Broeikaseffect; Wel en geen bewijs

Broeikasgassen vullen de atmosfeer meer en meer. Dat staat vast. Maar stellige uitspraken over de gevolgen voor het klimaat op aarde zijn nog altijd moeilijk te doen.

IN 1988 WERD op de klimaatconferentie in Toronto besloten tot de oprichting van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). In hetzelfde jaar werden de VS getroffen door een extreem hete zomer en verklaarde NASA-klimatoloog James Hansen voor een Senaatscommissie dat de hitte een directe uiting was van het broeikaseffect. Nog geen tien jaar later komen politici uit bijna alle landen van de wereld in Kyoto bijeen om voor het eerst op mondiale schaal bindende afspraken te maken over beperking van de uitstoot van CO2 en andere broeikasgassen.

Het lijkt een succes dat vergelijkbaar is met de voortvarendheid waarmee de aantasting van de ozonlaag door cfk's is aangepakt. Dat is het niet. Enerzijds staat op voorhand wel vast dat 'Kyoto' niet de daadkracht zal opleveren die gewenst is. Anderzijds was allang voor 1988 duidelijk dat het de verkeerde kant op ging.

In 1958 is men begonnen met systematische en permanente meting van de atmosferische CO2-concentratie en tegen het eind van de jaren zestig was wel zeker dat daarin een vaste, ongunstige trend optrad.

Terwijl veel klimatologen nog steeds bezorgd waren over een naderende ijstijd vroeg de Zweedse onderzoeker Bert Bolin in 1970 in Scientific American al aandacht voor de opwarming door CO2.

Hansen heeft later moeten toegeven dat hij wat voorbarig was geweest. Dat het versterkte broeikaseffect is 'aangetoond', kan eigenlijk pas worden gezegd sinds 4 juli 1996, toen in het wetenschappelijk tijdschrift Nature een artikel van B.D. Santer en twaalf andere klimatologen verscheen waarin een overtuigende samenhang tussen opwarmingspatronen op aarde (tussen 1963 en 1987) en veranderde concentraties CO2, industriële sulfaatdruppeltjes en stratosferisch ozon werd aangetoond.

De essentie van de studie was al verwerkt in het laatste wetenschappelijke rapport van het IPCC dat eind 1995 concludeerde dat het merendeel van de aanwijzingen wees in de richting van een aantoonbare menselijk invloed op het klimaat ('the balance of evidence suggests..'). Dat was zó behoedzaam geformuleerd dat met bijna evenveel recht viel vol te houden dat het bewijs nog niet was geleverd. Daarom wordt er nog steeds een debat gevoerd over het 'bewijs', alsof de stijging van de concentratie van een sporengas als CO2, dat zulke cruciale functies vervult (niet alleen in de warmtehuishouding van de aarde, maar ook in de koolzuurassimilatie van planten en algen), op zichzelf al niet verontrustend en ongewenst genoeg is. En alsof voor het broeikaseffect het 'voorzorgsprincipe', dat destijds met succes voor de aantasting van de ozonlaag werd gehanteerd, niet even belangrijk is. Tegen de tijd dat het waterdichte bewijs is geleverd, komen de maatregelen te laat.

Dat de atmosferische concentratie CO2 al meer dan anderhalve eeuw vrijwel onafgebroken stijgt, staat buiten kijf. Dat de stijging voor het grootste deel het gevolg is van de verbranding van fossiele brandstoffen (steenkool, aardolie en aardgas) is ook onbetwist. Het blijkt uit de geleidelijke afname van de koolstofisotoop C14 in het kooldioxide: de CO2 die uit verbranding van fossiele brandstof ontstaat, bevat heel weinig C14. Het blijkt ook simpelweg uit de nationale emissiegegevens. Productie en inzet van fossiele brandstoffen maken al heel lang deel uit van veel nationale economische statistieken en er zijn vele internationaal opererende instituten die deze emissiegegevens verzamelen. Het blijkt dat er jaarlijks ruwweg twee keer zoveel CO2 wordt geproduceerd als er in de atmosfeer wordt teruggevonden. De rest wordt kennelijk opgenomen in de oceanen en vastgelegd in de landvegetatie.

Goed te dateren luchtinsluitsels in het ijs van de Groenlandse ijskap en dat van de Zuidpool en enkele grote gletsjers tonen aan dat de CO2-concentratie van de atmosfeer in de vele eeuwen vóór 1800, dus voordat de industriële revolutie het grootschalige gebruik van steenkool introduceerde, min of meer constant was. Het had een waarde van ongeveer 280 ppm (delen per miljoen). Binnen twee eeuwen is die concentratie met dertig procent opgelopen tot ongeveer 365 ppm.

De theorie achter het natuurlijke broeikaseffect is onomstreden. Het komt erop neer dat niet de hoofdbestanddelen van de lucht (stikstof, zuurstof en argon) maar juist de veel minder geconcentreerd voorkomende gassen als waterdamp en kooldioxide de aarde haar milde temperatuur bezorgen. De kortgolvige straling die de zon uitstraalt, wordt goed doorgelaten. De langgolvige infrarode straling die de aarde zelf uitstraalt, wordt geabsorbeerd en gedeeltelijk naar beneden teruggezonden. Over lange periodes straalt de aarde als geheel evenveel energie uit als zij ontvangt van de zon.

De eigenschappen van waterdamp en al die broeikasgassen waarop de mens invloed heeft (CO2, maar ook methaan, lachgas, cfk's en ozon) zijn goed te meten en kunnen meestal ook theoretisch worden voorspeld. Verrassingen zijn daarin nauwelijks te verwachten en daarom wordt algemeen aangenomen dat het aardoppervlak door de stijgende concentraties broeikasgassen geleidelijk warmer zal worden, al zijn er - strikt theoretisch gezien - ook andere 'oplossingen' mogelijk voor de verstoring van het stralingsevenwicht: minder waterdamp, meer lage wolken, meer terugkaatsing van zonlicht door verwoestijning.

Vast staat dat de temperatuur van het aardoppervlak de laatste 120 jaar langs grillige weg met ongeveer 0,5 graad Celsius is gestegen. In goede overeenstemming daarmee zijn de meeste gletsjers korter geworden. Maar of de verschijnselen het gevolg zijn van een door de mens opgewekt broeikaseffect is niet zeker. Dat komt door de grote natuurlijke variabiliteit van de klimaten: zoiets als een 'constant klimaat' in het Holoceen (het huidige geologische tijdperk) is een fictie gebleken. Door de eeuwen heen hebben zich allerlei veranderingen en verschuivingen voorgedaan die samenhangen met zware vulkaanuitbarstingen, El Niño, veranderende zeestromen, wisselende zonne-activiteit en na-effecten van de ijstijden.

Zo lang niet voldoende bekend is hoe groot de natuurlijke variabiliteit is en welke factoren daarin een rol spelen, kan een waargenomen temperatuurverandering of zeespiegelrijzing niet onweerlegbaar aan een versterkt broeikaseffect worden toegeschreven. Dat verklaart waarom er de laatste jaren zo'n overweldigende belangstelling voor de 'paleoklimatologie' is. Er gaat bijna geen week voorbij of Science en Nature publiceren een nieuwe klimaatreconstructie aan de hand van jaarringonderzoek, pollenanalyse (stuifmeelresten) of onderzoek aan ijskernen en sliblaagjes in oceanen en diepe meren. Het is zeer ongelijksoortig onderzoek waarbij soms klimaatreconstructies worden gemaakt voor de laatste eeuwen, de laatste tienduizenden jaren (met de invloeden van ijstijden en interglacialen), miljoenen jaren (met verschuivingen van de continenten) of zelfs miljarden jaren (met een zon die voortdurtend in kracht toeneemt).

Voor het broeikaseffect dat nu ter discussie staat, zijn de klimaatreconstructies voor de afgelopen honderden en duizenden jaren het interessantst. Voor die tijdspanne zijn opmerkelijke ontdekkingen gedaan. Het blijkt dat de klimaten rondom het noorden van de Atlantische Oceaan, door de inherente labiliteit van het zeestromingspatroon daar, zeer snelle en forse veranderingen kunnen ondergaan. Het valt niet uit te sluiten dat als gevolg van het versterkte broeikaseffect de aanvoer van warm water uit de Golf van Mexico naar Europa komt weg te vallen, waardoor regionaal dus een afkoeling kan optreden.

Op korte termijn hebben zich ook in mondiaal opzicht grote veranderingen voorgedaan. Met tamelijk grote zekerheid staat nu vast dat zich omstreeks de zeventiende eeuw een koele periode voordeed ('de kleine ijstijd') die zich over de hele wereld manifesteerde. Een sluitende verklaring voor deze afkoeling ontbreekt, vaak wordt zij in verband gebracht met een tijdelijk verminderde zonne-activiteit. Onlangs is uit onderzoek aan sedimentlaagjes in de Atlantische Oceaan de conclusie getrokken dat zich in de klimaten rondom de oceaan, en misschien ook elders, ritmische veranderingen voordoen met een periode van ongeveer 1.500 jaar. De kleine ijstijd zou daarvan onderdeel zijn.

Zolang er geen goed zicht bestaat op de natuurlijke variabiliteit van de klimaten zijn ook de diverse computermodellen (General Circulation Models) die voor de voorspelling van de verwachte klimaatverandering worden ingezet, niet naar behoren te toetsen. De reusachtige modellen zijn noodgedwongen maar een grove benadering van de werkelijkheid en ze worden in hun werking voornamelijk aan elkaar getoetst (hoewel ze niet onafhankelijk zijn) en aan de mate waarin ze erin slagen de grillige mondiale opwarming van de laatste 120 jaar te reconstrueren. In de afgelopen tien jaar zijn uitspraken over de verwachte temperatuurstijging en zeespiegelrijzing belangrijk bijgesteld.