Is klimaatopwarming gebakken lucht?

Willem van Wijngaarden geldt als een vooraanstaand wetenschapper. Hij is natuurkundige, werkzaam aan de universiteit van York, Canada, en doet onder meer onderzoek naar het klimaat. Jan van Friesland zocht contact met hem en besprak een aantal thema’s die met het klimaatvraagstuk te maken hebben.

We weten dat CO2 straling absorbeert. Kunt u uitleggen wat CO2 absorptie nu eigenlijk is en waarom die absorptie zorgt voor opwarming van de atmosfeer?

Het is in de eerste plaats belangrijk om vast te stellen dat elk object energie uitstraalt, onder natuurkundigen bekend als Black Body Radiation. Deze straling neemt heel snel toe met de stijging van de absolute temperatuur. De absoluut en in Celsius uitgedrukte temperaturen zijn gerelateerd aan T (Kelvin) = T(C)+273. Daarom komt 0 C overeen met 273 op de Kelvinschaal. Dit betekent dat een warm object zoals de zon veel meer straling geeft dan een object zoals de aarde. De energie straalt via een spectrum van golflengten. Bij de zon, met een oppervlaktetemperatuur van ongeveer 6000 Kelvin, is het stralingsmaximum zichtbaar binnen bepaalde golflengtes. Wat de aarde betreft met een gemiddelde oppervlaktetemperatuur van 15 C of 288 K, is de straling binnen het infraroodspectrum en heeft een maximale intensiteit dicht bij de frequentie (667 cm ^-1 of 15 µm) waar CO2 een sterke absorptie vertoont. .

Het CO2 molecuul is een zogenaamd lineair molecuul dat een zuurstofatoom heeft aan beide zijden van het koolstof atoom. Wanneer nu CO2 het infrarode licht absorbeert op 667 cm ^-1, beweegt het zodanig dat het buigt, dat wil zeggen dat de zuurstofatomen als het ware op en neer springen ten opzichte van het koolstofatoom. Daar komt bij dat het CO2 molecuul, zoals andere gassen als O2, N2 enz. zich beweegt met snelheden van honderden meters per seconde. Daarbij ontstaan vaak botsingen, wat er in resulteert dat de interne energie van het molecuul wordt omgezet in translationele beweging. Temperatuur kan worden opgevat als een meting van de translationele energie.

Waarom zorgt CO2 niet voor veel meer absorptie en dus maar heel weinig extra opwarming?

De atmosfeer van de aarde heeft al veel CO2, dat er voor zorgt dat de absorptie op 667 cm ^-1 wordt verzadigd. Dit betekent dat de toename van temperatuur afhankelijk is van het logaritme van de verandering van CO2 concentratie. Verdubbeling van CO2 van 400 tot 800 ppm zal de temperatuur met 1 C doen stijgen. Om nu nog een 1 C meer op te warmen, zou CO2 opnieuw moeten worden verdubbeld van 800 tot 1600. Met de huidige stijging van 2 ppm/jaar zouden we ongeveer twee eeuwen nodig hebben om CO2 te verdubbelen naar 800 ppm.

Hoe zit dat nu met de feedback CO2 – waterdamp? Mainstream modellen veronderstellen een wel erg hoge positieve feedback. Is die overdreven hoge positieve feedback factor niet de oorzaak van al die catastrofale voorspellingen over opwarming?

Verdubbeling van de CO2 voorspelt een verhoging van de oppervlaktetemperatuur tot bijna 1 C. Dit gegeven is inmiddels goed begrepen en we zien het bevestigd in onze berekeningen. Warmere lucht kan meer waterdamp bevatten. (Chemici wijzen hierbij op de vergelijking van Clausius Clapeyron). Dat is ook voor de hand liggend omdat grote hoeveelheden neerslag alleen ontstaan als het heet en vochtig is. Net als veel sneeuwval gebeurt als de temperatuur rond 0 C is en niet wanneer het extreem koud is.

Waterdamp is het belangrijkste broeikasgas. De reden is dat het op veel meer golflengtes dan CO2 straling absorbeert, zoals ik al aangaf bij je eerdere vraag. En onze atmosfeer bevat bijna 100 keer meer H2O dan CO2 moleculen. Zonder waterdamp zou de aarde met ijs bedekt zijn en er zou geen leven mogelijk zijn. De vraag is hoe waterdamp zich verhoudt tot de temperatuursverhoging als er een verdubbeling van de CO2 plaatsvindt. Dit staat bekend als de zogenaamde waterfeedback en het is erg moeilijk te schatten.

De verhoging van 1 C verwarming veroorzaakt door verdubbeling van de CO2, varieert van geen verandering in waterdamp tot +60% als men er vanuit gaat dat de relatieve vochtigheid niet verandert. Als je voor verschillende theoretische voorspellingen wordt geplaatst, moet je gewoon meten. Onderzoek met ballonnen op grote hoogte en satellietmetingen tonen geen grote stijging aan van de waterdamp over de laatste 50 jaar.

Deze discussie gaat alleen nog over waterdamp, niet over wolken. Meer waterdamp zou misschien meer wolken, dikkere wolken, een hoger niveau van cirrusbewolking enerzijds en lagere niveau van cumuluswolken anderzijds inhouden. Wolken zijn bepalend voor temperatuur. Overdag dalen de temperaturen wanneer wolken de zon afdekken, in de nacht warmen de wolken het aardoppervlak op. Iedereen realiseert zich dat wolken bepalend zijn voor hoe het klimaat zich manifesteert. Jammer genoeg staat ons wetenschappelijk begrip hiervan nog in de kinderschoenen.

Waarom is de rol van de oceanen zo belangrijk in het begrijpen van het klimaat?

Een vloeistof zoals water heeft een veel hogere dichtheid dan lucht en kan daarom veel meer thermische energie absorberen, wat wordt getransporteerd door oceaanstromingen. De meest bekende is de golfstroom die warm water transporteert van de Golf van Mexico naar Noord Europa. Dit is ook de reden dat landen zoals Nederland een veel warmer klimaat hebben dan streken op dezelfde breedtegraad als Labrador.

Oppervlaktetemperaturen van oceanen variëren in de tijd. Een van de bekendste is de zogenaamde El Nino Southern Oscillation (ENSO) die een verandering van de oppervlaktetemperatuur laat zien in de Zuid Pacific. Soms verspreidt zich een enorme bak warm water bij Australië richting Zuid Amerika. Dit verwarmt de lucht met beduidende verandering van neerslag langs de westkust van Noord en Zuid Amerika. Helaas kunnen we zowel de ENSO alsook andere patronen zoals de North Atlantic Oscillation (NAO) niet voorspellen. Deze temperatuurverlopen kennen we al sinds eeuwen. In het geval van de NAO wisten de Vikingen al dat relatief koude Europese winters corresponderen met warmere winters in Groenland en IJsland en omgekeerd.

Presentatievideo van Willem van Wijngaarden:

We have analyzed hourly temperature and humidity observations made at Canadian airports over the last 60 years. The data is first examined to measure it correctly. Sometimes instruments change, causing a sudden jump in the temperature. If they are not taken into account one may falsely conclude climate has changed. We found temperatures have increased during winter and spring by 5 degrees centigrade (5C) on the prairies and Western Arctic while in the rest of Canada not much has changed contrary to media hype.

“Er is een groep van intelligente mensen die weet dat het voorspellende vermogen van de klimaatmodellen onder de maat is. Als je ze privé spreekt zijn er onderzoekers die twijfels hebben maar ze zijn bang om zich in het publiek te uiten omdat het hun loopbaan negatief kan beïnvloeden.”

In uw boek “Is Global Warming Hot Air?” schrijft u dat veel klimaatonderzoekers geen vraagtekens meer stellen bij de correctheid van de klimaatmodellen. Waarom gaat men er maar vanuit dat de voorspellingen kloppen?

Het is jammer dat veel klimaatonderzoekers geen vraagtekens zetten bij de werking van klimaatmodellen, vooral als de metingen de voorspellingen weerspreken. Een van de meest bekende tekortkomingen was dat de gemiddelde temperatuur op aarde stagneerde na 2000, wat we de hiatus noemen. Voor het in elkaar sleutelen van een klimaatmodel op wereldschaal is de schatting nodig van veel parameters. Wetenschap komt altijd vooruit als de theorie met de observaties wordt vergeleken. Ik val de oprechtheid van de modelmakers niet af, maar een accuraat werkend klimaatmodel is een grote uitdaging.

Veel wetenschappers in de VS en Canada delen niet uw mening? Waarom niet?

Het is een ongelukkige situatie dat wanneer je op een klimaatconferentie de discrepantie tussen klimaatmodellen en waarnemingen aan de orde stelt, altijd maar weer het refrein hoort: ‘Maar de klimaatmodellen voorspellen allemaal hetzelfde.’ Vaak noemt men de resultaten van de klimaatmodellen zelf als geobserveerde data. Dit is onzin.

Wetenschap is niet gebaseerd op opiniepeilingen. Dat weten we al in de eerste klas van de lagere school. Als de meester vroeg wat 7 maal 12 was, hielden we geen peiling in de klas, maar we keken wat de beste leerling voor antwoord gaf. Er is een groep van intelligente mensen die weet dat het voorspellende vermogen van de klimaatmodellen onder de maat is. Als je ze privé spreekt zijn er onderzoekers die twijfels hebben maar ze zijn bang om zich in het publiek te uiten omdat het hun loopbaan negatief kan beïnvloeden.

U hebt vooraanstaande posities bekleed bij de American Physical Society en de Canadian Association of Physics. Hoe kan er een gezond wetenschappelijk debat ontstaan tussen klimaatwetenschappers?

Ik probeer data te presenteren als ik spreekbeurten geef. Het is moeilijk om een thermometer of een satellietspectrometer tegen te spreken, zeker ook nog als je onzekerheidsmarges aangeeft bij elke bevinding. Mensen uit het publiek benaderden mij dan en zeiden: ‘het is mooi om data te zien’ en ‘de data ondersteunen de hysterie niet…’

De gemiddelde aardoppervlakte temperatuur sinds 1850 is gestegen bij ongeveer 1 C. Voor een deel komt dit zonder twijfel door de toename van broeikasgassen, maar veel kan worden verklaard met natuurlijke variatie. De gemiddelde mondiale temperatuur was warmer tussen de jaren 1920 en 1940, maar kouder tussen 1950 en 1980. Daarna werd het warmer tot de hiatus na 2000. De oorzaken voor deze decadale variaties zijn nog niet goed begrepen.

Onze berekeningen en ook die van anderen laten zien dat bij heldere hemel, een verdubbeling van broeikasgassen zoals CO2, CH4 and N2O en mee inbegrepen een H2O terugkoppeling, de aarde opwarmt met 1.5 tot 2 C. De klimaatmodellen voorspellen een opwarming zo hoog als 5.5C. We mogen er vanuit gaan dat verdubbeling van CO2 een aantal eeuwen gaat duren.

Het stoppen met het gebruik van fossiele brandstoffen zal onze levensstandaard aanzienlijk verlagen. Zuinig zijn met energie is altijd prima, maar de derde wereld verbieden zich te ontwikkelen in inhumaan. Kortom, de claim dat de wereld ten onder gaat in minder dan tien jaar als we de uitstoot van broeikasgassen niet stoppen, is niet alleen gebaseerd op slechte wetenschap, maar is armetierig politiek beleid.

Hoe beteugelt de wetenschap zelf de door u in uw boek genoemde klimaathysterie?

Het boek “Is Global Warming Hot Air?” was geschreven voor een breed publiek. Ik ben er wel zeker van dat sommigen uit de klimaatwereld boos zijn, maar dat kan mij niets schelen.

U bent in diverse onderzoeksvelden werkzaam, van toegepaste natuurkunde zoals laser-isotopenonderzoek, ultra koude atomen maar ook monitoring van milieuvervuiling. Is een multidisciplinaire attitude belangrijk bij onderzoek? Ook bij klimaatonderzoek?

Het begrijpen van zo’n omvattend verschijnsel als het aardse klimaat houdt in dat er diverse disciplines zoals Natuurkunde, Chemie, Geologie en Biologie een rol spelen. Hoe planten reageren op een toename van CO2 is belangrijk. Planten groeien namelijk beter bij hogere concentraties CO2. Broeikassen voeren dus extra CO2 aan. NASA schattingen gaan uit dat 15% van de toegenomen landbouwproductiviteit in de 20ste eeuw kan worden toegeschreven aan toename van CO2 in de atmosfeer. Bovendien, zijn bij hogere concentraties CO2 de openingen in het blad, die stomata worden genoemd, kleiner waardoor er minder water nodig is. Dit wordt als oorzaak gezien waarom de gebieden rond woestijnen aan het vergroenen zijn. Wil men het toekomstige klimaat voorspellen, dan is het noodzakelijk de onvoorziene subtiele effecten te begrijpen.

Hoe reageren uw kinderen op doemverhalen van klimaatactiviste Greta Thunberg?

Mijn kinderen zijn vrij nuchter. Mijn jongste dochter studeert engineering en kreeg de volgende opdracht. Zij probeerde diplomatiek te beantwoorden want de onderwijzer was erg links, zeg ‘politically correct’.

Schrijf in een ½ bladzijde een opiniebijdrage over de mondiale klimaatstaking die door Greta Thunberg is geleid:

Greta Thunberg can easily be termed the ideal leader of the Global Climate Strike. The passionate young lady coming from a historically neutral country has inspired people around the world from all walks of life. Her courage and actions as well as words are heartening for everyone. I admire her ambition and will to speak up, she is doing more than most teenagers her age. However, I question if she really has any understanding of the science behind climate given how much school she misses. The science of climate change is not fully understood by anyone, but the field is full of many people who enjoy making predictions that lack accuracy. Despite this, Greta Thunberg has managed to appeal to a new generation to fight for issues such as pollution and irresponsible use of resources. Her Global Climate Strike is about more than climate, it is about empowering young people to speak up and take an active role in shaping the kind of world we live in.

In Nederland is er het initiatief van CLINTEL ontstaan om het wetenschappelijke debat breder te trekken en niet alleen CO2 als oorzaak te zien van opwarming. CLINTEL heeft uw steun. Zetten zulke initiatieven wel zoden aan de dijk?

We moeten gewoon geduldig zijn en op een fatsoenlijke manier aangeven in welke mate de metingen de klimaatmodellen tegenspreken of ondersteunen. De meest slechte uitkomst voor de klimaatfanatici is als regeringen hun voorgesteld beleid uitvoeren. Als mensen eenmaal met een opwaartse belastingspiraal worden geconfronteerd van olie en aardgas, zullen ze in opstand komen. Die belastingen zullen dan weer dalen en het beleid uitgesteld.

Net als iedereen wil ik graag het milieu beschermen en verbeteren. Ik steun daarom volop energiebesparing en ben voor meer onderzoek. Helaas heeft de verbetering van de batterij laten zien dat dit soort ontwikkelingen heel moeilijk kunnen zijn, ook na een eeuw van beproevingen. Maar een beter begrip van het klimaat door meer satellietmonitoring en ook land- en oceaanmetingen zou een internationale prioriteit moeten hebben.

(Met dank aan Guus Berkhout voor zijn inhoudelijke inbreng!)

CV Willem van Wijngaarden.