uit van een aantal broeikasgassen. Arrhenius vermoedde al in 1895 dat de atmosferische kooldioxyde toenam, maar het duurde tot 1960 eer dat daadwerkelijk werd aangetoond. We weten nu dat de pre-industriële concentratie aan CO ongeveer 280 ppm (parts per million) bedroeg, en dat ze sindsdien met bijna 80 ppm is gestegen tot 358 ppm. Deze getallen zijn gebaseerd op nauwkeurige directe metingen sinds 1957, terwijl de vroegere waarden teruggaan op analyses van het kooldioxydegehalte van luchtbellen van bekende ouderdom, ingesloten in het gletsjerijs van Antarctica en Groenland. Het is bevredigend om te zien hoe goed de beide typen metingen overeenstemmen in de jaren vijftig en zestig, hetgeen geloofwaardigheid verleent aan de historische gegevens afgeleid van de ijskernen. Het is zelfs mogelijk gebleken om de variaties van de atmosferische kooldioxyde af te leiden over de afgelopen 160.000 jaar. De concentratie lijkt nooit ver boven de 300 ppm te zijn uitgekomen.

De totale CO-instroom in de atmosfeer ten gevolge van de verbranding van fossiele brandstoffen sinds het begin van de industriële revolutie, bedraagt meer dan 230 Gt (gigaton, 10 ton) koolstof. Daarnaast heeft de mens vrij grote hoeveelheden kooldioxyde uitgestoten door ontbossing en door landcultivering voor de landbouw (vermoedelijk meer dan 100 Gt koolstof). De waargenomen toename in de atmosfeer komt overeen met ongeveer 165 Gt koolstof. Waar bleef de rest? Het antwoord zit hem in snelheid van uitwisseling tussen de atmosfeer en andere belangrijke natuurlijke koolstofreservoirs, dat wil zeggen de oceanen, de landbiosfeer en de bodems.

De oceanen bijvoorbeeld bevatten ongeveer vijftig maal zoveel opgeloste anorganische koolstof als aanwezig is in de atmosfeer. Men zou verwachten dat de oceanen daarom efficiënte reservoirs kunnen zijn, maar dat zijn ze in werkelijkheid niet. Voor een toename van de atmosferische koolstofconcentratie met 10% is een toename van de totale koolstofinhoud in oppervlakte zeewater nodig van slechts 1% voor instelling van een nieuw evenwicht met de atmosfeer. Daar komt nog bij dat het verloop van de oceanen erg langzaam is. Het is duizend jaar geleden sinds het diepe water van de Stille Oceaan voor het laatst aan de oppervlakte was en een evenwicht kon aangaan met de atmosfeer. Sinds het begin van deze eeuw is minder dan 20% van het oceaanwater toegankelijk geweest voor opname van kooldioxyde uit de atmosfeer.

Voor de reservoirs van de landbiosfeer en de bodem gelden soortgelijke analyses. Een grondige kennis van de koolstofcyclus is van groot belang om te verklaren waarom de toename van de CO-concentraties slechts ongeveer 45% bedraagt van de uitstoot, vooral wanneer men de concentraties als gevolg van toekomstige emissies wil kunnen voorspellen.

De methaan-concentratie in de atmosfeer is de afgelopen 150 jaar meer dan verdubbeld. Deze stijging is het gevolg van een aantal menselijke activiteiten: rijstbouw, veeteelt, exploitatie van natuurgas, kolenwinning, afvalstort, verbranding van bos en gras. Het methaan in de atmosfeer wordt afgebroken door fotochemische reacties en de levensduur bedraagt slechts ongeveer 10 jaar. Ondanks de grootte van de emissies, circa 0,5 Gt per jaar, is de ophopingssnelheid bescheiden, een stijging van 0,6 tot 1,0% per jaar. Slechts een afname van de emissies met ongeveer 15% is nodig om verdere toename in de atmosfeer tegen te gaan. De stijging van de stikstofoxyde (in totaal ongeveer 10%) is vooral het gevolg van het toegenomen gebruik van kunstmesten en van verbranding tijdens de ontbossing.

Ten slotte heeft de mens ook de ozon-concentratie in de troposfeer beduidend verhoogd, in het bijzonder die boven het noordelijk halfrond, door toenemende vervuiling (koolwaterstoffen en stikstofoxydes). Aan de andere kant neemt de ozon af in de stratosfeer, vooral in het voorjaar boven de Zuidpool, als gevolg van de stijgende atmosferische concentraties van CFK-gassen. Zowel ozon als de CFK-gassen bevorderen het broeikaseffect. Het feit dat de stratosferische ozon thans ook buiten de poolgebieden lijkt af te nemen, impliceert dat voor het versterkte broeikaseffect als gevolg van CFK-gassen ten dele wordt gecompenseerd.

Samen hebben al deze door mensen uitgestoten broeikasgassen volgens voorlopige schattingen van het IPCC geleid tot een versterkt broeikaseffect met als gevolg een mondiale opwarming van 0,3 tot 1,0 C.

Zolang we de geografische verdeling en snelheid van een klimaatsverandering niet goed kennen, is het moeilijk om haar gevolgen preciezer te beoordelen. Wel is het mogelijk om een algemeen idee te geven van wat mag worden verwacht.

De gevolgen van een veranderend klimaat hoeven niet direct samen te hangen met de temperatuursstijging of de verandering in de jaarlijkse regenval. Een warmer klimaat zal zich vooral manifesteren door frequentere en zwaardere hittegolven en door minder koudeperiodes. En afnemende jaarlijkse neerslag betekent frequentere droogtes. Een vooralsnog onbeantwoorde vraag is of een klimaatsverandering ook gepaard zal gaan met frequentere stormen. De modellen kunnen op dit soort vragen nog niet erg bevredigend antwoord geven.

Het IPCC heeft de waarschijnlijke zeespiegelrijzing aan het eind van de volgende eeuw beraamd op 0,3 tot 1,0 meter, uitgaande van een geleidelijke klimaatsverandering overeenkomend met een verdubbeling van de kooldioxyde concentratie in 70 jaar. Deze raming moet worden afgezet tegen een stijging van circa 10 cm in de twintigste eeuw tot dusver. Een door het klimaat veroorzaakte zeespiegelstijging zal echter niet gelijkelijk verdeeld zijn over de oceanen. De opwarming - en daarmee de uitzetting - zal niet overal hetzelfde zijn, en bovendien zullen gewijzigde oceaanstromingen het zeeniveau beïnvloeden. Daarnaast beweegt de aardkorst als gevolg van isostatische druk in de aarde. Hierdoor rijst het Scandinavische gebied, dat tijdens de laatste ijstijd geheel met ijs was bedekt, met soms wel 70 cm per eeuw (in centraal Zweden), terwijl een land als Nederland juist met 10 tot 20 cm per eeuw daalt.

De ernst van de gevolgen van een rijzende zeespiegel hangt zeer sterk af van het vermogen van de betrokken landen tot het treffen van van preventieve- en aanpassingsmaatregelen. De meeste ontwikkelde landen beschikken over redelijke financiële en technische reserves om zulks te doen. De huidige kosten van de kustbescherming in Nederland bijvoorbeeld belopen minder dan 0,1% van het Bruto Nationaal product (BNP), en zelfs een verdubbeling of verdrievoudiging hiervan zou nog beheersbaar zijn. In de ontwikkelingslanden leven echter honderden miljoenen mensen op of beneden de een-meterlijn boven zeeniveau. Sommige van hen (bijvoorbeeld in Bangladesj en in de Gele Rivierdelta) worden al geregeld geteisterd door zware stormvloeden. Hun situatie zal nog verder verslechteren. Middelen tot bescherming en aanpassing zijn niet gemakkelijk voorhanden. De strijd voor duurzame ontwikkeling op lange termijn kan op deze manier ernstig worden bemoeilijkt.

De natuurlijke land-ecosystemen hebben zich ingesteld in samenspel met het heersende klimaat. We kennen redelijk goed hun afhankelijkheid van klimatologische sleutelvariabelen. Gezien de heersende onzekerheid over de geografische verdeling van een klimaatsverandering zijn we echter niet in staat om in detail de gevolgen te beramen van een herverdeling van ecosystemen over de aarde - hoewel het bijvoorbeeld aannemelijk lijkt dat het poolbos zal binnendringen in gebieden die nu worden bedekt door toendra. Een recente studie geeft aan dat een verdubbeling van het CO in de atmosfeer leidt tot vervanging van zo'n 15% van de natuurlijke ecosystemen door andere.

De opwarming zou op de hogere breedten de voorwaarden voor landbouw kunnenverbeteren, verondersteld dat de neerslag toereikend is. Op gemiddelde en lagere breedten daarentegen is de beschikbaarheid van water de cruciale factor voor toereikende opbrengsten. Grote gebieden zijn al marginaal in dit opzicht, vooral op subtropische breedten en in het bijzonder in Afrika. Omdat continentale streken droger kunnen worden, is de kans groot dat de vooruitzichten voor landbouw daar achteruit gaan, al zal in enkele beperkte gebieden de toegenomen neerslag de landbouwproductie juist verhogen. Een belangrijk gevolg van de klimaatsverandering op de landbouw zou wel eens de omschakeling naar andere gewassen kunnen zijn. De beperkende factor is hier opnieuw de beschikbaarheid van water.

Wat de landbouw betreft is er eveneens een opmerkelijk verschil tussen de ontwikkelde- en de ontwikkelingslanden. In de eerste vertegenwoordigt de landbouw maar een laag percentage van het BNP (in de VS niet meer dan 3%). Een beperkt aantal boeren zou zeer kwetsbaar zijn, maar misoogsten zouden het BNP niet beduidend doen dalen. In ontwikkelingslanden daarentegen kan de landbouw tot 80% van het BNP bedragen en kunnen de financiële reserves al snel ontoereikend zijn, terwijl op de langere termijn de veiligstelling van voedsel ook in sommige ontwikkelde landen problematisch kan worden.

De bosbouw is bij uitstek kwetsbaar voor veranderingen in de neerslag. De bodemvochtigheid is de doorslaggevende factor bij de vraag of het land bossen kan onderhouden of alleen maar gras. Ofschoon ontbossing en wanbeheer op dit moment de belangrijkste bedreiging zijn van de bossen op de wereld, kan op lange termijn het klimaat een steeds ontwrichtender factor gaan betekenen bij de ontwikkeling van duurzame bosbouw.

De watervoorziening is in sommige delen van de wereld (met name Afrika) nu al ontoereikend voor duurzame ontwikkeling, niet alleen als gevolg van de behoefte aan water in de landbouw, maar ook omdat water nodig is voor industrialisatie en de algemene ontwikkeling van een land. Men kan slechts gissen in welke mate de ontwikkelingslanden door haperende watervoorziening verder kunnen worden gehinderd in hun streven naar duurzame ontwikkeling.

De bovenstaande bespreking van de gevolgen gaat uit van een verandering als gevolg van een verdubbeling van de kooldioxyde in de atmosfeer of een equivalent mengsel van andere broeikasgassen. Wanneer zal het zover zijn? Uiteraard kunnen we de toekomstige uitstoot van broeikasgassen niet nauwkeurig voorspellen. Toch lijkt het zinvol om scenario's te ontwikkelen die naar ons beste huidige weten het mogelijke bereik van toekomstige emissies omspannen. Men kan ze doortrekken tot en met de volgende eeuw om de mogelijke effecten op lange termijn te tonen van een doorgaand gebruik van fossiele brandstoffen.

We stellen allereerst vast dat de CFK-gassen in de jaren negentig geleidelijkzullen verdwijnen. Omdat we de snelheid van fotochemische afbraak van deze gassen behoorlijk goed kennen, kunnen we hun toekomstige concentraties voldoende nauwkeurig berekenen.

De uitstoot van methaan stond in het verleden in nauw verband met de stijging van het aantal mensen op aarde. Voor een ruwe schatting van de emissies zonder verdere maatregelen kunnen we dus gebruik maken van de groeiscenario's van de VN voor de wereldbevolking, dat wil zeggen verdubbeling tegen ongeveer 2050. Parallel hiermee kan men ook van de toename van de stikstofoxyde-uitstoot aannemen dat deze evenredig zal zijn met de aanwas van de wereldbevolking.

    • Bert Bolin