Zoeken naar de missing sink; Zuurstofmetingen aardatmosfeer werpen licht op koolstofbalans

HET INZICHT IN DE kooldioxide-huishouding van de atmosfeer is aan grote veranderingen onderhevig. Uit recent lucht-onderzoek aan de dikke laag overjarige sneeuw ('firn') op de zuidpool (Nature, 19 september) wordt geconcludeerd dat de biosfeer in de periode tussen 1977 en 1985 zo weinig méér kooldioxide afgaf dan het er voor plantengroei aan onttrok, dat van een 'balanced biosphere' kan worden gesproken.

De resultaten komen ruwweg overeen met de aannames in de laatste IPCC-rapporten, maar contrasteren scherp met ander recent onderzoek dat de land-biosfeer juist als krachtige 'sink' voor CO2 heeft aangewezen.

Tot halverwege 1994 werd door klimaatonderzoekers niet verzwegen dat de aardse koolstofbalans nog niet sluitend was te krijgen. Gezien de brandstof- en bosbouwstatistiek had het gehalte aan CO2 in de atmosfeer veel sterker moeten stijgen dan het in werkelijkheid deed (zo'n 3,4 gigaton koolstof per jaar), zelfs als een flinke oceanische CO2-opname van 2,0 gigaton per jaar werd aangenomen. Er bleef een 'missing sink' over ter grootte van 1,2 gigaton koolstof per jaar. Rond 1994 won het idee terrein dat de effecten van de ontbossing in de tropen vrijwel volledig werden gecompenseerd door een versterkte plantengroei op hogere breedte, een gevolg van de toegenomen CO2-concentratie en de stikstofbemesting.

Uit onverwachte hoek komt nu nieuwe informatie over de kooldioxide-kringloop. Het blijkt dat de grote hoeveelheid lucht die in de sneeuwlaag op de zuidpool zit opgesloten (niet te verwarren met de minieme luchtinsluitsels in het veel dieper gelegen ijs ter plekke), zich waarschijnlijk redelijk leent voor een onderzoek naar de atmosfeersamenstelling van de laatste decennia. Uit de sneeuw zijn zeer grote luchtmonsters te nemen die een heel secure analyse mogelijk maken.

Een beperking is dat de bovenste sneeuwlaag nog in uitwisseling staat met de atmosfeer en dat op grote diepte de fysisch-chemisch effecten van de ijsvorming merkbaar worden. Maar de onderzoekers Battle c.s gaan ervan uit dat de lucht in de sneeuw op een diepte tussen 113 en 60 meter voldoende vrij is van niet-te-kwantificeren neveneffecten. Uit een bepaling van de concentratie kooldioxide blijkt dat zich op die diepte lucht uit de jaren 1974 tot 1985 heeft verzameld.

VERWACHTING

Bijzonder is dat de onderzoekers ook uiterst secure zuurstofmetingen deden, volgens een methode die pas sinds 1991 als bruikbaar geldt (zie Nature, 27 augustus 1992). Het blijkt dat de sinds 1956 geregisteerde permanente stijging van het CO2-gehalte van de atmosfeer - in overeenstemming met de verwachting - gepaard gaat met een even permanente daling van het zuurstofgehalte. Het verbranden van fossiele brandstof kost ruwweg evenveel moleculen zuurstof als het aan moleculen kooldioxide oplevert en voor de productie van (plantaardige) biomassa geldt het omgekeerde. Omdat de atmosfeer bijna 21 procent zuurstof bevat en maar 0,03 procent kooldioxide was de daling van het zuurstofgehalte tot dusver ongemeten gebleven. Nu blijkt dat de zuurstofconcentratie dezelfde seizoensschommelingen vertoont als CO2, zij het daaraan tegengesteld.

Inmiddels is vijf jaar lang op verschillende plaatsen op het noordelijk en zuidelijk halfrond aan de actuele zuurstofconcentraties gemeten en staat vast dat het zinvolle uitkomsten oplevert die van grote waarde kunnen worden voor het onderzoek aan de koolstofbalans. Omdat zuurstof een heel andere relatie onderhoudt met de oceanen dan CO2, en er vrijwel geen netto afvoer van zuurstof naar de oceanen plaatsvindt, kan uit een vergelijking tussen de CO2- en zuurstofwaarnemingen een onderscheid worden gemaakt tussen de CO2-opname van de oceanen en die van het plantendek.

Op 16 mei van dit jaar meldde Ralph Keeling (ontwerper van de methode) in Nature dat de land-biosfeer in de periode 1991-1994 jaarlijks netto maar liefst 2,0 gigaton koolstof had opgenomen en de oceanen slechts 1,7 gigaton. Dat betekende een ingrijpende wijziging van het patroon dat het IPCC aanhoudt, waaronder een verkleining van de rol van de oceanen. Uit het verschil in zuurstofconcentratie tussen het noordelijk en zuidelijk halfrond leidden Keeling c.s. af dat de sink zich op het noordelijk halfrond moest bevinden. De tropen zouden, opmerkelijk genoeg, weinig of geen netto CO2 opnemen of afstaan.

Ongelukkigerwijs deed zich in de periode die Keeling onderzocht een zeldzame anomalie in de monotone stijging van de CO2-concentratie voor: er trad enige tijd een tot op heden niet verklaarde stabilisatie op. De kans was dus groot dat het eerste zuurstof-onderzoek een niet representatieve periode beschreef. Dat vermoeden wordt versterkt door de uitkomsten van het onderzoek van Battle c.s. aan lucht uit de periode 1974 tot 1985, waarvan die voor de periode tussen 1977 en 1985 het meest betrouwbaar worden geacht. Uit hun berekeningen blijkt dat de land-biosfeer in die periode netto 0,4 gigaton koolstof (als CO2) afstond en dus eerder als bron dan als put optrad.