klimaat

Lu's theorie blijkt ongeveer 97% nauwkeurig de temperatuurschommelingen op het aardoppervlak te voorspellen. Bron: Lu.

Studie: Niet CO2, maar CFK’s oorzaak opwarming

45 reacties / Analyses, Mensheid, Misvattingen / Door / 31 mei 2013

Niet de gedoodverfde boosdoener koolstofdioxide, maar CFK’s veroorzaken de globale opwarming sinds de jaren zeventig. Dat suggereert nieuw onderzoek van de University of Waterloo dat in het tijdschrift International Journal of Modern Physics B is gepubliceerd op 30 mei 2013.

CO2 bekend broeikasgas, maar…
Uit onderzoek van de negentiende eeuwse natuurkundige Svante Arrhenius, die het infrarood-blokkerende effect van kooldioxide al vroeg ontdekte,  bleek al dat kooldioxide een broeikaseffect opwekt. Volgens hem zou een verdubbeling van de hoeveelheid kooldioxiode in de atmosfeer, van toendertijd 350 ppm naar 700 ppm, een opwarming van vier tot acht graden tot gevolg hebben. Op dit moment is het kooldioxidegehalte gestegen naar 400 ppm; door de wetenschappelijke gemeenschap wordt één graad temperatuurstijging hieraan toegeschreven, ook door klimaatdissidenten als Henrik Svensmark. Volgens de mainstream klimaatwetenschappers is het werkelijke broeikaseffect veel groter. Uit klimatologische waarnemingen blijkt echter dat de temperaturen sinds 2002 niet verder stijgen, volgens sommigen zelfs dalen, terwijl het CO2 gehalte nog steeds oploopt. Wat is er aan de hand?

Lu's theorie blijkt ongeveer 97% nauwkeurig de temperatuurschommelingen op het aardoppervlak te voorspellen. Bron: Lu.
Lu’s theorie CRE blijkt ongeveer 97% nauwkeurig de temperatuurschommelingen op het aardoppervlak te voorspellen. Bron: Lu.

Smal stralingsvenster als uitlaatklep
De aarde wisselt voortdurend energie uit met de omgeving. De voornaamste bron van energie is zonnestraling, voornamelijk zichtbaar licht, die wordt geabsorbeerd en  in de vorm van infrarode straling weer af wordt gegeven. De reden dat de aarde vijftien graden wamer is dan bijvoorbeeld de maan, en dat de temperaturen op aarde in de nacht maar weinig dalen, is de aanwezigheid van broeikasgassen. De belangrijkste zijn kooldioxide (blokkeert IR-straling met een golflengte groter dan 13 micrometer) en waterdamp (blokkeert IR-straling met een golflengte tussen de 5-8,3 μm en 11-17 μm). Het leeuwendeel (80%) van de aardse warmtestraling wordt daarom uitgezonden in het kleine golflengtegebied tussen 8 en 13 micrometer. Als dit smalle venster wordt gesloten, verandert de aarde in een snelkookpan en lopen de temperaturen op aarde snel op. Een hogere temperatuur betekent dat er kortgolviger straling wordt uitgezonden, en er tegelijkertijd door verdamping er meer waterdamp in de lucht komt – uitgerekend  het broeikasgas dat kortgolvige straling tegenhoudt. Hierdoor kan in theorie het broeikaseffect totaal uit de hand lopen. De angst van veel klimaatwetenschappers.

CFK’s blokkeren ‘window’
Straling in het smalle venster tussen 8 en 13 micrometer blokkeren is echter precies wat chloorfluorkoolwaterstoffen, ooit massaal toegepast in koelkasten, doen. Hierdoor  kan zelf een kleine hoeveelheid CFK’s een grote invloed hebben op het klimaat. Volgens Lu is dit precies wat er gebeurt en verklaart de snelle toename van de hoeveelheid CFK’s in de atmosfeer de temperatuursstijging tot 2002. Omdat, stelt Lu, de concentraties van andere broeikasgassen al ‘verzadigd’ zijn, d.w.z. een extra toename geen extra broeikasefect oplevert, en die van CFK’s nog niet, zal een stijging in het CFK-gehalte een nog veel grotere impact hebben. Door de wereldwijde ban op CFK’s is de concentratie van deze onaangename stoffen echter langzaam aan het dalen. Lu stelt dat dit de reden is dat de toename van de oppervlaktetemperatuur op aarde stokt. Hij wijst er ook op dat kooldioxide, over het algemeeen gezien als dé boosdoener voor opwarming, pas 800 tot 1000 jaar na het invallen van de ijstijd begon te dalen. Overigens is ook ozon (O3), het gas dat het leven op het aardoppervlak beschermt tegen schadelijke UV-straling, een krachtig broeikasgas in precies dit gebied. Volgens Lu verklaart dit waarom de temperaturen op Antarctica sterk daalden en het ijs aangroeide in de jaren dat het gat in de ozonlaag het grootste was.

‘Bijna perfecte correlatie tussen CFK-gehalte en temperatuur’
“The climate in the Antarctic stratosphere has been completely controlled by CFCs and cosmic rays, with no CO2 impact. The change in global surface temperature after the removal of the solar effect has shown zero correlation with CO2 but a nearly perfect linear correlation with CFCs – a correlation coefficient as high as 0.97.”, concludeert hoogleraar Lu. [1]. Volgens Lu’s cosmic-ray-driven electron-reaction (CRE) theorie bepaalt kosmische straling hoe snel CFK’s en ozon af worden gebroken. Een periode van heftige kosmische straling viel volgens Lu samen met de opmars van CFK’s, wat het diepe gat in de Antrctische ozonlaag verklaart. Vermoedelijk zullen de aanhangers van de mainstream opwarmingstheorie Lu venijnig van repliek dienen, zoal gebruikelijk in het klimaatwereldje. Dat het stopzetten van het gebruik van CFK’s geen jaar te vroeg is gebeurd, is echter wel duidelijk.

Bron
Qing-Bin Lu, Cosmic-Ray-Driven Reaction and Greenhouse Effect of Halogenated Molecules: Culprits for Atmospheric Ozone Depletion and Global Climate Change,  University of Waterloo, International Journal of Modern Physics B Vol. 27 (2013) (preprint hier)

Een kwart miljard jaar geleden zagen de tropen er zo uit, wijst nieuw onderzoek uit.

‘Kwart miljard jaar geleden tropen te heet voor leven’

8 reacties / Wereld, Wetenschap / Door / 21 oktober 2012

Rond de 249 miljoen jaar geleden waren delen van de aarde zo heet dat ze letterlijk onbewoonbaar werden. Dat zeggen de paleontologen Wignall en zijn collega’s in het blad Science. Alleen kleine, niet-bewegende dieren konden overleven in de tropen. Hogere planten en dieren vluchtten massaal naar de poolstreken.  Dit is voorzover bekend de heetste periode ooit in de geschiedenis van de aarde. Het is ook de enige extinction level event in de geschiedenis van de aarde waarin overmatige warmte leidde tot uitstervingen.

Een kwart miljard jaar geleden zagen de tropen er zo uit, wijst nieuw onderzoek uit.
Een kwart miljard jaar geleden zagen de tropen er zo uit, wijst nieuw onderzoek uit.

Tweede uitstervingsgolf vlak na eerste
Deze uitsterving is niet bekend, omdat deze vrij kort na de vorige, grootste uitstervingsgolf ooit volgde: de uitstervingsgolf aan het einde van het Perm. Deze vond 3 miljoen jaar eerder (dus 252 miljoen jaar geleden) plaats en had tot gevolg dat tachtig tot negentig procent van alle soorten op aarde verdween. De oorzaak was vermoedelijk een reeks van zware vulkaanuitbarstingen in wat nu Siberië is, waarbij de oceanen zo werden verstikt dat ze zuurstofvrij werden. De vermoedelijke oorzaak van de uitsterving, denken paleontologen. Dit verklaart, zo lijkt het, ook waarom het zo raadselachtig lang duurde voordat het leven op aarde weer opkrabbelde van de natuurramp.  Gewoonlijk gebeurt dit al binnen enkele honderdduizenden jaren, maar deze keer duurde het meer dan vijf miljoen jaar voor het leven op aarde er in slaagde de aarde weer geheel te koloniseren.  Deze ontdekkingen deden Wignall en zijn collega’s door de verhouding tussen de ‘lichte’ zuurstofvorm O-16 en de ‘zware’ zuurstofvorm O-18 te meten in fossielen van conodonten, een uitgestorven groep primitieve, lampreiachtige vissen. Hoe hoger de temperatuur, hoe minder ‘zware’ zuurstof in de fossielen achterblijft. Door de verhouding te meten kan je dus een goede indruk krijgen van de gemiddelde temperatuur.

De temperatuur liep meteen na de rampzalige Siberische uitbarsting geleidelijk steeds meer op. De vermoedelijke reden is dat na de Siberische uitbarsting enorme hoeveelheden kooldioxide en andere broeikasgassen vrijkwamen, die niet door de vernietigde plantengroei konden worden opgenomen. De temperaturen bereikten hun piek tijdens de zogeheten Smithian-Spathian extinction. Deze uitsterving vernietigde veel minder soorten dan de Perm-Trias uitstervingsgolf omdat er nog maar weinig soorten over waren die uitgeroeid konden worden.

Verhongering en verstikking
In die tijd bereikten de oppervlaktetemperaturen van het zeewater in de tropen waarden boven de veertig graden, terwijl de diepzee enkele graden koeler was. Dit was de gemiddelde temperatuur van het zeewater. In woestijnen variëren de temperaturen vel sterker, dus is de kans verre van denkbeeldig dat het op het land vijftig of zelfs zestig graden was. In de droge tijd moeten deze dodelijke temperaturen regel zijn geweest. Deze extreme hitte verklaart volgens Wignall tot nu toe raadselachtige patronen in het voorkomen van fossielen. Hoge watertemperaturen betekenen dat veel minder zuurstof in het water opgelost kan worden. Verder jaagt een hoge temperatuur de stofwisseling omhoog. Dieren in zee verstikten en verhongerden dus. Grote, maar beweeglijke soorten, zoals vissen, trokken weg van de evenaar maar hielden stand aan de polen. Alleen kleine, niet beweeglijke soorten, die minder zuurstof nodig hebben en een zeer laag metabolisme, zoals weekdieren, hielden stand.
Ook planten, zeker de primitieve planten uit die tijd, krijgen grote problemen bij temperaturen boven de zestig graden.  Het gevolg: een grote equatoriale woestijn die zich over het toenmalige supercontinent uitstrekte.

Het duurde nog enkele miljoenen jaren, tot 247 miljoen jaar geleden, voordat grote, beweeglijke dieren weer de tropen konden bewonen en planten zich weer in de tropen vestigden.  Deze Smithian-Spathian uitstervingsgolf is de enige bekende gebeurtenis  waarbij hitte doodde. Wel moeten de uitkomsten nog door andere onderzoeksgroepen bevestigd worden.
Dit resukltaat is mee rdan alleen van academisch belang. Als de temperatuur in de tropen met meer dan zeven graden stijgt, dreigen de tropen voor mensen onbewoonbaar te worden.  Kortom: laten we opschieten met schone energiebronnen en energiebesparing.

Bron
Paul B. Wignall et al., Lethally Hot Temperatures During the Early Triassic Greenhouse, Science (2012), DOI: 10.1126/science.1224126

Het verre noorden van Groenland en de Canadese pooleilanden zagen er in het CO2-rijke Eoceen zo uit.

Mensheid ontstaan om aarde van CO2-ondergang te redden

20 reacties / Analyses, Filosofie, Ideeën, Mensheid, Wereld / Door / 21 maart 2021

Al vijftien miljoen jaar heerst er op aarde acute hongersnood. Voor planten. Gelukkig is de mensheid zo vriendelijk dit probleempje voor onze groene vrienden op te lossen. Ook wordt er nu eindelijk afgerekend met die lompe vreetmachines die huishouden onder bomen en struiken. Maar raakt de plantenwereld nu niet van de regen in de drup?

Hongersnood voor planten
Al vijftien  miljoen jaar kampt de aarde met een CO2-probleem. Nee, we hebben het niet over de steeds toenemende CO2-concentratie, integendeel. De laatste vijftien miljoen jaar is het CO2-gehalte extreem laag. Dat is slecht nieuws voor planten, want voor hen is CO2 van levensbelang. Op dit moment bestaat de helft van alle planten-eiwit uit het enzym rubisco, dat slechts één taak heeft: CO2 uit de lucht te grissen. Ook uit zich het lagere CO2-gehalte in een wat lagere gemiddelde temperatuur, waardoor de ijskappen langzaam oprukken en Antarctica onbewoonbaar werd voor alles hoger dan een korstmos, gras of vlieg.

Het verre noorden van Groenland en de Canadese pooleilanden zagen er in het CO2-rijke Eoceen zo uit.
Het verre noorden van Groenland en de Canadese pooleilanden zagen er in het CO2-rijke Eoceen zo uit.

Steeds meer CO2 vastgelegd in de aarde
De reden is dat steeds grotere hoeveelheden koolstof in de loop van  miljoenen jaren zijn begraven in onderaardse afzettingen, zoals steenkoollagen. Deze koolstof is in principe voor altijd verloren. Volgens een andere theorie, waar ik persoonlijk enige twijfels bij heb, wekt de Himalaya als een gigantische CO2-scrubber: de vele regen in het Himalayagebied vangt de CO2 uit de atmosfeer. De Himalaya vormde zich toen het Indiase subcontinent zich in Tibet boorde, waardoor de laatste restjes Tethyszeeplaat naar boven borrelen. Ook is het vulkanisme in de loop van de aeons (miljarden jaren) langzaam aan het afnemen. De reden is dat de radioactieve elementen in de aarde, die de aarde warm houden, voor een groot deel uiteengevallen zijn. Het gevolg: minder vulkaanuitbarstingen, waardoor er minder CO2 de lucht in wordt gepompt.

Mensheid als oplossing
Er moest een levensvorm komen die in staat is kilometers diep te boren en de vele tonnen koolstof die daar opgeslagen zitten, te ontdekken en op te stoken. Inderdaad zien we in de laatste vijftien miljoen jaar, sinds het oprukken van het ijs en de wisselvallige klimaatomstandigheden daardoor, een snelle ontwikkeling van hersenmassa bij diverse zoogdieren en vogels. Dolfijnen zijn bijna net zo slim als mensen. Ook papegaaien doen  het niet slecht, zeker als je bedekt dat een vliegend dier heel sterk op gewicht moet bezuinigen.

De voorouders van de mens, het geslacht Homo, wonnen de race en werden de eerste gereedschapsgebruikende soort die de aarde op werkelijk fundamentele wijze op de schop ging zetten. Ten eerste door een slachting aan te richten onder mammoeten en andere ijstijdzoogdieren, die daarvoor de opkomst van de poolbossen (met opwarmende invloed door hun donkere bladerdek) tegenhielden. Daarna was het een kwestie van tijd voor deze handige apensoort er achter kwam wat voor ontzettend handig spul steenkool en aardolie waren. Er werden allerlei coole gadgets als olieboortorens en kolenmijnslavernij uitgevonden om deze schatten uit het diepste van de aarde te peuteren. De hele aarde werd afgekamd naar zelfs de laatste restjes zwart goud.

Bedankt voor de geleverde dienst
Het gevolg van het sterk toegenomen CO2-gehalte is een broeikaseffect, vertellen klimaatdeskundigen ons. Als hun alarmerende voorspellingen kloppen en ons staat een oerwoudklimaat te wachten, dan betekent dit dat we hiermee een gigantische biocomputer opstarten. Het grootste deel van de biosfeer, de bacteriën, is namelijk onzichtbaar en wordt snel actiever bij hogere temperaturen. De mensheid vertegenwoordigt een zeer interessante biotoop voor organismen. In totaal een half biljoen kilo hoogwaardig voedsel, allemaal bij elkaar op een kluitje. Anders dan mammoeten kan je als ondernemende ziekteverwekker in enkele uren naar de andere kant van de wereld reizen. Kortom: het is een kwestie van tijd voor er een effectieve ziekteverwekker ontstaat – in het maagdarmkanaal van een met antibiotica overbehandelde derde-wereldbewoner bijvoorbeeld – en net als de EHEC-bacterie of ander plaagorganisme massaal toeslaat.

Wordt het klimaat in Nederland in de toekomst veel warmer?

West-Antarctische ijskap al eerder gesmolten tijdens interglaciaal

7 reacties / Wetenschap / Door / 23 juni 2012

Als de West-Antarctische ijskap smelt, betekent dat, dat de zeespiegel met bijna vijf meter stijgt en het afgelopen is met het grootste deel van Nederland. Denkbeeldig is dit niet: onderzoekers ontdekten dat op deze manier extreem warme interglacialen, perioden tussen ijstijden, ontstonden.

Wordt het klimaat in Nederland in de toekomst veel warmer?
Wordt het klimaat in Nederland in de toekomst veel warmer?

Glacialen en interglacialen
Sinds Noord- en Zuid-Amerika aan elkaar zijn gaan zitten, komen er ijstijden voor. Geologisch gezien vormde dit moment, ongeveer 2,5 miljoen jaar geleden,  het begin van het Pleistoceen. Tijdens het Pleistoceen (dat technisch  gesproken nog steeds voortduurt) wisselen lange, koude periodes, de glacialen (de ‘ijstijden’ zoals wij ze kennen), de korte warmere interglacialen (waar wij nu in leven) af. Tijdens de glacialen is Nederland veel kouder dan nu met junitemperaturen rond de vijf graden (nu: zeventien graden).

Tijden de interglacialen zijn de temperaturen vergelijkbaar met nu of enkele graden hoger. In het laatste geval spreek je van een superinterglaciaal. Het noordpoolgebied is tijdens een superinterglaciaal vijf graden warmer dan nu. Voldoende om het noordpoolijs geheel te doen smelten en een stevige hap te nemen in de Groenlandse ijskap. Uiteraard betekent het verdwijnen van al dat ijs dat de zeespiegel nog meer gaat stijgen.

West-Antarctische ijskap smolt tijden superinterglacialen
Bestande klimaatmodellen konden niet verklaren waarom er superinterglacialen optraden. Wel  werd ondertussen bekend uit boringen op en rond Antarctica, dat het westelijk deel van het ijscontinent  tijdens superinterglacialen ijsvrij was. Dat zou wel een verklaring op kunnen leveren: door het smelten van de West-Antarctische ijskap stijgt de zeespiegel vijf meter, waardoor de Beringstraat verder onderloopt en er meer warm, zout water uit de Stille Ocean de Arctische Oceaan binnenstroomt.

Zal de West Antarctische ijskap smelten?
De hamvraag is uiteraard of ook nu het huidige, milde interglaciaal een superinterglaciaal zal worden. Nu we weten wat deze superinterglacialen veroorzaakt, kunnen we de vraagstelling veranderen in: smelt de West-Antarctische ijskap? De voortekenen zijn niet gunstig. Inderdaad is de snelheid waarmee de West-Antarctische ijskap smelt, nu snel aan het toenemen. Volgens sommige onderzoekers zal de West-Antarctische ijskap al voor het einde van deze eeuw gesmolten zijn. Niet alle onderzoekers in het veld zijn  het hier echter mee eens. Ook zal het waarschijnlijk de nodige tijd kosten voordat de gevolgen aan de andere kant van de aarde merkbaar zijn. Laten we dat laatste hopen. De gevolgen van een sterke zeespiegelstijging zijn in ons laaggelegen land – en de honderden miljoenen andere mensen die aan of vlakbij de kust wonen – uitermate vervelend.

Bron
Martin Melles et al., 2.8 Million Years of Arctic Climate Change from Lake El’gygytgyn, NE Russia, Science (2012)

Posidonia aquatica vormt vruchtjes, "zee-olijven".

Zeegrasvelden voorkomen klimaatramp

21 reacties / Wetenschap / Door / 21 mei 2012

Grote delen van de Middellandse Zee worden begroeid met het zeegras Posidonia aquatica, een bloeiende plant die geheel onder water leeft. Naar blijkt, legt een onderzees veld van deze plant evenveel koolstof vast als een woud op het land. Helaas wordt deze plant nu ernstig bedreigd…

Landplant onder water
Als landplant onderwater groeien heeft zowel voor- als nadelen. Kooldioxide is in de vorm van bicarbonaten zeer overvloedig beschikbaar. Dit geldt ook voor veel voedingszouten: zeewater bevat enkele procenten zout, waar naast de voor een plant nutteloze natrium en chloor, toch ook behoorlijk wat kalium, magnesium en sulfaat deel van uitmaakt.

Nadeel is dat de lichtintensiteit onder water met de diepte snel afneemt en dat de fysiologie van landplanten niet echt geschikt is voor een verblijf onder water. Zo zijn wortels voor een landplant doorgaans absolute noodzaak om water en voedingsstoffen op te nemen, maar hebben ze voor een plant onder water alleen zin voor houvast aan de bodem.

Posidonia oceanica vormt olijfachtige vruchtjes, "zeeolijven".
Posidonia oceanica vormt olijfachtige vruchtjes, "zeeolijven".

Oerwoud onder water?
Vlak onder het wateroppervlak, waar nog veel licht is, overheersen de voordelen, vooral in een zee met weinig getijden zoals de Middellandse Zee. Drie procent van de Middellandse Zeebodem is nu bedekt met P. aquatica. Vandaar dat Posidonia aquatica zijn verwanten op het land qua groeikracht verre overtreft. De koolstofopslag van een veldje Posidonia is dan ook groot: rond de zestig gram per vierkante meter per jaar (equivalent aan 20o g kooldioxide per vierkante meter, waarbij het weer verteerde blad niet meegerekend is) [1]. Wel merken de auteurs op dat veel van de extra productie verdwijnt in hogere trofische lagen, m.a.w. opgevreten wordt door vissen en dieren als slakken en bodemdieren. Deze velden geregeld oogsten en de biomassa verwerken als grondstof voor huizenbouw, vervanging voor aardolie in de plasticindustrie of een andere carbon sink zou daarmee interessant zijn en het koolstofsinkeffect verveelvoudigen.

Kleine oppervlakte heeft enorm effect
Posidonia oceanica is een uitgesproken kampioen op het gebied van biomassaproductie, met tien maal de productie van vergelijkbare zeegrassoorten (zestig gram koolstof per vierkante meter staat gelijk aan ongeveer 130 gram droge stof).

Helaas is er uitermate vervelend nieuws. Het lijkt erop dat de oppervlakte Posidonia-gras aan het afnemen is. Het plantje zou omstreeks 2050 wel eens helemaal verdwenen kunnen zijn. Volgens Jordà en anderen [2] van het Spaanse Mediterrane Instituut voor geavanceerde studies komt dit door de hogere temperatuur van het zeewater, waardoor de sterfte toeneemt. De auteurs denken dat menselijke invloeden relatief weinig effect hebben en dat het broeikaseffect de boosdoener is, maar je kan je afvragen of dat zo is. De enorme bevolkingstoename in het kustgebied en zware visvangst, met nare gevolgen voor zeegrasbedden, zal zeker grote effecten hebben. Hoe dan ook, er moet iets gebeuren. Er zit namelijk de nodige koolstof opgeslagen in de zeebodem onder deze zeegrasvelden en als deze vrijkomt, staat dit gelijk aan enkele jaren de totale menselijke uitstoot.

Bronnen
1. Frankignoulle en Bouquegneau, Beds of the sea-grass Posidonia oceanica: physico-chemical interactions, Laboratoire d’Océanologie, Universiteit Luik,1988 (?)
2. Jordá et al., Mediterranean seagrass and climate warming, Nature Climate Change, 2012

Animatie van het gedrag van de landbrug tussen Amerika en Siberië. Bron: NOAA

Landbrug maakte landbouw onmogelijk tijdens IJstijd

2 reacties / Analyses, Wereld, Wetenschap / Door / 11 april 2012

De reden dat er geen landbouw werd ontwikkeld tijdens de laatste IJstijd, en er dus geen steden met beschaving konden ontstaan, was dat de aarde in die tijd werd geteisterd door felle klimaatschommelingen. Maar wat veroorzaakte die? Het antwoord: een landbrug in het hoge noorden.

Raadselachtige snelle klimaatsveranderingen
Een groot deel van het laatste glaciaal (zoals datgene wat er in het dagelijks leven een ijstijd noemen officieel heet) werd gekarakteriseerd door felle klimaatschommelingen. Op schijnbaar onvoorspelbare tijden vanaf ongeveer 80 000 jaar gleden, stegen en daalden de gemiddelde jaartemperaturen in en rond het Noord-Atlantische gebied met tien graden of meer in minder dan twintig jaar. Ter vergelijking: de gemiddelde temperatuur in Nederland is negen graden. Die in het uiterste zuiden van Spanje, bij Málaga, is negentien graden. Het klimaat in Spanje kon dus in twintig jaar plotseling veel weg hebben van dat van Nederland. Of dat in Nederland veel weg hebben van het klimaat in Nuuk, de hoofdstad van Groenland, waar de gemiddelde jaartemperatuur -1 graad is. Brrrr.  Niet fijn als je net een olijvengaard hebt gepoot.

Wisselvallig klimaat maakte landbouw onmogelijk
Een boer zou hier met de handen in het haar zitten. Dit verklaart ook waarom er in het Pleistoceen – het tijdperk van de ijsbedekkingen – door de mens geen landbouw werd ontwikkeld en pas in het Holoceen, ongeveer tienduizend jaar geleden, overal ter wereld de eerste landbouwexperimenten begonnen. Landbouw is de enige reden dat  we hier nu met bijna twintig miljoen zeer weldoorvoede mensen in dit drooggelegde moeras kunnen wonen, waar nog geen tienduizend jaar geleden enkele duizenden jagers en verzamelaars een armzalig bestaan bevochten. En als er nu weer net als in het Pleistoceen van deze felle klimaatwisselingen komen, zullen boeren en landbouwkundigen halsbrekende toeren moeten uithalen om zware hongersnoden te voorkomen. Falen ze, dan zullen we weer achter de konijnen en zeemeeuwen aan moeten jagen (grotere dieren hebben we al uitgemoord).

Animatie van het gedrag van de landbrug tussen Amerika en Siberië. Bron: NOAA
Animatie van het gedrag van de landbrug tussen Amerika en Siberië. Bron: NOAA

Landbrug
Klimatologen verzonnen veel verklaringen voor deze plotselinge klimaatschommelingen. Zo zou de zon plotseling veel minder actief zijn geworden of wellicht een instabiele, op hol geslagen klimaatcyclus. Een nieuw onderzoek van klimatoloog Aixue Hu, verbonden aan het Amerikaanse National Center for Atmospheric Research in Boulder, Colorado, wijst op een simpeler verklaring: een landbrug die de zeestroming blokkeerde. Wat we nu kennen als de Beringstraat was tijdens de vorige IJstijd een landbrug, die Alaska en Siberië met elkaar verbond. Ongeveer tachtigduizend jaar geleden slokten de oprukkende ijskappen in Europa en Noord Amerika zoveel water op, dat het zeeniveau daalde tot vijftig meter onder het huidige peil en de Beringstraat droogviel. Op het hoogtepunt van de ijstijd was deze landbrug tot rond de 1500 km breed.

Hu’s team onderzocht twee simulaties. In één was de Beringstraat open, in de andere afgesloten. In elke simulatie voegden de onderzoekers geleidelijk grote hoeveelheden zoet water toe aan de noordelijke Atlantische Oceaan tussen 20° and 50° noorderbreedte (zeg maar, de oceaan tussen Marokko en Nederland). Deze oceaan ontving grote hoeveelheden smeltwater als de ijskappen periodiek smolten tijdens kortdurende warme perioden. Anno nu loopt door dit gebied de Warme Golfstroom, die maakt dat er op de Britse Eilanden olijven kunnen worden gekweekt. Deze Golfstroom bestaat bij de gratie van het afzinken van het afgekoelde, zoute tropische water dat vervolgens naar het zuiden vloeit. Zonder deze schakel zouden de wereldwijde oceaanstromingen tot stilstand komen en het klimaat hier even akelig worden als dat in Vladivostok, aldus Hu.

In beide simulaties leidden deze korte pieken in smeltwatertoevoer tot een laag zoet, koud water. Dit water was zo zoet dat zelfs als het afkoelde, het nooit zwaarder werd dan het zoute water er onder. Gevolg: een tijdelijk stilvallen van de Golfstroom en dus hevige vrieskou in Europa en Groenland. Echter: als de Beringstraat was afgesloten, duurde deze koude periode 1400 jaar. Als de zeestraat open was, kostte het de oceaanstromen niet meer dan 400 jaar om zich te herstellen. Klaarblijkelijk stabiliseert de landbrug de zeestroming. Als de oceaanstromingen werden stilgelegd in de simulaties, daalden de temperaturen in Groenland plotseling met 12 graden – opmerkelijk genoeg komt dit overeen met de via Groenlandse ijsmonsters vastgestelde periodieke temperatuurdalingen. In de toekomst, voegen de auteurs geruststellend toe, zullen deze uitblijven, omdat de zeespiegel stijgt en de Beringstraat open blijft.

Maar toch. Ook vierhonderd jaar vrieskou in plaats van 1400 jaar  lijkt me persoonlijk geen pretje.

Bron:
Land Bridge Caused Wild Temperature Swings, Science Magazine (2012)
Aixue Hu et al., Role of the Bering Strait on the hysteresis of the ocean conveyor belt circulation and glacial climate stability, PNAS (2012), doi: 10.1073/pnas.1116014109

Belgische windmolens op de Thornton Bank. Bron: Hans Hillewaert/Wikipedi Commons

Windenergie verandert klimaat

3 reacties / Analyses, Ideeën en techniek, Wetenschap / Door / 21 maart 2012

Windenergie is minder onschuldig dan het lijkt. Grootschalige toepassing van windenergie heeft waarschijnlijk ingrijpende gevolgen op het klimaat. In enkele gevallen zijn deze effecten echter juist gewenst.

Nachten warmer, dagen kouder
In 2010 ontdekte meteoroloog Somnath Baidya Roy van de universiteit van Illinois Urbana-Champaign dat windmolenparken het lokale klimaat veranderen.  Lange-termijn gegevens van een windmolenpark te San Gorgonio in Californië bevestigden zijn eerdere voorspellingen: de oppervlaktetemperaturen achter de windturbines waren hoger dan voor gedurende de nacht en tot vier graden lager gedurende de dag.

De verklaring volgens Roy: de turbulentie die de windmolens veroorzaken trekt lucht uit hogere luchtlagen aan. Deze is overdag koeler dan de hete lucht aan de oppervlakte. ’s Nachts is deze lucht juist warmer dan de lucht aan de grond. Deze effecten kunnen worden geminimaliseerd door windmolenparken alleen in gebieden met veel turbulentie te plaatsen. Helaas zijn dit ook gebieden met veel obstakels die wind vangen of sterk wisselende winden.

Belgische windmolens op de Thornton Bank. Bron: Hans Hillewaert/Wikimedia Commons
Belgische windmolens op de Thornton Bank. Bron: Hans Hillewaert/Wikimedia Commons

‘Windmolens kunnen nachtvorst voorkomen’
De vraag is ook of je dit in alle gevallen wilt. Een hogere temperatuur ’s nachts, bijvoorbeeld, is erg handig om nachtvorst te voorkomen. Ook kunnen veel gewassen in zeer hete klimaten slecht tegen zeer hoge piektemperaturen overdag. In feite worden windmachines al gebruikt door boeren om nachtvorst te voorkomen. Waarom niet tegelijkertijd ook energie winnen?

Beïnvloeden mensen de windsnelheid al?
Er zijn  sterke aanwijzingen dat de mens al een sterk effect op de wind heeft. De windsnelheden op de oppervlakte van oceanen nemen de laatste jaren toe, terwijl de windsnelheden op land aan de oppervlakte in Europa, Azië en Noord-Amerika sinds 1979 met gemiddeld 15 procent gedaald zijn. Minstens de helft van de veranderingen in windsnelheid wordt geweten aan veranderingen in landgebruik, zoals de bouw van meer hoge gebouwen, maar vooral het toenemende aantal bomen (Nature Geoscience, vol 3, p 756).

Hoeveel windenergie kunnen we veilig oogsten?
Volgens een studie uit 2004 aan de universiteit van Calgary in Alberta, Canada, worden de klimaateffecten van windkracht mogelijk al zichtbaar bij een opgesteld vermogen van 2 TW. Volgens Axel Kleidon en Lee Miller van het Max Planck Instituut voor Biogeochemie in het Duitse Jena hangen de gevolgen van winenergie af van hoe hoog het percentage is dat we onttrekken van alle windenergie. Hiertoe berekenden ze alle potentieel beschikbare windenergie, afgeleid van de hoeveelheid zonnestraling. De zonnestraling creëert luchtdrukverschillen in de atmosfeer, de oorzaak van winden. Hun eerste schattingen waren met 68 TW maximaal te onttrekken vermogen nog vrij optimistisch. Vervolgstudies aan het model wezen uit dat slechts 18 TW beschikbaar was – veel lager dan eerder geschat. Overigens ligt dit in de orde van grootte van het totale jaarlijkse wereldenergieverbruik nu (rond de 16-17 TW).

‘Gevolgen even erg als verdubbeling CO2‘
Het team claimt ook dat het oogsten van alle beschikbare windenergie grote veranderingen in temperatuur en neerslag veroorzaakt. Zo zullen gebieden ver landinwaarts verdrogen. Volgens hun model kunnen de lokale klimaatgevolgen overeenkomen met die van een verdubbeling van het kooldioxidegehalte in de atmosfeer. Ze vertegenwoordigen hiermee bepaald niet een universeel standpunt onder klimaatdeskundigen. De meesten noemen de conclusies te extreem. Op dit moment is slechts 0,2 TW windvermogen opgesteld, zelfs volgens de ergste pessimisten ver onder de grens waar zich merkbare veranderingen gaan voordoen.

Of toch niet?
Collega’s Christina Archer en Mark Jacobson hebben daadwerkelijke metingen uitgevoerd aan windsnelheden en gaan dus niet uit van modellen, zoals Kleidon en Miller. Volgens hun schatting is er op aarde op honderd meter hoogte maar liefst 1700 TW aan windkracht beschikbaar, waarvan  tussen de 72 en 170 TW zonder hoge kosten kan worden geoogst (tussen de vier en tien maal het wereldenergieverbruik). Volgens het model van Jacobson en zijn team betekent het oogsten van 11,5 TW dat de bewegingsenergie in de wind op 100 m hoogste slechts 1% afneemt. De effecten op temperatuur en neerslag zijn zo klein dat ze niet kunnen worden onderscheiden van natuurlijke variatie, aldus Jacobson.

Voorzichtigheid verstandig
Of ze gelijk hebben is de vraag. Wind zorgt voor het transport van water naar de kernen van continenten. Verzwakt de wind, dan zal zich dit direct manifesteren als minder neerslag. In marginale gebieden als de Sahel, het Amerikaanse Midden Westen (dat nu al in hoog tempo het grondwater opmaakt) en Centraal-Azië, inclusief Siberië en Binnen-Mongolië, zou dit een ramp betekenen. Het is verstandiger zeer goed onderzoek te doen naar de klimaateffecten en voorlopig de lagere schatting van Kleidon en Miller aan te houden. Ook dan is er voldoende ruimte om tientallen procenten van onze wereldenergiebehoefte uit wind te halen, een vervijftigvoudiging ten opzichte van nu.

De Warme Golfstroom houdt Europa behaaglijk.

Golf zoet smeltwater brengt koude in Europa

4 reacties / Europa, Wereld, Wetenschap / Door / 23 januari 2012

Britse onderzoekers ontdekten een enorme koepel zoet water in de westelijke Noordelijke IJszee. Het gevolg, denken ze, van sterke poolwinden die het water van de Beaufort zeestroming opzwepen. Wat als deze winden op een gegeven moment gaan liggen? Het gevolg: de Golfstroom wordt afgeremd en een koude winter slaat hard toe in Europa.

De zoetwaterkoepel (de oranje vlek links) kan de sink holes van de Golfstroom (paarse vlek rechts) verstoren.
De zoetwaterkoepel (de oranje vlek links) kan de sink holes van de Golfstroom ten oosten van Groenland (paarse vlek rechts) verstoren.

Zoetwaterheuvel in westelijke IJszee
De onderzoekers maakten gebruik van de ESA-satellieten ERS-2 en Envisat. Deze satellieten maten de hoogte van het zeewateroppervlak in de jaren 1995 tot 2010. Volgens hun berekeningen is de zeespiegel sinds 2002 met zo’n 15 cm gestegen en is het volume aan zoet water met 8000 kubieke kilometer toegenomen. Alweer volgens hun berekeningen is dit ongeveer tien procent van alle zoete water in de Noordelijke IJszee, aldus hoofdauteur Dr Katharine Giles van het Britse Centre for Polar Observation and Modelling (CPOM) aan het University College London. Als deze winden gaan liggen, stroomt de zoetwaterkoepel leeg over de rest van de Noordelijke IJszee en misschien zelfs in de Atlantische Oceaan. Dit heeft ingrijpende gevolgen, onder meer op de Golfstroom.

Golfstroom vertraagd
De Golfstroom, waarvan de oostelijke aftakking West-Europa een aangenaam mild klimaat geeft, bestaat uit warm, zout water, afkomstig uit de Golf van Mexico. Ten oosten van Groenland bevinden zich zogeheten zinkgaten, waar deze enorme watermassa de diepte in zakt en terug naar het zuiden stroomt in de vorm van de zeer koude, maar voedselrijke Labradorstroom. Om deze reden is Oost-Canada, waar de Labradorstroom langs stroomt, alsmede de Amerikaanse oostkust veel kouder dan Europese gebieden op dezelfde breedtegraad. Om een indruk te geven: New York ligt op dezelfde breedtegraad als het veel warmere Madrid en Porto.

De Warme Golfstroom houdt Europa behaaglijk.
De Warme Golfstroom houdt Europa behaaglijk.

Vrieskou door zoet water
Een massa zoet water blokkeert de Golfstroom, waardoor deze wordt afgeremd en minder, of zelfs helemaal geen, warmte meer richting Europa kan voeren. Rond de twaalfduizend jaar geleden (en 8200 jaar  geleden) vond er een korte, scherpe terugval naar een ijstijd plaats: Lake Agassiz, een enorm zoetwatermeer in de noordelijke Verenigde Staten en zuidelijk Canada, stroomde toen in twee keer leeg in de Atlantische Oceaan. Beide keren (het Jongere Dryas en het  ‘8200 Event’) daalden de temperaturen tot ijstijdniveau.  De gevolgen van het stilleggen van de Golfstroom zijn nogal ingrijpend. Ook het afzwakken van de Golfstroom kan al leiden tot een sterke temperatuurdaling.

Invloed wind sterker door smelten poolijs
De  onderzoekers stellen dat de Noordelijke IJszee nu veel gevoeliger is voor windinvloeden door het smelten van het ijs, dat tot voor die tijd de oceaan er onder thermisch en mechanisch isoleerde. Pas toen de wind vrij spel kreeg kon deze het water opstuwen en de koepel vormen. Tot nu toe hebben de winden de koepel intact gehouden, maar als ze gaan liggen, kan dit water de andere kant op gaan stromen. Met ingrijpende gevolgen in Europa.

Kortom: weer heel wat koren op de molen voor hen die geloven dat door smeltwater een nieuwe IJstijd, pardon, glaciaal, kan ontstaan. We kunnen dit verschijnsel maar beter goed in de gaten houden.

Bronnen:
 Katharine A. Giles, et al., Western Arctic Ocean freshwater storage increased by wind-driven spin-up of the Beaufort Gyre, Nature Geoscience, 2012
Huge pool of Arctic fresh water could cool Europe, Planet Earth Online (2012)

Muskusossen zwierven in het Pleistoceen over een veel groter gebied rond dan nu.

Oost-Siberië tijdens IJstijd opmerkelijk warm

7 reacties / Wereld, Wetenschap / Door / 12 januari 2012

Oost-Siberië kent extreme temperatuurverschillen, met zomers tot dertig graden en winters tot onder de zestig graden onder nul. Het eerste slachtoffer van een ijstijd, zou je denken. Integendeel, blijkt nu uit onderzoek aan DNA.

Oost-Siberië tijdens ijstijd gastvrijste plek van Rusland
Op dit moment ligt de noordelijke koudepool – de plek waar winters het koudst zijn – in het Oost-Siberische Jakoetië met temperaturen tot onder de -60 graden. Opmerkelijk genoeg blijkt dit gebied (en de Pacifische westkust van Noord-Amerika)  tijdens de laatste ijstijd – of glaciaal, zoals dat officieel heet, we leven nu in een ijstijd omdat er op aarde ijskappen bestaan – aanmerkelijk bewoonbaarder te zijn geweest dan Europa en het oosten van Noord-Amerika. Zo blijkt uit analyse van ingevroren DNA van planten en dieren uit de permafrost.

Muskusossen zwierven in het Pleistoceen over een veel groter gebied rond dan nu.
Muskusossen zwierven in het Pleistoceen over een veel groter gebied rond dan nu.

Grote variatie in DNA wijst op onverstoord dier- en plantenleven
Ook gletsjerijs kan oeroud DNA bevatten maar er is domweg veel meer permafrost (de bodem die het hele jaar door bevroren blijft, in die gebieden waar de gemiddelde jaartemperatuur onder nul is) dan gletsjerijs, aldus onderzoeker Haile.

Zijn collega Eva Bellemain van de universiteit van Oslo presenteerde december 2011 op de International Barcode of Life Conference in Adelaide, South Australia, de eerste onderzoeksresultaten van het DNA in Siberische permafrost. 

Monsters uit hartje IJstijd verklaren hoe mens de Beringstraat overstak
De monsters zijn afkomstig uit 15.000 tot 25.000 jaar geleden bevroren sediment uit zuidelijk Chukotla, de meest oostelijk gelegen, uiterste punt van de  Siberische landmassa. Dit is een zeer interessant tijdvak, want 20.000 jaar geleden kelderden de temperaturen tot ongekende diepte en rukten de ijsmassa’s op tot diep in Europa en de Verenigde Staten. Uit het grote aantal soorten konden de genetici opmaken  dat de biodiversiteit hartje IJstijd groot was in dit gebied. Opmerkelijk genoeg  bleven grote delen van Siberië, Canada en Alaska dus ijsvrij terwijl zuidelijker gebieden wel met ijs werden bedekt. Oost-Siberië vormde hierdoor een gastvrije woonplaats voor talloze plant- en diersoorten, waaronder de mens, die in deze periode de Beringstraat overstak.

Ecosysteem overleeft enorme temperatuurschommeling
Een andere opmerkelijke ontdekking, deze keer gedaan in het noordelijkste puntje van Siberië, het Taymyr-schiereiland: het ecosysteem bleef  qua soortensamenstelling intact, hoewel de gemiddelde temperaturen tussen 46 000 en 12 000 jaar geleden in een bereik van  twintig graden op en neergingen – als die temperatuurwaarneming tenminste klopt.[3] De gevolgen van klimaatverandering op zich lijken dus mee te vallen – dat wil zeggen, zolang er geen zichzelf versterkende feedback loop ontstaat.

Bronnen:
1. Siberia was a wildlife refuge in the last ice age – New Scientist (2012)
2. Quaternary Science Reviews, DOI: 10.1016/j.quascirev.2011.07.020.
3. Molecular Ecology, DOI: 10.1111/j.1365-294x.2011.05287.x

Een vrij kleine temperatuurdaling had al dit effect.

‘Invloed kooldioxide op temperatuur zwaar overschat’

8 reacties / Wereld, Wetenschap / Door / 25 november 2011

Het klimaat zou wel eens minder gevoelig voor kooldioxide kunnen zijn dan we dachten – en de temperatuurstijging deze eeuw minder dan tot nu toe aangenomen. Als we tenminste een nieuwe analyse van de vorige ijstijd mogen geloven.

Hoe gevoelig is ons klimaat voor een CO2-stijging?
De meeste schattingen gaan er van uit dat als de hoeveelheid kooldioxide in de atmosfeer verdubbelt, de temperatuur stijgt met drie graden. Dit is de zogeheten klimaatgevoeligheid. Deze drie graden is echter alleen een schatting. De internationale klimaatorganisatie IPCC stelt dat de klimaatgevoeligheid tussen de twee en viereneenhalve graad in ligt. Dit betekent dat de temperatuurstijging door een gegeven stijging in kooldioxidegehalte nog steeds onzeker is. Om deze onzekerheid te verminderen bestudeerden Andreas Schmittner van de universiteit van Oregon en zijn collega’s het tijdstip dat de vorige ijstijd het heftigst was, rond de 20 000 jaar geleden.

Een vrij kleine temperatuurdaling had al dit effect.
Een vrij kleine temperatuurdaling had al dit effect.

Afkoeling door minder CO2 minder dan gedacht
Hiervoor gebruikten ze al eerder gepubliceerde data om een gedetailleerde kaart van oppervlaktetemperaturen samen te stellen. Naar bleek, was de aarde 20 000 jaar geleden 2,2 graden koeler dan nu. Uit monsters van de Groenlandse ijskap en Antarctica weten we al dat de kooldioxidegehaltes toen veel lager waren dan nu. Schmittner voerde dit getal in in een klimaatmodel en probeerde de wereldwijde temperaturen in die tijd te reconstrueren. Het getal van 2,4 graden Celsius bleek het meeste overeen te komen met de resultaten. Dit ligt aan de onderkant van wat het IPCC veronderstelt bij ongewijzigde broeikasuitstoot.

Klopt het klimaatmodel wel?
Niet iedereen is het echter met deze conclusie eens. Volgens collega Schmidt onderschat hij de afkoeling in Antarctica en gematigde breedtes. Hij gebruikte namelijk maar één model. Andere modellen zouden, claimt Schmidt, een grotere klimaatgevoeligheid geven. Schmittner wil daarom nu ook andere klimaatmodellen doorrekenen. Ook wijst hij er op dat deze relatief geringe temperatuurdaling van 2,2 graden bepaald niet betekent dat we veilig zijn voor extreme gevolgen van klimaatverandering. Per slot van rekening was het tijdens de laatste ijstijd weliswaar maar 2,2, graden koeler dan nu, maar waren er enorme ijskappen, waren de klimaatgordels sterk verschoven en was het zeeniveau 120 m lager dan nu.

Gevolgen even dramatisch als tijdens laatste ijstijd?
“Zeer kleine veranderingen in temperatuur veroorzaken enorme veranderingen in bepaalde regio’s,” aldus Schmittner. Zelfs een kleine temperatuursverandering kan dus enorme gevolgen hebben. Persoonlijk denk ik overigens dat deze gevolgen relatief meevallen. De ijstijd was het gevolg van het overschrijden van een omslagpunt, waardoor de sneeuw ’s zomers bleef liggen en zich enorme ijskappen konden vormen. Deze ijskappen reflecteerden extra zonlicht. Er kan nu niet veel meer smelten. Wel is er het grote gevaar dat de methaanhydraten in de toendra gaan smelten.

Omdat Antarctica geïsoleerd ligt – het ijscontinent met zijn kilometers dik landijs wordt omgeven door een koude circumpolaire zeestroom – zal een beperkte temperatuursverhoging van 2,4 graden hooguit de Groenlandse ijskap laten smelten. Hierdoor stijgt de zeespiegel met hooguit enkele meters. Vervelend, maar overkomelijk. De gevolgen van een ijstijd zijn vele malen vervelender dan een beetje opwarming. Er zijn betere redenen om komaf te maken met fossiele brandstoffen dan klimaatverandering. Afhankelijkheid en milieuvervuiling, bijvoorbeeld.

Bronnen
1. Andreas Schmittner et al., Climate Sensitivity Estimated from Temperature Reconstructions of the Last Glacial Maximum, Science (2011)
2. CO2 may not warm the planet as much as thought, New Scientist (2011)