kooldioxide

Een vrij kleine temperatuurdaling had al dit effect.

‘Invloed kooldioxide op temperatuur zwaar overschat’

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)

Ook mega-vervuiler Australië aan de CO2-belasting

Ook Australië doet waar vele landen over de hele wereld in verschillende mate mee zijn begonnen: het heffen van CO2-belasting.

De zogenaamde ‘price on carbon’ of ‘carbon-tax’ is uiteraard niet populair onder vele ondernemers, omdat het aan de ene kant betekent dat ze wederom ergens belasting voor moeten betalen en aan de andere kant daarmee ook hun concurrentie positie tegenover internationale concurrenten verzwakken. Als gevolg hiervan wordt het ook minder gunstig voor een land om deze belasting te heffen, omdat dit een uitloop van ondernemers kan betekenen.

Toch is het een logische stap. Groen denken is in en deze belasting past goed in de trend van het groene denken thuis. Het zat er dan ook al een tijd aan te komen en ook in Nederland is emissiehandel al jaren een feit. Wel is het de vraag of de huidige regelgeving voldoende is om daadwerkelijk effect te hebben. Ook is er nog geen algemene Europese regelgeving, maar dit zal waarschijnlijk ook niet lang meer op zich laten wachten. Tot die tijd doen bedrijven er goed aan zich alvast voor te bereiden op zwaardere belasting op CO2-uitstoot. Bedrijven als Akzo Nobel zijn dan ook al geruime tijd bezig hun productielijnen zo veel mogelijk CO2-vrij te maken.

In Australië, dat per hoofd van de bevolking de grootste luchtvervuiling kent, zal de maatregel ook een verschuiving bij de instelling van grote bedrijven bewerkstelligen. In productieprocessen valt er veel te verbeteren zodat er minder schadelijke stoffen voor het milieu vrij komen. Door maatregelen als de CO2-belasting worden bedrijven gestimuleerd naar dergelijke verbeteringen te zoeken.

Beschut in een diepe krater kunnen zich op Mars ijsafzettingen vormen.

IJs op Mars gevonden op tropische breedtegraden

De overlevingskansen voor een kolonie op onze buurplaneet Mars zijn met een nieuwe ontdekking aanzienlijk gestegen. Naar blijkt, bevindt zich in de gastvrijer tropische breedtegraden op Mars een grote hoeveelheid waterijs op enkele meters onder de oppervlakte. Dat is goed nieuws, want een winter op Mars in de buurt van de polen, waar het zo koud wordt dat zelfs kooldioxide verandert in sneeuw, is niet bepaald iets dat je graag mee wilt maken…

Zonder water geen leven
Ooit, miljarden jaren geleden, kende Mars grote oceanen.

Miljarden jaren geleden had Mars een enorme oceaan op het noordelijk halfrond.
Miljarden jaren geleden had Mars een enorme oceaan op het noordelijk halfrond.

Het hele noordelijk halfrond, nu bekend als Borealis Bassin, vormde een grote ondiepe oceaan. Ook nu nog zijn sporen van grote hoeveelheden waterijs rond de martiaanse noordpool aangetroffen. Water is essentieel voor leven. Er is geen enkele levensvorm bekend die het zonder water erg lang uithoudt, al zijn schijndoodtoestanden bekend die zeer lang kunnen duren. Kortom: plekken waar vloeibaar water aanwezig is, staan bovenaan het verlanglijstje voor buitenaards leven.

Tropen op Mars nu bewoonbaar
De mens is uiteraard geen uitzondering. De overlevingskansen voor een buitenaardse kolonie staan of vallen met de aanwezigheid van water in vloeibare of vaste vorm. Omdat het tot nu toe allerminst zeker was dat er water aanwezig was in de tropische gebieden op Mars gingen plannenmakers uit van de gevaarlijke, gure gematigde en poolstreken op Mars, waar het niet alleen erg koud is maar ook de weersomstandigheden snel en voortdurend intensief veranderen. De vermoedelijke ontdekking van grote ijsvoorraden in de tropen komt dus als geroepen.

Indirecte bewijzen
De aanwezigheid van ijs is afgeleid uit de aanwezigheid van kooldioxide-afzettingen op berghellingen in de tropen die gericht zijn op de dichtstbijzijnde pool. Kooldioxide slaat alleen neer als het op een bepaalde plaats extreem koud is, denk aan rond de zeventig graden onder nul bij aardse luchtdruk. Pas als de temperatuur hartje winter op Antarctica nog zeventig graden zou dalen tot -145 graden, zou  het overigens op Antarctica koolzuur gaan sneeuwen, dit door de lage CO2-dampdruk in de atmosfeer.

Waterijslaag houdt koolzuursneeuw ijskoud
De aanwezigheid van koolzuursneeuw op hellingen in de schaduw betekent dus dat de temperaturen hier ruim onder de honderd graden onder nul liggen.

Beschut in een diepe krater kunnen zich op Mars ijsafzettingen vormen.
Beschut in een diepe krater kunnen zich op Mars ijsafzettingen vormen.

Dat kan alleen door de aanwezigheid van een grote koudebuffer: de martiaanse atmosfeer voert in de zomer warmte aan van warmere gebieden,  die gebieden zonder de koudebuffer van waterijs snel zou opwarmen en dus de koolzuursneeuw zou laten smelten. In de tropen van Mars loopt de temperatuur hartje zomer namelijk op tot een paar graden boven het nulpunt.

Er zijn twee mogelijke verklaringen voor de koudebuffer: massieve rots en waterijs. Als het om massieve rots op enkele meters diepte zou gaan, zou de verdeling van CO2-afzettingen anders zijn dan nu het geval is. Ook zijn er geen sporen van de uniforme aanwezigheid van deze rotslaag gevonden. Er zijn grote rotsgebieden op Mars, maar deze vormen geen aaneengesloten geheel.  De conclusie van de onderzoekers is daarom dat een ijslaag verantwoordelijk is voor de eeuwige koolzuursneeuw in de tropen.

Leven op Mars?
Dit maakt de vooruitzichten om leven op Mars aan te treffen ook beter. Bekend is dat er in de Martiaanse zomer meer methaan vrijkomt dan in de winter. Methaan kan uit vulkanisme afkomstig zijn, maar is vaak een bijproduct van bacteriële activiteit. Als er in de tropen grote hoeveelheden ijs in de Martiaanse bodem zitten, kan dit mogelijk smelten in de zomer en hiermee bacteriën uit hun winterslaap wekken.

Bronnen:
Arxiv Blog
ArXiv

Planten zoals maïs moeten hun uiterste best doen om voldoende CO2 uit de lucht te trekken.

Superplant of plantzilla?

Cyanobacteriën hanteren een slimme truc om beter kooldioxide te kunnen vangen. Onderzoekers willen deze truc nu overnemen in gewassen. Naar verwachting zal op deze manier de oogst een kwart tot dertig procent hoger komen te liggen. Voedseltekorten zijn dan voor even voorbij. Nu maar hopen dat dit gen niet overslaat op wilde planten en er superonkruiden ontstaan, zoals al eerder gebeurd is…

De CO2-hongersnood
CO2-haters, opgelet. Sinds honderden miljoenen jaren geleden grote hoeveelheden planten het kooldioxide uit de lucht vingen en dit uiteindelijk in de vorm van steenkool ondergronds werd opgeslagen, heerst er CO2-hongersnood in het plantenrijk.

Planten zoals maïs moeten hun uiterste best doen om voldoende CO2 uit de lucht te trekken.
Planten zoals maïs moeten hun uiterste best doen om voldoende CO2 uit de lucht te trekken.

De condities de laatste twintig miljoen jaar zijn zelfs slechter dan ooit voor planten. Een kwart van alle stikstof en de helft van alle bladeiwitten in een plant bestaat uit maar één eiwitenzym: rubisco, dat als enige taak heeft kooldioxide te vangen.

Planten doen dat niet voor niets. Een vervelende eigenschap van rubisco is namelijk dat het enzym bijna even graag zuurstof bindt als kooldioxide. Na een mutatie heeft planten-rubisco nu meer affiniteit voor CO2 dan voor zuurstof, maar is veel langzamer geworden. De reden voor de absurd hoge hoeveelheden van dit enzym:alleen zo produceren planten voldoende snel suikers uit zonlicht.

Bestaande strategieën
Planten kennen naast de ‘standaard’ C3-fotosynthese, twee technieken om meer kooldioxide te kunnen vangen: C4-fotosynthese en CAM-metabolisme. C4-planten vangen eerst met een efficiënter enzym CO2 en transporteren dit vervolgens naar een cel met rubisco. CAM-planten leggen ’s nachts (als er weinig water verdampt) CO2 vast om dit overdag de CO2 via rubisco te verwerken. Beide technieken kosten vanwege de extra tussenstap veel energie: alleen in hete klimaten komen veel C4-planten (veel grasachtigen zoals mais) en CAM-planten (zoals cactussen) voor.

De carboxysomen-techniek
Toen de eerste landplanten zich tot oerwouden ontwikkelden en massaal CO2 uit de lucht slurpten, betekende dat ook voor andere organismen die van fotosynthese leefden, zoals cyaanbacteriën (blauwalgen) kooldioxide-gebrek.

Blauwgroene algen overleven de CO2-hongersnood door CO2 op te slaan als carbonaat.
Blauwgroene algen overleven de CO2-hongersnood door CO2 op te slaan als carbonaat.

Deze groep organismen ontwikkelden andere trucs: het vastleggen van CO2 in carbonaten. Dit gebeurt door het enzym carbonaat anhydrase in carboxysomen, ‘zakjes’ in cyanobacteriën met deze gespecialiseerde deeltaak waar CO naar binnen wordt gepompt. Daardoor heersen in carboxysomen duizend maal hogere CO2 concentraties en konden ze toch nog met de oorspronkelijke, snelle versie van rubisco blijven werken.

Onderzoekers proberen nu deze carboxysomen in te bouwen in planten. Lukt alleen de eerste stap al: het inbouwen van de carboxysomale CO2-pomp in chloroplasten, dan kunnen planten al zo’n vijftien tot vijfentwintig procent sneller groeien, verwachten de onderzoekers. Een ambitieuzer doel is het dupliceren van het complete carboxysoom (plus de snellere vorm van rubisco) in planten. Dit zou de opbrengst in theorie nog veel groter maken, omdat de CO2-concentratie in de chloroplasten (de bladgroenkorrels, waar de fotosynthese plaatsvindt) dan nog verder stijgt. Misschien dat de oogsten dan zelfs verdubbelen.

Stikstofbinding
Planten hebben grote hoeveelheden stikstof nodig. Weliswaar bestaat viervijfde van de lucht uit stikstof, maar alleen bepaalde bacteriën kunnen hier voor planten opneembare nitraten en ammoniumzouten van maken. De reden dat peulvruchten en andere vlinderbloemigen wortelknolletjes ontwikkelen. Onderzoekers willen daarom het vermogen om stikstof te binden rechtstreeks in de bladgroenkorrels van planten inbouwen. Niet de meest voor de hand liggende plaats, want bladgroenkorrels produceren immers zuurstof en zuurstof ‘vergiftigt’ het enzym dat de luchtstikstof omzet. Vandaar dat wordt gewerkt aan een techniek die het stikstofbindingsproces alleen aanschakelt op plekken in de plant zonder zonlicht – de wortels. Ook hier geldt dat dit de opbrengst van gewassen enorm zal doen laten stijgen en de milieuvervuilende effecten van stikstofbemesting – de stank door het uitrijden van drijfmest, om een voorbeeld te noemen – opheft.

Gevolgen
Het verdubbelen van de landbouwproductie heeft onmiskenbaar enorme voordelen: zo komt er voorlopig een einde aan het toenemende voedselgebrek en kan er marginale landbouwgrond uit productie waardoor er grotere natuurgebieden kunnen komen.

Er zijn ook enkele ernstige nadelen. Stel dat één of meerdere van deze genen in verwante wilde gewassen terecht komen – zo groeit de wilde verwant van maïs, teosinte, in Mexico en kruist hier gemakkelijk mee. Verspreidt het gen zich naar een wilde plant, dan hebben we te kampen met een onkruid dat twee keer zo snel groeit als andere planten en in zijn eigen stikstof voorziet. Een dergelijk snelgroeiende plant heeft ecologisch gezien enorm sterke voordelen. Hij zal de concurrerende planten wegvagen en oerwouden van onuitroeibaar onkruid vormen. Ook weten we niet of deze planten eetbaar zullen zijn. We hebben per slot van rekening weinig ervaring met cyanobacteriën als voedingsmiddel: alleen de alg Spirulina wordt veel gegeten. Laten we maar hopen dat deze onderzoekers hun huiswerk beter doen dan degenen die het insektendodende Bt-eiwit in transgene planten inbouwden…

Bron: New Scientist

Mossen en libelles bereikten in het Carboon enorme groottes.

Kooldioxide redt aarde

Er ontstaan op dit moment steeds meer zorgen over het steeds toenemende CO2 gehalte in de atmosfeer. In feite is het lange-termijn probleem van de aarde heel anders: het steeds lagere CO2-gehalte in de lucht bedreigt over enkele honderden miljoenen jaren de biosfeer. Wat is er aan de hand?

Meer kooldioxide is meer regenwoud
Toen de aarde pas was ontstaan bevatte de atmosfeer van de aarde veel meer kooldioxide dan nu. Met het ontstaan van fotosynthese werd dit kooldioxide opgenomen, wat (denkt men) de eerste grote globale ijstijden veroorzaakte.  Deze waren veel erger dan die van twintigduizend jaar geleden: bijna de hele aarde, van pool tot evenaar, was overdekt met honderden meters dikke gletsjers. Ook gedurende latere episodes betekende het dalen van het CO2 gehalte slecht nieuws voor het leven, terwijl een hoog CO2-gehalte in de atmosfeer leidde tot een explosie van groen.

Mossen en libelles bereikten in het Carboon enorme groottes.
Mossen en libelles bereikten in het Carboon enorme groottes.

Zo was tijdens het vochtige en hete Carboon de aarde van de pool tot de evenaar overdekt met dichte wouden en konden er door het hoge zuurstofgehalte meterslange reuzenpissenbedden en libelles groter dan een duif rondscharrelen.

Direct na het verdwijnen van de dino’s kende de aarde de heetste periode in haar geschiedenis: het Paleoceen-Eoceen thermale maximum met oerwouden tot aan de poolcirkel. Er kwamen subtropische en tropische boomsoorten tot in Alaska en Groenland voor. De woestijnen waren veel kleiner dan nu; overvloedige regenbuien lieten het land druipen van het vocht. U moet de klimaatjokkebrokken die beweren dat hogere temperaturen leiden tot verwoestijning dus niet geloven. In al deze periodes zat er veel meer kooldioxide en vermoedelijk ook methaan in de atmosfeer dan nu.

Wel stond de zeespiegel veel hoger dan nu: honderd tot honderdvijftig meter. Van Nederland zou alleen Zuid-Limburg en misschien wat eilandjes in Twente en op de Veluwe overblijven. Vervelend voor ons (behalve voor de Zuid-Limburgers die geen leegstand meer hebben), maar het verdwijnen van de woestijnen weegt voor de biosfeer ruim op tegen de paar laagvlaktes die onderlopen. Ook zijn de ondiepe zeeën die dan ontstaan zeer vruchtbaar.

Voortdurende CO2-daling laat planten stikken
Wat dat betreft ziet het er in de veel verdere toekomst (we praten dan over honderden miljoenen jaren) somberder uit. Al honderden miljoenen jaren is het kooldioxidegehalte aan het dalen. De temperatuurdaling woordt gecompenseerd doordat de zon steeds feller is gaan schijnen.

De reden voor de CO2-daling: eroderende silicaatgesteenten absorberen steeds meer kooldioxide, waardoor er een CO2-tekort ontstaat voor planten. Ook neemt het vulkanisme (vulkanen zijn een bron van CO2)  steeds meer af naarmate er minder radioactief verval is in de aardkern (de uiteindelijke bron van de energie voor vulkanen). Nu al bestaat de helft van alle eiwitten in C3 planten (planten die CO2 rechtstreeks binden, de meeste plantensoorten, in plaats van in twee stappen zoals C4 planten als mais doen) uit het enzym rubisco dat maar één taak heeft: kooldioxide vangen.

Je kan de rol van rubisco vergelijken met die van hemoglobine in gewervelde dieren. Met andere woorden: onze planten stikken op dit moment haast in onze veel te CO2-arme atmosfeer en moeten biochemisch gesproken alle zeilen bijzetten om het laatste restje CO2 te kunnen oogsten. Het opstoken van de steenkool van het Carboon en de olievoorraden is waarschijnlijk het beste dat we ooit voor de biosfeer hebben gedaan. Dus wees de volgende keer een beetje vriendelijker tegen die voorbijscheurende patsers in hun dikke SUV. Niet alleen spekken ze de staatskas flink met hun benzineslurpende sleeën, ze redden ook de wereld.