Kritiek op enkele gangbare ideeën over het broeikaseffect van CO2

Dick Thoenes.

Hier wil ik bezwaren formuleren tegen vijf belangrijke klimaatideeën, die vrij algemeen aanvaard lijken te zijn. Zij worden niet alleen verspreid door het IPCC, maar ook door de meeste politici en journalisten. En inderdaad ook door sommige wetenschappers.

Relatieve betekenis van straling vanaf het aardoppervlak
De warmte die door de zon naar het aardoppervlak wordt gestraald wordt door drie mechanismen naar de atmosfeer overgedragen:

– Verdamping van water uit oppervlaktewater en uit vochtige grond, gevolgd door condensatie op grotere hoogte.
–  Warmteoverdracht door convectie, zowel vrije convectie (opstijgende warme lucht) als gedwongen convectie (door de wind).
– Infraroodstraling die weer wordt geabsorbeerd door broeikasgassen en door wolken.

In de atmosfeer wordt de energie overgedragen naar hogere lagen en wordt uiteindelijk naar het heelal uitgestraald.

Het belang van het energietransport van het aardoppervlak naar de atmosfeer neemt in deze volgorde af: verdamping is de belangrijkste en straling is de minst belangrijke. De betekenis van straling wordt vaak sterk overdreven, zoals wordt getoond in het bekende schema van Trenberth en Kiehl.

Dit diagram is volgens mij op één punt onjuist. Hierin worden twee grote stralingsstromen in tegengestelde richtingen weergegeven, een opgaande en een neergaande stroom.  Hoewel uit theoretisch gezichtspunt beide stromen kunnen worden voorgesteld, vindt energietransport alleen plaats door de netto straling van hogere naar lagere temperatuur, dus in één richting, en die stroom is vele malen kleiner dan de stromen volgens Trenberth.

Het netto energietransport door straling wordt bepaald door het verschil in temperatuur van het aardoppervlak en van de onderste laag van de atmosfeer. Het effect van straling is ongeveer even groot als het effect van “vrije convectie”, opstijgende warme lucht bij windstilte. Het effect van warmteoverdracht onder invloed van de wind is veel groter, en het effect van verdamping van water uit vochtige grond is nog weer veel groter.

De gangbare voorstelling van zaken waarbij de warmteafvoer van het aardoppervlak voor het overgrote deel plaats vindt door straling, die een aanzienlijk broeikaseffect mogelijk maakt, is mijns inziens onjuist. Het feit dat de effectieve overdracht door straling in feite zo betrekkelijk klein is (boven land 10-20% van het totaal), betekent dat het broeikaseffect, zeker bij aanwezigheid van verdamping van water, relatief klein is. En het kan boven de oceanen (70% van het aardoppervlak) zelfs helemaal niet optreden. Daar vindt vrijwel alle energieoverdracht plaats door verdamping.

Het begrip “climate sensitivity”
Het begrip ”climate sensitivity”, dat wordt gebruikt om de toekomstige temperatuurstijging ten gevolge van meer CO2 te voorspellen, is volgens mij een onjuist concept. Het zou betekenen dat bij verdergaande stijging van het CO2-gehalte van de atmosfeer de temperatuur voortdurend blijft toenemen, zij het steeds langzamer. Laten we bijvoorbeeld  aannemen dat die sensitivity 1°C bedraagt, dan zou de temperatuur dus 1°C toenemen als het CO2-gehalte bijvoorbeeld wordt verdubbeld van 400 naar 800 ppm, maar ook als het weer wordt verdubbeld van 800 naar 1600 ppm. Dit is zeker onjuist en in strijd met de stralingswet van Lambert-Beer. Deze voorspelt dat bij toenemend CO2-gehalte de absorptie, de warmteontwikkeling en dus de temperatuur van de lucht “asymptotisch” naderen tot een maximum. Uit schattingen volgt dat dit maximum ongeveer een graad hoger ligt dan de huidige temperatuur. De atmosfeer kan dus niet meer dan ongeveer een graad opwarmen, al wordt er nog zoveel CO2 uitgestoten. Het gebruik van de “climate sensitivity” als een constante, om de toekomst te voorspellen, leidt tot een onrealistische temperatuurstijging en is principieel onjuist.

Terugkoppeling door waterdamp
De alarmerende voorspellingen van  het IPCC zijn gebaseerd op een combinatie van het effect van CO2 en de “positieve terugkoppeling” (versterking) door waterdamp. Dat deze terugkoppeling positief is, is niet meer dan een veronderstelling. Die is volgens mij speculatief en onwaarschijnlijk. Een positieve terugkoppeling leidt immers tot het uit de hand lopen van een situatie. Dit is in de geologische historie nog nooit gebeurd, ondanks allerlei klimaatverstoringen die zijn opgetreden. Als er een positieve terugkoppeling zou hebben bestaan, zou de temperatuur van de oceanen ooit wel eens tot 100 graden moeten zijn opgelopen, met vernietiging van alle leven. Dat is nooit gebeurd.

Een negatieve terugkoppeling leidt daarentegen tot een stabiel systeem. En die treedt zeker op. Meer warmte → meer verdamping → meer wolken → minder instraling → minder warmte. Dit geeft een stabilisatie, een soort thermostraatwerking.

We kunnen dus met vrij grote zekerheid aannemen, dat de terugkoppeling door waterdamp voornamelijk negatief is en dat de maximaal nog mogelijke temperatuurstijging van de atmosfeer dus onder de 1 graad zal liggen.

Gevolgen van menselijke CO2-uitstoot
Er leeft een idee dat ongeveer de helft van de door de mens uitgestoten CO2 in de atmosfeer achterblijft. Dit is volkomen onjuist. Uit de stofbalansen blijkt, dat van alle CO2 die de atmosfeer binnenkomt, ongeveer 97,5% wordt geabsorbeerd en dus ongeveer 2,5% van alle CO2 die de atmosfeer binnenkomt (ook van menselijke afkomst), daar achterblijft. De grootten van de betreffende stromen zijn ongeveer: absorptie in en desorptie uit de oceanen: 90 GtC/jaar, absorptie door en desorptie uit de biosfeer: 60 GtC/jaar, uitstoot door menselijke activiteiten 8 GtC/jaar (een GtC betekent een gigaton koolstof), in totaal 158 GtC/jaar. We meten in de lucht een stijging van de CO2-concentratie van 2 ppm per jaar, dat komt overeen met 4 GtC. Er is dus blijkbaar 154 GtC/jaar door de natuur opgenomen, dat is 154/158 = 97,5%.   De 4 GtC die achterblijft is gelijk aan 2,5% van de binnenkomende hoeveelheid van 158 GtC. Deze getallen zijn niet precies maar geven ongeveer-waarden aan. Het is voor zover ik weet onbekend door welke natuurlijke factoren het getal 97,5% wordt bepaald. Dit is wel erg belangrijk, want een zekere (natuurlijke) fluctuatie van dit getal, bijvoorbeeld tussen 97 en 98%, zou ongeveer evenveel invloed hebben op het CO2-gehalte van de atmosfeer als een toename of afname van de menselijke uitstoot, van bijvoorbeeld 1 GtC/jaar. Dit gegeven is van groot belang bij overwegingen om de uitstoot van CO2 te beperken. Uit paragraaf 2 blijkt overigens dat zo’n beperking toch al erg weinig effect kan hebben.

Er wordt ook wel eens beweerd dat de gemiddelde verblijftijd van CO2 in de atmosfeer tientallen of honderden jaren zou zijn. Dit is onzin. De gemiddelde verblijftijd is per definitie de totale hoeveelheid CO2 in de atmosfeer (750 GtC) gedeeld door de uitgaande stroom (154 GtC/jaar) ≈ 5 jaar.

Opwarming van de aarde?
Er zijn veel mensen die menen dat “de aarde opwarmt” en dat dit komt door het verstoken van fossiele brandstoffen. Ik vind beide opinies zeer twijfelachtig. Met opwarming van “de aarde” wordt gedoeld op gemiddelde temperatuurstijging in de atmosfeer. We kunnen niet vaststellen of op dit moment de atmosfeer opwarmt. We kunnen wel naar het verleden kijken en nagaan wanneer en hoeveel de atmosfeer is opgewarmd. We kunnen ook proberen om mogelijke opwarming in de toekomst te voorspellen.

In de periode sinds 1945, waarin het gebruik van fossiele brandstoffen voortdurend steeds sterker toenam, is het CO2-gehalte van de atmosfeer enorm gestegen. De gemiddelde temperatuur van de atmosfeer is inderdaad merkbaar gestegen (0,4°C) maar dat gebeurde  in de jaren 1979-1998. Van 1945-1979 is de gemiddelde temperatuur iets gedaald en na 1998 is er geen duidelijke verandering gemeten .Er was ook een merkbare opwarming (ook van 0,4°C) in de jaren 1900-1940, maar die moet zeker een andere oorzaak gehad hebben. Sinds het begin van deze eeuw is dus geen opwarming meer gemeten. Men spreekt nu van een “opwarmingspauze” (of “hiatus”), alsof men zeker zou kunnen weten dat die opwarming weer moet doorgaan. Dat getuigt van een merkwaardige arrogantie.

Als je objectief kijkt naar de temperatuurcurven sinds 1945, dan kan je werkelijk geen belangrijke opwarming vaststellen. De netto opwarming van enkele tienden van een graad  duidt niet op een  significante invloed van de mens,  gezien de natuurlijke fluctuaties die ook optreden en die enige tienden van graden kunnen bedragen en gezien de onnauwkeurigheden bij het middelen van globale temperaturen (of van variaties daarin). Bovendien is die opwarming niet belangrijk.

Er is ook geen correlatie te vinden tussen de gemiddelde temperatuur en de CO2-concentratie, behalve dan in de korte periode 1979-1998.

Deze vijf deze bezwaren wijzen alle in dezelfde richting, namelijk dat het effect van de door de mens uitgestoten CO2 op de temperatuur van de atmosfeer veel kleiner is dan in het algemeen wordt aangenomen. De menselijke uitstoot is volgens mij dan ook niet eens echt belangrijk.