KNAW begrijpt het broeikaseffect niet

Gastblog van Dr. Ir. D. Thoenes
Emeritus hoogleraar chemische proceskunde TU Eindhoven

Vorige week verscheen het KNAW-rapport “Klimaatverandering, wetenschap en debat”. Zoals velen heb ook ik daar kritiek op.

Eerst wil ik opmerken dat ik zelf weliswaar wetenschapper ben, maar eigenlijk nog meer ingenieur. Ik heb mij bezig gehouden met de invloed van transportverschijnselen in chemische reactoren. Diezelfde transportverschijnselen bepalen de processen in de atmosfeer.

Ook heb ik ruime ervaring met het evalueren van wetenschap en het toepassen daarvan. Daardoor heb ik mij getraind in het bekijken van complexe processen als geheel. Niet alleen in chemische reactoren, maar ook in de atmosfeer zijn de processen veel ingewikkelder dan in het laboratorium. Dat komt omdat er zich op grotere schaal meer concentratie- en temperatuurgradiënten voordoen.

Het klimaat is een voorbeeld van een uiterst ingewikkeld complex van processen. Dit complex is opvallend stabiel en heeft door de millennia heen de temperatuur van het aardoppervlak binnen nauwe grenzen constant gehouden.         

Het broeikaseffect
De betekenis van het “broeikaseffect” van kooldioxide is nog vrij onzeker. We weten helemaal niet of de grote hoeveelheden kooldioxide die de mens in de atmosfeer brengt een wezenlijke invloed op het klimaat kunnen hebben. De “broeikastheorie”, toegepast op de atmosfeer, is nog steeds niets meer dan een hypothese. Vele onderzoekers vinden dat die hypothese inmiddels weerlegd is en dat het broeikaseffect, voor zover aanwezig, vrijwel volledig wordt gecompenseerd door andere effecten. Ondanks de aanzienlijke toename van het CO₂-gehalte van de atmosfeer sinds het midden van de vorige eeuw, is de gemiddelde wereldtemperatuur in die periode nauwelijks gestegen (na een daling tot 1979 was er een stijging tot 1998 en daarna weer een lichte daling). Dit is op zich al een aanwijzing voor het bestaan van deze compensatie.

Hoewel het eerste deel van de KNAW brochure een relativerende en verstandige indruk maakt, staan er verderop een paar opvallende onjuistheden in. Deze hebben vooral te maken met het weglaten van relevante zaken en met het verwarren van hypotheses en conclusies. Bovendien worden bekende punten van kritiek niet genoemd. Daardoor heeft het rapport toch een alarmistisch karakter, wat vooral blijkt uit de conclusies (die hier heten: “Samenvattende statements”).

De brochure
In het rapport troffen mij vooral de volgende zaken:

Over het IPCC: dit had niet de opdracht om “informatie over de oorzaken en effecten van klimaatverandering” te verzamelen, maar om “informatie over de invloed van de mens op klimaatverandering” te verzamelen. Daardoor werden lange tijd natuurlijke invloeden bewust buiten beschouwing gelaten. En daardoor zijn velen op het verkeerde been gezet, als zou de mens het klimaat kunnen beheersen.

Over de definitie van klimaat: hier ontbreekt het belangrijke onderscheid tussen het klimaat van een bepaalde plaats of regio (zoals Van Dale het ook definieert) en het gemiddelde wereldklimaat. Dit laatste is een complex begrip en in feite moeilijk te concretiseren. Allereerst vanwege de noodzaak van wereldwijde metingen, en vervolgens vanwege de noodzaak van een moeilijke statistische behandeling van de meetresultaten. Daarom kunnen wij klimaatverandering (op wereldschaal) nog niet voldoende nauwkeurig bepalen. Hierin schuilt een belangrijk deel van de klimaatproblematiek. Verder is het belangrijk om op te merken dat de veranderingen in lokale klimaten (zoals in West Europa) veel groter kunnen zijn dan die in het wereldklimaat.

Ook in dit rapport lezen we dat de stijging van het CO₂-gehalte van de atmosfeer  met zekerheid veroorzaakt wordt door menselijke activiteit. Dit lijkt inderdaad  aannemelijk, maar is allerminst zeker. Het vervelende is namelijk dat we de stofbalansen niet nauwkeurig genoeg kennen. Er bestaan enkele grote CO₂-stromen in de natuur, die samen ongeveer 25 x groter zijn dan de menselijke CO₂-productie. Dit zijn vooral de opname van CO₂ door groene planten, de productie door rottende vegetatie, de absorptie in koud oceaanwater en de desorptie uit warm oceaanwater. We kennen de grootte van deze stromen maar bij benadering. Ze kunnen echter onafhankelijk van elkaar fluctueren en door deze fluctuaties zal het CO₂-gehalte van de atmosfeer veranderen. De daarbij behorende tijdconstanten zijn onbekend, maar die kunnen best in de orde zijn van enkele decennia of eeuwen. En we moeten bedenken dat de natuurlijke buffers van CO₂ in de oceanen en in de biomassa samen tientallen malen groter zijn dan de hoeveelheid CO₂ in de atmosfeer. Men heeft niet kunnen aantonen dat de stijging van CO₂-gehalte niet veroorzaakt wordt door fluctuaties in de natuurlijke stromen. De ¹⁴C-metingen zijn daarvoor niet nauwkeurig genoeg.

Verder wordt ook in dit rapport als zekerheid verkondigd dat “de fysica van het broeikaseffect” bekend is. Dit is een gebruikelijke denkfout. Deze fysica is alleen in het laboratorium onderzocht en is nooit in de atmosfeer aangetoond. In de atmosfeer treden gelijktijdig nog vele andere verschijnselen op, die het broeikaseffect kunnen overschaduwen of compenseren (zie mijn toelichting aan het eind van dit verhaal).

Ook de rol van wolken wordt onderschat. “Uit waterdamp ontstaan wolken die zonnestraling kunnen tegenhouden”. Dat is zo, maar er wordt niet vermeld dat de wolken een belangrijke rol spelen bij de uitstraling van warmte naar het heelal. Meer wolken, meer uitstraling. Wolken dragen in een belangrijke mate bij aan een negatieve terugkoppeling.

Zoals gebruikelijk in alarmistische kringen, wordt in dit rapport ook de invloed van de zon gebagatelliseerd. Er staat bijvoorbeeld: “in klimaatmodellen waarin met de zon rekening wordt gehouden, blijkt haar invloed klein te zijn”. Zouden die modellen misschien onvolledig kunnen zijn? Verder lezen we: “Er wordt gespeculeerd over andere manieren waarop de zon een rol van betekenis zou kunnen spelen, maar tot op heden zijn er geen overtuigende mechanismen naar voren gebracht”. Die zijn er echter wél en dat zijn geen speculaties, maar resultaten van serieus wetenschappelijk onderzoek. Henrik Svensmark en anderen vonden dat de invloed van de zonnewind in wisselwerking met kosmische straling (op het klimaat) groter kan zijn dan het broeikaseffect van CO₂.

Aan het eind van het rapport wordt gesteld: “Tot er misschien nieuwe inzichten komen, is er geen reden de betrouwbaarheid van alle projecties voor de nabije toekomst in twijfel te trekken op grond van onbegrepen variaties in zonnestraling”. Dit is misleidend. Er zijn verschillende belangrijke natuurlijke effecten, waaronder de invloed van de zonnewind en de variatie in de oceaanstromingen, die niet of niet goed in rekening kunnen worden gebracht. Daarom is er juist alle reden voor ernstige twijfel aan de projecties.

De  “samenvattende statements”
“Ongeveer de helft van het door de mens extra geproduceerde kooldioxide blijft in de atmosfeer. De rest wordt door de oceanen en de landvegetatie/-bodem opgenomen”.

Dit is een gebruikelijke denkfout. Van alle kooldioxide die de atmosfeer binnenkomt, van natuurlijke bronnen en van de mens (totaal ongeveer 160 Gton C/jaar), wordt 98% door de natuur opgenomen. Er blijft 2% in de atmosfeer achter. Deze zorgt voor de gemeten verhoging van het CO₂-gehalte in de atmosfeer. De natuur kan immers bij het opnemen van CO₂ geen onderscheid maken naar de bron! Inderdaad, als men de ophoping van CO₂ optelt, blijkt dat ongeveer de helft te zijn van wat de mens er in brengt. Maar uit deze stofbalans blijkt, dat wanneer de natuurlijk opname een paar procent zou stijgen, de ophoping nul wordt. Dit is natuurlijk volkomen speculatief, maar het is wel een reden om eens goed te onderzoeken wat de achtergrond is van het feit dat de absorptie 98% van de inkomende stroom is! Waarom niet 97 of 99%?

Verder staat er te lezen: “De huidige klimaatmodellen verklaren klimaatveranderingen in de 20e eeuw in hoge mate. Volgens deze modellen is de waargenomen stijging van de gemiddelde temperatuur op aarde niet goed te verklaren zonder het effect van de door de mens extra geproduceerde broeikasgassen in de berekeningen te betrekken”. Deze uitspraak is onverantwoord, omdat hierbij uitgegaan wordt van kwantitatieve kennis van het  broeikaseffect van CO₂ , die in feite onzeker is.

De conclusies besluiten met de opmerking:  “Minieme veranderingen kunnen grote gevolgen hebben voor het klimaat”. Dit veronderstelt een inherente instabiliteit van het wereldklimaat. Daarvoor zijn geen aanwijzingen. De uitspraak is derhalve ongefundeerd.

Hierbij wil ik nog eens onderstrepen dat men het broeikaseffect van CO₂ niet los kan zien van alle andere verschijnselen in de dampkring. Dat wil ik hierna toelichten:

Klimaat is in de eerste plaats het gevolg van energietransport. We kunnen daarbij onderscheid maken tussen horizontale en verticale energietransporten.

Het verticale energietransport is buitengewoon ingewikkeld. Daarbij spelen een rol: instraling van de zon, absorptie van kortgolvige straling door wolken en atmosfeer, reflectie aan wolken en aan het aardoppervlak, absorptie van straling  in water en op land, verdamping van water, transport van waterdamp omhoog, condensatie, wolkenvorming en regen (negatief energietransport), convectie, thermiek, infraroodstraling vanaf het aardoppervlak omhoog, absorptie van infrarood door wolken en broeikasgassen, emissie van infrarood (omhoog) door wolken en broeikasgassen, warmte-uitwisseling tussen lucht en wolken. Sommige van deze processen verlopen trapsgewijs, van de ene wolkenlaag naar een hogere. En ze verlopen bij sterke verticale temperatuur- en drukgradiënten. Tenslotte wordt de ingestraalde zonne-energie weer uitgestraald (als warmtestraling) door wolken en door CO₂ op grote hoogte. CO₂ zorgt dus in principe voor opwarming maar ook voor afkoeling. Het zogenaamde “broeikaseffect” van CO₂ is maar een kleine schakel in dit complex van processen, die elkaar wederzijds beïnvloeden.

De opmerking dat “de fysica van het broeikaseffect van kooldioxide” voldoende bekend is slaat alleen op laboratoriumproeven. Er zijn nog maar weinigen die het samenspel van al deze processen in de atmosfeer hebben bestudeerd.

Wel is bekend dat verdamping van water en convectie (en niet straling) de belangrijkste verticale energie-transportprocessen zijn. En dat wolkenvorming een sterk regulerend effect heeft.

Dit samenspel van processen verloopt wezenlijk anders boven de oceanen (70% van het aardoppervlak), vochtige grond (ongeveer 20%), droge grond (ongeveer 10%) en ijsvlakten (ongeveer 2%). En ze verlopen anders in polaire zones, in gematigde zones en in de tropen.  Boven oceanen in de tropen is verdamping plus convectie van overheersend belang. Deze zijn, in absolute termen, zeer groot en spelen een belangrijke rol bij de regeling van de temperatuur op aarde.

Dan is er natuurlijk nog horizontaal energietransport, voornamelijk via oceaanstromingen, van de tropen naar de polaire zones. Deze zijn niet constant maar variëren voortdurend enigszins van grootte en richting. Als bijvoorbeeld bij de noordpool meer drijfijs afsmelt, komt dat doordat er toevallig iets meer warm water van de tropen naar het noorden stroomt. In diezelfde tijd groeit het drijfijs aan de zuidpool juist aan. Deze grillige veranderingen kunnen het gemiddelde wereldklimaat wezenlijk beïnvloeden.

Daarnaast speelt energietransport door de wind een belangrijke rol op kleinere schaal, vooral van zee naar land en omgekeerd.

De combinatie van al deze energie-transportprocessen bepaalt het klimaat op alle plaatsen op aarde. Door een bepaalde middeling volgt hieruit het “wereldklimaat”. Er bestaan veel negatieve terugkoppelingen waardoor het wereldklimaat zeer stabiel is.

Dick Thoenes is o.m. emeritus hoogleraar chemische procestechnologie, Technische Universiteit Eindhoven, en oud-voorzitter van de chemievereniging KNCV. Hij schreef de laatste jaren verschillende artikelen over de klimaatproblematiek en samen met Hans Labohm en Simon Rozendaal het boek: ‘Man-Made Global Warming: Unravelling a Dogma.’