klimaat

Eindelijk een witte kerst vieren in de subtropen. Van een feeststemming zal bij een nucleaire winter waarschijnlijk geen sprake zijn.

Kan er weer een nucleaire winter komen?

Tijdens de Koude Oorlog was een kernoorlog een zeer reële dreiging. Het scheelde op bepaalde ogenblikken maar weinig, of de beschaving die we nu kennen had niet meer bestaan. Gelukkig is het Amerikaans en Russische kernarsenaal een stuk kleiner dan het was, maar een kernoorlog is nog steeds in staat om de aarde zware schade toe te brengen. Wat zouden de gevolgen zijn als er een wereldwijde of zelfs maar een beperkte kernoorlog uitbreekt?

Eindelijk een witte kerst vieren in de subtropen. Van een feeststemming zal bij een nucleaire winter waarschijnlijk geen sprake zijn.
Eindelijk een witte kerst vieren in de subtropen. Van een feeststemming zal bij een nucleaire winter waarschijnlijk geen sprake zijn.

Enorme stofwolken nemen alle licht weg
De gevolgen van een grootschalige kernoorlog op het klimaat zijn te vergelijken met die van een enorme asteroïdeinslag. De grote paddenstoelwolken van nucleaire explosies brengen grote hoeveelheden stof tientallen kilometers de atmosfeer in. Dat is de stratosfeer, de atmosferische laag boven de troposfeer. Omdat dit stof veel zonlicht absorbeert, wordt de lucht eromheen nog heter, wat het stof nog hoger in de atmosfeer brengt. Het stof maakt ook korte metten met de ozonlaag, waardoro veel meer schadelijke UV-straling het aardoppervlak bereikt.

In de stratosfeer regent het nooit. Belandt stof dus eenmaal in de stratosfeer, dan kan het maar op een manier verdwijnen: door de zwaartekracht of de stralingsdruk van de zon. Helaas werkt de zwaartekracht op microscopische deeltjes relatief veel minder sterk. Bij deze kleine afmetingen lijkt de lucht steeds meer op stroop. Het gevolg hiervan is dat de aarde wordt bedekt door een dikke deken die alle zonlicht tegenhoudt. En dat deze laag pas na een tot twee jaar begint weg te trekken.

Grote hongersnood
Dat is niet alleen maar slecht nieuws voor de planten. En van organismen die direct of indirect van planten leven, zoals de mens. Weliswaar zullen de meeste planten, enkele knolgewassen uitgezonderd, afsterven, maar als zaden kunnen ze jarenlang overleven. Het kost jarenlang wieden om de zaadbank van onkruidzaden in een moestuin uit te putten. Zaden van woestijnplanten kunnen zelfs eeuwen intact blijven.

De situatie voor dieren en de mens is veel vervelender. Uit fossiele overblijfselen van eerdere natuurrampen weten we bijvoorbeeld dat in het schemerduister enorme kluwens  schimmels de overblijfselen van de bossen gaan verteren. Na een paar weken tot maanden is het voedsel op en zullen maar een handjevol overlevenden overblijven. Ze zullen met kakkerlakken en ratten moeten vechten om het laatste voedsel en de muffe lucht inademen. Stralingsziekte en vitaminetekorten zullen de overlevenden terugbrengen tot een schamele rest. Dan ontstaat het volgende probleem.

De zwaarste atoomexplosie ooit was die van de Sovjetbom Tsar Bomba op Nova Zembla.
De zwaarste atoomexplosie ooit was die van de Sovjetbom Tsar Bomba op Nova Zembla.

Temperatuur daalt over het grootste deel van de wereld tot onder het vriespunt
Zelfs een matig grote vulkaanuitbarsting kan al oogsten laten mislukken door stof de stratosfeer in te blazen. Zo kende Europa in 1812 het “jaar zonder zomer”, waarin de oogsten mislukten. De oorzaak: de vernietigende uitbarsting van de vulkaan Tambora in 1812. Als vijftig bommen ter grootte van die op Hiroshima tot ontploffing worden gebracht, zal dit verwoestende vuurstormen in de steden opwekken. Vele miljoenen tonnen roet komen zo in de atmosfeer terecht, een veelvoud van wat vulkanen kunnen opwekken. Het effect hiervan betekent vrijwel direct een ijstijd, die kouder is dan de laatste IJstijd. In de belangrijkste landbouwgebieden daalt de temperatuur zelfs in de zomer tot onder het vriespunt. Kortom: dat wordt jarenlang hongerig bibberen in de vrieskou.

En dan… een nieuw begin?
Onze beschaving is zeer complex. Er is maar weinig voor nodig om deze totaal te ontwrichten. Zo is er van bepaalde essentiële onderdelen van computers soms maar één fabriek die het product maakt. Ook vereist dit veel vakkennis die voornamelijk in de grote steden is geconcentreerd. Overlevers met voldoende overlevingsvaardigheden om de twee jaar duisternis, vrieskou en hongersnood door te komen, zullen voornamelijk op het platteland wonen.

Als de berekeningen van sommige pessimisten uitkomen en de duisternis en vrieskou duren tientallen jaren, dan staat zelfs het voortbestaan van de hele mensheid op het spel. Mutaties en gebrek aan voldoende gezonde genetische variatie zullen de mensheid tot aan de rand van uitsterven brengen, misschien zelfs er overheen. Dus laten we hopen dat het niet zover zal komen.

Zonnestormen blijken rechtstreeks het weer op lagere breedtes te beïnvloeden, is nu voor het eerst aangetoond.

Bewezen: Ruimteweer beïnvloedt klimaat

Bekend is al dat zware zonnestormen in staat zijn stroomkabels door te laten branden en felle uitbarstingen van noorderlicht veroorzaken in de poolstreken en ver daarbuiten. Nu is voor het eerst wetenschappelijk aangetoond dat zonnestormen in staat zijn het weer te beïnvloeden. Niet in Lapland of het zuidpoolstation Vostok, maar in het subtropische Zuid-Korea. De natuur blijft ons voor verrassingen stellen…

Invloed ruimteweer steeds meer serieus genomen
Ruimteweer, de veranderingen in straling en magnetische velden in het zonnestelsel, wekt steeds meer de interesse van ruimtewetenschappers en onderzoekers met een meer aardse interesse. Zonnefysici weten al heel lang dat de zon krachtige magnetische wolken onze kant op stuurt. Wanneer ze toeslaan kan de schade enorm zijn. De magnetische velden wekken enorm sterke stromen in lange geleiders, zoals treinrails, stroomkabels (en in de negentiende eeuw, telegraafkabels) op. De gevolgen van zonnestormen kunnen vernietigend zijn. Zo zijn er meerdere blackouts veroorzaakt door zonnestormen, die verdeelstations door lieten branden.

Beïnvloedt het ruimteweer het aardse klimaat?

Zonnestormen blijken rechtstreeks het weer op lagere breedtes te beïnvloeden, is nu voor het eerst aangetoond.
Zonnestormen blijken rechtstreeks het weer op lagere breedtes te beïnvloeden, is nu voor het eerst aangetoond.

Minder goed bekend is hoe het ruimteweer het aardse weer en klimaat beïnvloedt. De zonnewind en de magnetsich gelden wolken die hier soms mee gepaard gaan bevatten enorme hoeveelheden energie. Veel van deze energie wordt geabsorbeerd of weggekaatst door het aardmagnetisch veld. Van tijd tot tijd slagen magnetische wolken er echter in voor een deel door het aardmagnetisch veld te breken. Gedurende deze zogeheten Forbush Decreases, komen er meer deeltjes van de zonnewind doorheen en dumpen hun lading in de bovenste atmosfeer. De gedachte lijkt logisch dat een dergelijke injectie van energie invloed heeft op het weer. Er bestaat inderdaad bewijs dat dit op hoge breedtes, in de buurt van de polen, soms gebeurt. De rest van de planeet lijkt echter beter beschermd. Nu is echter duidelijk geworden dat schijn bedriegt.

Luchtdruk stijgt na zonnestorm
Il-Hyun Cho and zijn collega’s van het Korea Astronomy and Space Science Institute in Daejeon, Korea, zegge dat ze het eerste bewijs hebben gevonden dat zonnewind de luchtdruk op zeeniveau kan beïnvloeden op lagere breedtegraden (Korea ligt ongeveer ter hoogte van Griekenland). De klimatologen doorzochten weerdata vanaf 1983 tot 2011 en keken naar momenten dat de zonnewind sneller ging dan achthonderd kilometer per seconde. Deze snelheid wordt slechts in een duizendste deel van de tijd gehaald. Ze vonden twaalf van deze hoge-snelheidsgebeurtenissen, waarvan er negen werden vergezeld door een Forbush afname.
Vervolgens vergeleken ze deze data met die van 76 weerstations rond Zuid-Korea om de effecten op de luchtdruk op zeeniveau te meten gedurende deze gebeurtenissen.

Inderdaad vonden ze een kleine toename in luchtdruk vlak nadat de zonneuitbarsting de aarde trof. Erg groot was de verandering niet – 2,5 millibar of hectopascal. Ter vergelijking: de luchtdruk is normaliter 1000 hectopascal of millibar. Wel is dit de eerste keer dat er hard wetenschappelijk bewijs is voor een rechtstreekse verandering in luchtdruk. Althans: als de onderzoekers gelijk hebben en de waarneming statistisch significant is.

Waardoor wordt de luchtdrukverhoging veroorzaakt?
De onderzoekers denken dat tijdens een Forbush afname een grote hoeveelheid energierijke deeltjes de lagere delen van de atmosfeer bereikt en deze opwarmt. Bekend is al dat zonnestormen de atmosfeer, vooral de ijle thermosfeer, laten uitzetten. Dit kostte de voorloper van het ISS, Skylab, de kop.  Het effect is klein op zeeniveau, maar de toevoer van extra energie en toename van de luchtdruk zal het dampevenwicht verschuiven waardoor instabiele wolken mogelijk uiteenvallen. Aan de andere kant vormt ioniserende straling condensatiekernen voor waterdruppeltjes. Dit is precies hoe een bellenvat, een ouderwets type deeltjesdetector, werkt. Als een kosmisch deeltje elektronen losrukt, vormen zich ionen waaromheen waterdamp zich clustert. Volgens een uiterst omstreden theorie van de Deense meteoroloog Svensmark is wolkenvorming door kosmische straling, en niet het broeikaseffect, de voornaamste oorzaak van klimaatverandering. Periodes met veel kosmische straling zouden wolkenvorming stimuleren en zo ijstijden opwekken.

De onderzoekers zetten nu hun analyses voort met behulp van andere meteorologische data. En in Denemarken zal waarschijnlijk een jarenlang verketterde meteoroloog zich gnuivend in de handen wrijven….

Bron
1. Il-Hyun Cho et al., Changes in Sea-Level Pressure over South Korea Associated with High-Speed Solar Wind Events,Arxiv.org (2011)
2. Solar Wind Changes Atmospheric Pressure over South Korea, MIT Technology Review ArXiv Blog (2011)

De zes florarijken. Capensis en Antarctis zijn bijna verdwenen.

Antarctica pas kort geleden geheel met ijs bedekt

Uit pollenanalyse blijkt dat het Noord-Antarctische Schiereiland twaalf miljoen jaar geleden nog bedekt was met toendra. Hier kwamen de laatste resten van de Antarctische flora aan hun einde.

Van de aardbodem verdwenen florarijk

De zes florarijken. Capensis en Antarctis zijn bijna verdwenen.
De zes florarijken. Capensis en Antarctis zijn bijna verdwenen.

Botanici delen de wereld op in verschillende florarijken: Holarctis (Europa en Noord-Amerika), Paleotropis (Afrika en tropisch Azië), Neotropis (Zuid-Amerika plus Mexico), het minirijkje Capensis (westelijk deel van Zuid-Afrika) en Australis (Australië en Nieuw-Zeeland). Elk rijk heeft unieke plantensoorten en plantenfamilies die alleen daar voorkomen.

Aan de uiterste zuidpunt van Zuid-Amerika, het zuidelijkste puntje van Nieuw-Zeeland  en op de ijskoude, onherbergzame eilanden in de Zuidelijke Oceaan komen echter planten voor die een merkwaardige verwantschap met elkaar hebben en nergens anders ter wereld voorkomen.

De wildste hypotheses werden bedacht. Zo zouden het overblijfselen zijn van het verzonken continent Atlantis. Nu weten we dat dat de laatste overlevers zijn van het ooit zo bloeiende florarijk Antarctis. In het vroege Eoceen, vlak na het uitsterven van de dino’s, was Antarctica nog bedekt met dichte wouden met veel soorten. In het late Eoceen, 35 miljoen jaar geleden,  begonnen de bossen snel te verdwijnen en vormde zich de ijskap. Een taaie toendravegetatie hield het nog uit tot het late Mioceen, zeventien miljoen jaar geleden. De ijsafzettingen op het Antarctische vasteland bereikten toen hun tegenwoordige grootte. De laatste Antarctische overlevers groeien in het uiterste puntje van Zuid-Amerika, Nieuw-Zeeland en Antarctische eilanden.

Amerikaanse onderzoekers hebben een proefboring gedaan van dertig meter diep in het gesteente iets buiten de kust van het Antarctisch Schiereiland.  Aan de hand van het gevonden pollen in de modder onder dit gesteente, samen meer dan duizend gefossiliseerde korrels,  is een overzicht ontstaan van de veranderingen in vegetatie de afgelopen 36 miljoen jaar. Naar nu blijkt,  hebben de laatste Antarctische planten het langer uitgehouden dan tot nu toe gedacht. Er zijn overblijfselen van toendraplanten-stuifmeel gebonden in sedimenten van twaalf miljoen jaar oud. Op dit moment komen er op het schiereiland nog maar een handjevol soorten voor. De moraal: ijstijden zijn veel verwoestender dan het broeikaseffect.

Bronnen
1. Fossilized Pollen Reveals Climate History of Northern Antarctica: Tundra Persisted Until 12 Million Years Ago, Science Daily
2. John B. Anderson et al., Progressive Cenozoic cooling and the demise of Antarctica’s last refugium. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011

Nog steeds is een raadsel waarom de vroeg aarde zo warm was.

Waarom was de vroege aarde zo warm?

Vlak na het ontstaan van de aarde was de zon veel zwakker dan nu. Toch zijn er al sporen van vloeibaar water aangetroffen in aards gesteente van 3,8 miljard jaar oud. Wat verhitte de aarde?

Sterren: hoe ouder hoe heter
Hoe ouder een ster wordt, hoe meer helium naar de kern zakt en hoe hoger de temperatuur in de kern moet zijn om de kernfusie in stand te houden. Vlak na het ontstaan van de aarde had de zon slechts zeventig procent van het vermogen van nu (1). 3,8 miljard jaar geleden had de aarde dus veel weg moeten hebben van een ijsklont. Wat hield de aarde miljarden jaren geleden zo abnormaal warm en maakte vloeibaar water mogelijk?

Denkbare verklaringen

Nog steeds is een raadsel waarom de vroeg aarde zo warm was.
Nog steeds is een raadsel waarom de vroeg aarde zo warm was.

Er zijn enkele voor de hand liggende verklaringen te bedenken. De eerste: de aarde was mogelijk veel donkerder dan nu (had een lager weerkaatsingspercentage (albedo), waardoor er veel meer zonlicht werd geabsorbeerd). De tweede verklaring: de aarde beschikte mogelijk over veel meer broeikasgassen, zoals kooldioxide, dan nu, waardoor ondanks de lage instraling de aarde toch warm genoeg bleef.
In 2010 dachten wetenschappers ontdekt te hebben dat een lager albedo de hoge temperatuur verklaarde(2). Hun theorie: in die tijd waren er nog nauwelijks tot geen levensvormen, waardoor zich minder condensatiekernen, dus witte, lichtweerkaatsende wolken, konden vormen. Uit geologische afzettingen uit die tijd bleek dat concentraties van bekende broeikasgassen als kooldioxide en methaan onvoldoende hoog waren om dat effect op te wekken.

Vraag weer open
Een nieuwe ontdekking zet het debat echter weer helemaal op scherp. Colin Goldlatt en Kevin Zahnle van NASA’s Ames Research Center in Moffett Field hebben aangetoond dat de wolkenverklaring tekort schiet (3). Wolken dicht bij de aardoppervlakte weerkaatsen zonlicht, wolken ver van de oppervlakte af zorgen juist voor extra weerkaatsing van aardse warmtestraling en dus opwarming.
Zelfs bij de meest extreme aanname – een totaal ontbreken van reflecterende lage bewolking – blijkt dit model slechts vijftig procent van de opwarming te verklaren. De kwestie van wat de merkwaardige opwarming kan verklaren, ligt dus weer helemaal open.

Wat is dan de verklaring?
Mogelijk dat een opmerkelijk idee van klimatoloog Pierrehumbert een rol speelt. Hij berekende dat een dikke deken van waterstofgas de planeet warm kan houden. Hiervoor moet de gasdruk wel vele malen groter zijn dan nu op aarde. Een dergelijke waterstofdeken zal het zo dicht bij de zon niet lang uithouden. Wellicht was het net lang genoeg om de aarde warm te houden in de vroegste tijd. Dit speelt een andere theorie in gedachten dat de aarde oorspronkelijk een waterstofmantel had. Radioactiviteit is geen verklaring. Weliswaar was de radioactiviteit miljarden jaren geleden drie keer zo hoog als nu, maar zelfs toen al viel deze in het niet bij de hoeveelheid zonnestraling (ongeveer 10 000 x zoveel).

Bronnen
1. Gough, D.O., Solar interior structure and luminosity variations, Solar Physics (1981)
2. Rosing, M. et al., No climate paradox under the faint early Sun, Nature (2010)
3. Colin Goldblatt en Kevin J. Zahnle, Faint Young Sun Paradox Remains, ArXiv (2011)

Tijdens de ijstijden was het klimaat zeer wisselvallig, wat landbouw zeer lastig maakte.

Instabiel klimaat maakt landbouw onmogelijk

Overal ter wereld ontstond ongeveer 13.000 jaar tot 5 000 jaar geleden landbouw. Zelfs in gebieden die geheel geïsoleerd van de rest van de wereld waren, zoals hoogvlaktes op Papua Nieuw Guinea. De reden: het klimaat is nu veel stabieler dan tijdens de laatste IJstijd. Wat als deze stabiele periode eindigt? Hongersnoden, bijvoorbeeld. Onder andere…

Klimaat anno nu erg mild
Je zou het niet geloven als je boeren hoort klagen, maar we leven nu in een periode met een opmerkelijk stabiel klimaat. We kunnen er redelijk zeker van zijn dat er een vaste hoeveelheid neerslag valt, de temperaturen niet te veel schommelen en dat er geen sneeuw zal vallen in een tropisch regenwoud. Dat stabiele klimaat stelde mensen in staat om landbouw te ontwikkelen en hierdoor veel meer mensen per vierkante kilometer in leven te houden dan met jagen en verzamelen kan. In de Sahel, de savanne ten zuiden van de Sahara, is die zekerheid er bijvoorbeeld niet. Geregeld blijven regens uit, waardoor boeren elk jaar op de rand van de hongerdood leven.

IJstijden kenden zeer wisselvallig klimaat

Tijdens de ijstijden was het klimaat zeer wisselvallig, wat landbouw zeer lastig maakte.
Tijdens de ijstijden was het klimaat zeer wisselvallig. Dit maakte landbouw zeer lastig.

Tijdens de laatste ijstijd was dit wisselvallige klimaat de realiteit in het grootste deel van de wereld(1), zoals blijkt uit de snelle veranderingen in de verhouding tussen zuurstofisotopen in Groenlands ijs uit het Pleistoceen. Door het onvoorspelbare klimaat had landbouw weinig kans van slagen. Als gevolg daarvan ontstonden tijdens de laatste IJstijd geen grote bevolkingsconcentraties. Volgens anderen dateert de opkomst van de landbouw van de tijd dat door overbejaging veel soorten verdwenen. Onafhankelijk van elkaar blijken in slechts enkele duizenden jaren overal ter wereld mensen landbouw te hebben ontwikkeld met totaal verschillende gewassen. De verklaring kan niet zijn dat er onderlinge contacten waren. De technologie duizenden jaren geleden schoot hopeloos tekort voor lange zeereizen. Ook zouden dan de gewassen van het andere continent zijn meegebracht. Hier zijn geen sporen van ontdekt tot ongeveer vijfhonderd jaar geleden.

Landbouw en steden
Zodra mensen merkten dat het klimaat voorspelbaar was, vonden ze methoden uit om planten te telen. Hierdoor konden tientallen malen meer mensen per vierkante kilometer leven dan daarvoor. In de Nieuwe Steentijd leefden er in Nederland ongeveer vijftigduizend mensen: ongeveer een persoon per vierkante kilometer. Landbouw verveelvoudigde dit. Hoe meer mensen op elkaar wonen, hoe meer arbeidsverdeling ontstaat. Specialisten kunnen veel sneller werken, waardoor er veel meer goederen van betere kwaliteit werden vervaardigd en de techniek zich steeds meer ontwikkelt. De landbouw legde de basis voor onze moderne samenleving. Jagers-verzamelaars vormen satmmen van hooguit enkele tientallen mensen. Meer kan het land niet onderhouden (met enkele uitzonderingen daargelaten). Dankzij de landbouw ontstonden er voedseloverschotten en werden steden mogelijk.

Wordt het klimaat weer instabiel?
De laatste jaren merken we kleinere temperatuurschommelingen, maar grotere variatie in regenval. Het klimaat krijgt steeds meer trekken van dat in de tropen en subtropen met zware moessonregels, maar een gelijkmatige temperatuur(2).

Gevolgen van een instabiel klimaat
Een steeds groter deel van landbouwproducten komt uit overdekte kassen. De grote bulk van landbouwproducten komt echter nog steeds van grote oppervlaktes met granen of knolgewassen. Als het klimaat onvoorspelbaar wordt, heeft dit uiterst vervelende gevolgen voor de wereldvoedselvoorziening. Oogsten zullen vaak mislukken. Gebieden waar nu vrij regelmatig regen valt, zullen langdurige droge periodes doormaken.

Als we niet ingrijpen betekent dit de ergste hongersnood in de geschiedenis van de mensheid. Miljarden mensen zullen van de honger sterven. De enige structurele oplossing is de landbouw klimaatonafhankelijk te maken. Veel tuinbouw vindt op dit moment plaats in kassen. Irrigatie maakt gewassen niet meer gevoelig voor neerslagtekorten. Het watervasthoudend vermogen van de grond kan worden vergroot met biochar, poedervormige houtskool. We kunnen ook denken aan vormen van landbouw die veel robuuster zijn en beter bestand zijn tegen klimaatschommelingen. Permacultuur bijvoorbeeld.
Een tweede oplossing is landbouw-wolkenkrabbers bouwen, waarin de groeiomstandigheden zo goed worden gecontroleerd dat er geen misoogsten plaats zullen vinden.

Bronnen
1. PJ Richerson et al, Was agriculture possible during the Pleistocene but mandatory during the Holocene? American Antiquity, 2001
2. Nature

Architectenbureau Dijkhuis ontwierp deze luxe waterwoningen. In veel opzichten is dit de oplossing voor onze waterperikelen.

Nederland moet meer water opslaan

Structurele watertekorten, mogelijk het gevolg van het opwarmende klimaat, lijken steeds meer de regel. Moeten we onze ruimtelijke planning hieraan aanpassen? De voordelen.

Waterhuishouding structureel probleem
In Nederland valt er ongeveer zevenhonderd tot negenhonderd millimeter regen per jaar. In principe is dat in een gematigd klimaat als dat van Nederland ruim voldoende om gewassen van water te voorzien. Het probleem is alleen dat dit water niet op die momenten valt dat planten het het meest nodig hebben. Soms treden weken lange droogtes op of komt het water met bakken uit de hemel.

Langere perioden zonder neerslag of juist met extreem veel neerslag in Nederland of landen stroomopwaarts (waardoor overstromingen optreden) lijken de laatste jaren de norm te worden. Dit jaar treedt de periode al extreem vroeg op. De kans is aanwezig dat met het opwarmende klimaat deze trend door zal zetten. Ook zal de vochtbehoefte van planten stijgen door een heter klimaat.

Klimaatverandering
Ondanks alle nobele doelen wat betreft het terugbrengen van de CO2 uitstoot lijkt dit niet echt haalbaar. Het is ook de vraag hoeveel we kunnen veranderen aan dit proces en of we dat wel willen. We kunnen ons beter aanpassen aan de nieuwe realiteit. Een goede oplossing hiervoor is zeer laag liggende gebieden die nu nog met veel pijn en moeite droog worden gehouden, onder water te zetten en zo als waterberging dienst te laten doen. Hele stadswijken kunnen veranderen in waterwijken. Op die manier ontstaat er een enorme bergingscapaciteit om water in op te vangen tijdens overstromingen en kan dit water worden gebruikt voor infiltratie in de grondwaterlaag of irrigatie.

Uiterwaarden en polders met drijvende woningen

Architectenbureau Dijkhuis ontwierp deze luxe waterwoningen. In veel opzichten is dit de oplossing voor onze waterperikelen.
Architectenbureau Dijkhuis ontwierp deze luxe waterwoningen. In veel opzichten is dit de oplossing voor onze waterperikelen. Copyright: waterstudio.nl

Rond de rivierbedding van grote rivieren ligt weiland: de uiterwaarden. Deze dienen als waterberging als door heftige regenval een rivier als de Rijn of de Lek sterk stijgt. In mijn studententijd in Wageningen gingen we hier geregeld wandelen of fietsen. In die tijd dachten we al na over drijvende woningen die in de uiterwaarden gebouwd zouden kunnen worden.

In Limburgse dorpen aan de Maas, Itteren en Borgharen, zijn er wel woningen in de uiterwaarden gebouwd. Om de zoveel tijd was het weer een vast ritueel als de bewoners van de nieuwbouwwoningen in de uiterwaarden zich met alle macht proberen te verweren tegen het snel stijgende Maaswater. De laatste jaren worden er steeds meer drijvende woningen in de uiterwaarden gebouwd, onder meer bij Tiel, Nijmegen en Maasbommel. Mogelijk kunnen alle bewoners van overstromingsgevoelige gebieden met overheidssubsidie overgezet worden naar een drijvend huis.

Grond moet meer watervasthoudend vermogen krijgen
Afhankelijk van de grondsoort kan een akker redelijk veel water vasthouden: dertig millimeter voor pure zandgrond tot een veelvoud hiervan voor kleigrond en (vooral) veengrond, die veel weg heeft van een spons. Op een zonnige dag jaagt een gewas er al gauw vier millimeter water doorheen. Vandaar dat regen, zeker op zandgronden, niet al te lang uit moet blijven.

Een voor de hand liggende methode is uiteraard veel organische stof toe te voegen aan de grond. Het probleem is dat deze stof ook schaarser wordt. Steeds meer plantaardig restafval wordt omgezet in elektriciteit of autobrandstof. Mogelijk kunnen kunststoffen of geëexpandeerde kleikorrels (perliet) soelaas bieden.

Terra preta: de grote hoeveelheid houtskool houdt de bodem rechts vruchtbaar en watervasthoudend.
Terra preta: de grote hoeveelheid houtskool houdt de bodem rechts vruchtbaar en watervasthoudend.

Grond blijft vruchtbaar met houtskool
Nog beter is organisch materiaal omzetten in biochar, houtskool (m.a.w.: laten verkolen, waarbij water en waterstofgas vrijkomt). Biochar gaat duizenden jaren mee (precolumbiaanse terra preta is nu nog vruchtbaar, en dat wil wat zeggen in een heet, regenachtig klimaat als in de Amazone) en blijft al die tijd water absorberen. Als de Nederlandse akkers (vooral de zandgronden) zouden worden voorzien van biochar, zou dit zowel de bodemvruchtbaarheid als het watervasthoudend vermogen enorm vergroten.

Er bestaat ook peak wind, zegt klimaatfysicus Axel Kleidan.

‘Windenergie en golfslag helemaal niet hernieuwbaar’

Aanhangers van alternatieve energiebronnen prijzen graag windenergie en golfslagenergie aan als DE oplossing van onze afhankelijkheid van fossiele, vervuilende energiebronnen. Maar hebben ze wel gelijk? Nee, zegt een natuurkundige. We putten zo namelijk de schaarse vrije energie op aarde uit.

Vrije energie en totale energie
Niet alle joules zijn gelijk geschapen. Alleen met bepaalde vormen van energie is nuttige arbeid te verrichten. De energieinhoud van een tropische oceaan is bijvoorbeeld enorm, maar kan pas afgetapt worden als er een koudereservoir in de buurt is. Vandaar dat natuur- en scheikundigen onderscheid maken tussen totale energie en vrije energie. Vrije energie is het deel van alle energie dat om te zetten is in een andere vorm van energie. Elektriciteit en beweging zijn een goede voorbeelden van pure vrije energie. Alle bewegingsenergie of elektrische energie is namelijk af te tappen zonder dat er warmte vrijkomt.

Windenergie en golfslagenergie tappen vrije energie af
De redenatie van Axel Kleidan van het Max Planck Instituut voor Biogeochemie in het Duitse Jena, is als volgt.

Er bestaat ook peak wind, zegt klimaatfysicus Axel Kleidan.
Er bestaat ook peak wind, zegt klimaatfysicus Axel Kleidan.

Wind ontstaat door luchtdrukverschillen. Deze op hun beurt worden weer veroorzaakt door ongelijkmatige verhitting van het aardoppervlak. Zo zal een watermassa de temperatuursschommelingen matigen een een onbegroeide woestijn sterk opwarmen en afkoelen. Golfslag is dan weer het gevolg van winden. Stel, we zouden alle wind- en golfslagenergie op aarde af gaan tappen. Dat zou namelijk nodig zijn, willen we ons fossiele energieverbruik (op dit moment 17 terawatt, TW) vervangen door wind en golfslagenergie. 17 TW is veel: meer vrije energie dan er bijvoorbeeld wereldwijd uit vulkanen en geisers vrijkomt.

Dan zou dit betekenen dat er minder vrije energie beaschikbaar is in de atmosfeer. Op dit moment wordt die vrije energie benut om lucht of water te mengen. Dit mengingsproces zal stil komen te liggen met als gevolg een deken van verstikkende, stilstaande lucht en een zee waarin onvoldoende menging plaatsvindt (met als mogelijk gevolg dode zones).Op dit moment wordt maar een kleine fractie van het potentieel aan windenergie (enkele tientallen TW) geoogst. Zou dit echter toenemen tot een aanzienlijk deel van de totale hoeveelheid wind, dan voorziet Kleidan moeilijkheden. De totale hoeveelheid wind zou afnemen, wat ook de efficiëntie van windmolens af zou doen laten nemen.

Zonne-energie: wel een oplossing
Kleidan ziet twee bronnen van alternatieve energie die wel op grote schaal toepasbaar zijn. Om te beginnen: zonne-energie. Vooral in de woestijnen worden grote hoeveelheden vrije energie (de zonnestraling) rechtstreeks omgezet in warmte. Het massaal plaatsen van zonnepanelen in de woestijn zou hiermee een goede manier zijn om vrije energie te onttrekken zonder dat dit klimaatconsequenties heeft. Wel zullen deze panelen efficiënter moeten zijn dan die nu worden gebruikt. Ook moeten we niet vergeten dat alle vrije energie uiteindelijk eindigt als warmte. We kunnen ook indirect zonne-energie benutten door de woestijnen vol te zetten met groene planten. Ook dit zou de hoeveelheid vrije energie vergroten zonder dat die wordt onttrokken aan de rest van hete ecosysteem, integendeel zelfs.

Een probleem is wel dat voor moderne zonnepanelen schaarse metalen nodig zijn als selenium, indium en tellurium. Zonne-energie onderzoekers moeten zich, stellen diverse onderzoekers, dan ook richten op zonnecelontwerpen waar veel voorkomende elementen zoals ijzer, koper of silicium in verwerkt worden.

Bronnen
New Scientist
Earth System Dynamics

Europa onder water

West-Europa onder water

Wat zou er gebeuren als de zeespiegel tientallen meters stijgt? Waar moet je heenvluchten als Al Gore’s doemprofetieën echt realiteit worden? Loont het de moeite om te investeren in zwemvliezen en een duikpak, of kunnen we het beste emigreren naar Zwitserland? Bekijk dit filmpje, dat maar liefst 3500 meter water aan de zeespiegel toevoegt en je bent helemaal op de hoogte…

Tijdens de laatste ijstijd was het beige gedeelte bedekt met ijs. Het roze gedeelte was onherbergzame toendra. Alleen Spanje, Iralië en Griekenland waren leefbaar. Kortom: een ijstijd is veel vervelender dan opwarming.

Landbrug Amerika veroorzaakt ijstijden

Het Pleistoceen, de periode van ijstijden, begon ongeveer twee miljoen jaar geleden. Rond die tijd vond er maar één echt belangrijke geologische verandering plaats: de landbrug tussen Noord- en Zuid-Amerika werd gesloten. Als gevolg hiervan veranderde het patroon van oceaanstromen radicaal. Zo werd de Golfstroom veel sterker en werden de Caraïbische Zee en de Stille Oceaan van elkaar gescheiden. Aan- en uitschakelen van zeestromen zet dus ijstijden in gang. En wat dat betreft is er vervelend nieuws…

De vorming van de landbrug tussen Zuid- en Noord-Amerika betekende uiteindelijk het uitsterven van de schrikvogel.
De vorming van de landbrug tussen Zuid- en Noord-Amerika betekende uiteindelijk het uitsterven van de schrikvogel.

De landbrug vormt zich
De flora en fauna in Zuid-Amerika week voor tientallen miljoenen jaren (net als die van Australië) sterk af van die van de rest van de wereld. Drie meter grote lopende schrikvogels beheersten het land.

Buideldieren kwamen veel voor en niet voor niets is er een apart florarijk (Neotropis) voor de unieke diersoorten en vegetatie in Zuid-Amerika, denk aan cactusachtigen. Een groot deel van onze landbouwgewassen, denk aan aardappels, maïs, cacao en tomaten, komt uit Neotropis.

Toen, enkele miljoenen jaren geleden, stierven de unieke Zuid-Amerikaanse diersoorten zoals de reuzenluiaard voor een groot deel uit. Ze werden vervangen door de uit Noord-Amerika afkomstige lama’s en alpaca’s.

De reden: de vorming van de landbrug tussen Noord- en Zuid-Amerika. De schrikvogels stierven geheel uit toen Noord-Amerikaanse katachtigen en andere rovers korte metten maakten met hun prooien. Ook met de meeste van deze prooidieren, zoals het reuzengordeldier Glyptodon en bijna alle buideldieren liep het slecht af. De opossum, de Noord-Amerikaanse buidelrat, slaagde er als een van de zeer weinige Zuid-Amerikaanse buideldiersoorten  in te overleven en zelfs naar Noord-Amerika over te steken.

Ook veel tropische Zuid-Amerikaanse vogelsoorten, plantensoorten en apen maakten de oversteek. Vandaar dat Mexico en Centraal-Amerika, alhoewel ze geologisch bij Noord-Amerika horen, door de grote overeenkomst in soorten toch bij Neotropis worden gerekend.

De woestijngordel in het zuiden van de Verenigde Staten en het noorden van Mexico vormt een effectieve barrière voor de meeste soorten, waardoor er een duidleijek scheidslijn tussen de holarctische en neotropische flora en fauna bleef bestaan.

Tijdens de laatste ijstijd was het beige gedeelte bedekt met ijs. Het roze gedeelte was onherbergzame toendra. Alleen Spanje, Iralië en Griekenland waren leefbaar. Kortom: een ijstijd is veel vervelender dan opwarming.
Tijdens de laatste ijstijd was het beige gedeelte bedekt met ijs. Het roze gedeelte was onherbergzame toendra, marineblauw is poolwoestijn. Alleen Spanje, Iralië en Griekenland waren leefbaar. Kortom: vergeet die opwarming, een ijstijd is veel vervelender.

Tijdperk van ijstijden
De gevolgen waren groter dan alleen op planten en dieren. Het eerdere circulatiepatroon, waarbij een sterke zeestroom tussen Noord- en Zuid- Amerika vloeide, werd compleet verstoord. Waar eerst de Pacifische Oceaan het water voor de Golfstroom leverde werd dit nu de Caraïbische Zee. Als gevolg hiervan werd deze zeestroming veel zwakker en instabieler. Door de zwakkere toevoer van warm, zout water kon de Noordelijke IJszee dichtvriezen en begon het Pleistoceen, het tijdperk van de ijstijden (geologen noemen het Pleistoceen zelf een ijstijd en de perioden in het Pleistoceen dat er een grote ijskap lag, glacialen). Volgens veel geologen leven we nu in het Holoceen maar in feite is dit onzin. Wat geologen het Holoceen noemen is in feite een interglaciaal (onderbreking van de ijstijd) van het Pleistoceen en we zijn in feite al over tijd…

Tijdens een glaciaal wordt half Europa en een groot deel van Noord-Amerika bedekt met een honderden meters dikke ijslaag. De gletsjers reikten tot Nederland. Een nieuwe ijstijd betekent dat bijna heel Europa, geheel Canada, een groot deel van de VS en China en heel Rusland onbewoonbaar worden. Naar het zuiden kunnen we niet, want ook de Sahara wordt groter. We kunnen er dus maar beter snel achter komen wat glacialen veroorzaakt…

De grote schakelaar
Klimatologen vliegen elkaar nog steeds in de haren over de vraag wat werkelijk glacialen veroorzaakt. Iets moet er voor zorgen dat een groot deel van het noordelijk halfrond gedurende vele tienduizenden jaren bedekt werd met een enorme ijskap en iets anders moet vervolgens deze laten smelten. Een geliefde theorie was tot voor kort de Milankoviç cyclus: door afwijkingen in de baan van de aarde zou het delicate patroon van zee- en luchtstromen een schop hebben gekregen waardoor de afkoeling of opwarming in gang werd gezet. Uiteraard wordt ook het broeikaseffect als oorzaak uit de kast gehaald.

De laatste jaren worden steeds meer problemen met deze theorie gevonden. De veranderingen in zonnestraling zijn in feite te klein om te verklaren hoe de enorme ijsmassa’s zich hebben kunnen vormen of just worden afgebroken. Duidelijk is in ieder geval dat een verandering in het circulatiepatroon van de enorme zeestromen een centrale rol speelt. Komt bijvoorbeeld de Golfstroom stil te liggen zoals tijdens het laatste glaciaal, dan kunnen we maar beter een dikke bontjas kopen. Volgens sommige onderzoekers versterken we nu de feedbackloop: door de opwarming smelten de Groenlandse ijskappen waardoor de Golfstroom wordt stilgelegd. De grote Siberische rivieren en het smeltende ijs laten het zoutgehalte in de Noordelijke IJszee dalen. De temperatuur daalt en de hele IJszee vriest weer dicht. De lage temperaturen in Europa tijdens koudere perioden in het verleden zouden hier een gevolg van zijn. De koude in december lag overigens aan een ander luchtcirculatiepatroon. Anno nu groeit overigens de scepsis.

Wie wil weten wat een plotseling invallend glaciaal betekent, kan ondertussen onderstaande documentaire bekijken.