Klimaatverandering Deel 2 Antropogene Klimaatverandering : observatie en meting
Module 2.6 Paleo-klimatologisch bewijs van de door de mens veroorzaakte klimaatverandering [1]
Hoe meten we de historische klimaatveranderingen en waarom is de snelheid van de huidige verandering ongezien?
Klimaatontkenners beweren dat ‘het klimaat toch altijd al veranderde’ en er dus niets nieuws is onder de zon. Dat is natuurlijk waar, in die zin dat het klimaat in het verleden inderdaad over periodes van tienduizenden jaren langzaam wijzigde door natuurlijke processen. De paleo-klimatologie stelt ons in staat om de vraag te beantwoorden hoe ongewoon de veranderingen zijn die we vandaag zien.
100.000.000 jaar geleden, toen dinosaurussen tijdens het vroege Krijttijdperk over de planeet zwierven, was het CO2-niveau in de atmosfeer meerdere keren hoger dan vandaag. Er was geen ijs en de wereldwijde temperaturen waren hoger dan vandaag.
De daarop volgende 100.000.000 jaar werd de aanwezige koolstof grotendeels begraven in de aarde door natuurlijke processen.
Maar de afgelopen 100 jaar zijn we die koolstoffen (fossiele brandstoffen dus) in een razend tempo weer aan het opgraven en verbranden. Dit ijltempo is 1.000.000 maal sneller dan de 100.000.000 jaar dat het duurde om de CO2 op te slaan in de aarde. Het verschil in tijdsduur is dus enorm. Met andere woorden: Niet de omvang van de verandering is hier van belang, wel de snelheid van de verandering. Het punt is dat levende wezens en ecosystemen perfect in staat zijn om zich aan te passen aan veranderingen die gespreid zijn over miljoenen jaren, maar niet als de verandering deze omvang én snelheid heeft. Dat gaat ook ons aanpassingsvermogen te boven.
Als op de geologische tijdschaal variaties in CO2 de dominante oorzaak zijn van veranderingen in de mondiale temperatuur, hoe zit het dan met de verschillende ijstijden van de laatste 700.000 jaar?[2] Die kwamen en gingen toch voortdurend zoals je hieronder kan zien (pieken zijn warme periodes, de dalen zijn de ijstijden)?
Ook in die afwisseling van ijstijden en warmere tijden spelen de broeikasgassen koolstofdioxide en methaan een rol. Het feedbackmechanisme van het ijsalbedo dat we eerder al uitlegden, is één verklaring voor het komen en gaan van de ijstijden [3].
Maar we moeten ook de baangeometrie van de aarde ten opzichte van de zon begrijpen. Die baan varieert op grote tijdsschaal. Drie primaire factoren bepalen hoe het geabsorbeerde zonlicht wordt verdeeld over het aardoppervlak en hoe dat het klimaat beïnvloedt gedurende honderdduizenden jaren. De eerste is de excentriciteit van de baan van de aarde om de zon. Hoe excentrischer de baan, hoe groter het verschil tussen het punt waar de aarde zich het dichtst bij de zon bevindt en het verst van de zon. Die excentriciteit varieert over een periode van 100.000 jaar.[4]
Hoe groter die verschillen, hoe extremer de seizoenen. En hoe extremer de seizoenen, hoe groter het potentieel voor veranderingen in ijsbedekking op hoge breedtegraden. En die ijskappen beïnvloeden wereldwijd het klimaat.
De tweede factor is de variatie in de kanteling van de aardrotatie. Die varieert over een periode van ongeveer 40.000 jaar. Vandaag is de kanteling ongeveer 22,5 ° van de verticaal, en dat bepaalt de locatie van de tropen en de poolcirkel.
Maar er zijn momenten waarop die kantelhoek groter is of kleiner. Die variaties bepalen hoeveel zonlicht er wordt opgevangen op hogere breedtegraden en dat bepaalt op zijn beurt de hoeveelheid ijs er is.
Een derde factor is de eigenlijke rotatieas van de aarde. De aarde wiebelt namelijk over een tijdschaal van 20.000 jaar, ongeacht de inclinatie van de as zelf.
De variaties in deze drie factoren, over periodes van 20.000 jaar, 40.000 jaar en 100.000 jaar, beïnvloeden de verdeling van zonlicht op het aardoppervlak. Die beïnvloedt op zijn beurt de aangroei of het smelten van ijs op hoge breedtegraden. Het ijs-albedo-effect beïnvloedt op zijn beurt de algemene temperatuur van de planeet en dat kan leiden tot aanzienlijke veranderingen in temperatuur en ijsbedekking over een langere termijn.
Maar zelfs op deze enorm lange tijdspannes zien we dat de variatie in concentraties van de broeikasgassen CO2 en methaan een belangrijke rol spelen. Zie daarvoor de eerste afbeelding van dit hoofdstuk.
De rol van die broeikasgassen is precies dezelfde in het komen en gaan van de ijstijden op lange geologische termijn, als op de korte historische termijn waarin de door de mens veroorzaakte klimaatverandering optreedt.
Hoe zit het nu eigenlijk met de kortere termijn, zoals bijvoorbeeld de laatste duizend jaar?
Deze periode dateert van vóór de industriële revolutie, maar is recent genoeg om te kunnen putten uit andere soorten bewijs, die we proxy-records noemen[5]. Dat zijn, boomringen, ijskernen, koralen en sedimenten van meren. Het zijn diverse natuurlijke archieven (paleo-klimaatarchieven) waarmee we kunnen documenteren hoe het klimaat varieerde jaren, decennia of zelfs eeuwen terug.
IJskernen: Dat is het ijs dat jaarlijks is opgeslagen in poolgebieden of zelfs op grote hoogte in de tropen, bv. hoog in de Andes of de Himalaya. Vaak is elk jaar erin zichtbaar vanwege jaarlijkse stoflagen in het ijs waarmee we terug kunnen tellen in de tijd. We kunnen veranderingen in de samenstelling van het ijs documenteren. De zuurstof in het ijs[6] bevat isotopen 18 (de zware) en 16 (de lichte).In het ijs blijft de verhouding tussen de twee stabiel. Die verhouding is eigenlijk een functie van atmosferische temperaturen op het moment dat het ijs is ontstaan. De isotopen in de zuurstof van een ijskern vertellen ons de temperatuur toen de zuurstof in het ijs gevangen werd.
Koraalskeletten: Als we een fossiel koraal hebben, kunnen we een chronologie maken van vele eeuwen terug in de tijd. Koraal maakt immers jaarlijkse banden van calciumcarbonaat CO3. Het zuurstofatoom hierin heeft een bepaalde verhouding van de zware isotoop zuurstof 18 en de lichtere isotoop zuurstof 16. Die verhouding in het koraalskelet vertelt ons iets over temperatuur en zoutgehalte van het zeewater waarin het koraal honderden jaren geleden leefde. Een archief van het klimaat!
Boomringen: De jaarlijkse groei van bomen weerspiegelt de klimaatvariaties van jaar tot jaar. De dikte en de dichtheid van de jaarlijkse groeiringen in die boomringen informeren ons over veranderingen in zomertemperaturen toen de ringen aangroeiden.
Tenslotte kunnen we al deze wereldwijde gegevens van ijskernen van de polen en van tropische gletsjers in de bergen, boomringen uit de wouden van de gemiddelde breedtegraad, koralen van de tropische zeeën samen leggen. Zo zijn we in staat om een vrij correct globaal beeld op te bouwen van hoe het klimaat veranderde in het verleden. We kunnen het klimaat uit het verleden reconstrueren en vergelijken en dat informeert ons over klimaatverandering vandaag.
Die vergelijking levert de zogenaamde hockeystickcurve op, die we in onderstaande afbeelding kunnen zien.
Op het einde van de curve zien we het moderne record. We zien dat de abrupte opwarming van de afgelopen 100 tot 150 jaar alles overstijgt wat we kunnen documenteren van de afgelopen duizend jaar. Vandaar de hockeystick.
Er is geen historisch, noch geologisch precedent voor de opwarming en de snelheid ervan. Nergens in onze proxy-gegevens vinden we een bewijs of aanwijzing dat het klimaat op aarde ooit zo snel en zo extreem veranderde, ook niet als we miljoenen jaren teruggaan in de tijd. Bovendien bewijst het wetenschappelijk studiewerk dat van de factoren die de klimaatverandering sturen, de broeikasgassen, koolstofdioxide in het bijzonder, de dominante hefboom zijn in het klimaatsysteem.
Hiermee zijn we aan het einde gekomen van dit hoofdstuk over de Antropogene Klimaatverandering : observatie en meting.
Wil je er nog meer over weten, dan kan je uiteraard terecht in het IPCC AR5 Synthese Report Climate Change 2014: https://www.ipcc.ch/report/ar5/syr/ Observed changes and their Causes in het deel Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland, 39-54.
Onze volgende module 3 neemt ons in hoofdstukken mee in het verhaal van de klimaatmodellen. Begrijpen hoe die worden gemaakt is belangrijk om de resultaten ervan te kunnen begrijpen en interpreteren. Je zal merken dat er heel wat formules komen bij kijken. Zet je al maar schrap, maar hou vol.
[1] Paleoklimatologie is de studie van het klimaat met behulp van gegevens die in de bodem zijn opgeslagen. Klimaatgegevens kunnen uit zeer verschillend materiaal worden afgeleid en er is een grote variatie aan onderzoeksmethoden. ( fossielen, sedimenten, ijs, boomjaarringen, koralen enz)
[2] In geologische termen is dit korte termijn en het wordt het Late Pleistoceen genoemd.
[3] Zie les 10 module 2.5 Albedo=weerkaatsingsfactor zonlicht van sneeuw/ijs. Wit weerkaatst, donker slorpt op.
[4] Momenteel is het aphelium (verste punt) 15,210 miljard km, en het perihelium 14,709 miljard km ; wil je er meer over weten : https://nl.wikipedia.org/wiki/Aarde_%28planeet%29#Cyclische_veranderingen
[5] Een proxy is in de aardwetenschappen een meetbare grootheid die gebruikt kan worden om andere, niet direct meetbare, grootheden uit het geologische verleden te reconstrueren. De te reconstrueren grootheden zijn meestal milieu-gerelateerd, zoals temperatuur, neerslag, oceaanstroming
[6] Ijs is bevroren water en water is H2O. De O = zuurstof
Alle afbeeldingen in deze tekst zijn van SDG Academy en Penn State University online cursus ‘Climate Change, the science’ onder creative common licentie
Reactie toevoegen