De toename van het kooldioxide gehalte in de atmosfeer is antropogeen – Deel 3

De toename van CO₂ in de atmosfeer is antropogeen – deel 3

Inleiding

In de vorige twee artikelen hebben we gekeken naar het algemene beeld van kooldioxide (CO₂) in de atmosfeer en naar de omrekening van kiloton CO₂ naar ppm CO₂ voor een enkel jaar. In dit deel zullen we kijken naar het beeld voor alle jaren waar ik gegevens over heb. Dat is vanaf 1960 tot en met 2016. We zullen zien dat voor al deze 57 jaren geldt dat de emissie van CO₂ veel hoger is dan de toename. Dat wil dus zeggen dat voor al deze jaren geldt dat de toename van het CO₂-gehalte van de atmosfeer antropogeen is geweest, dat wil zeggen door toe doen van de mens. We zullen een onderscheid maken tussen de begrippen natuurlijk CO₂ en antropogeen CO₂. Voor al deze jaren geldt dat de toename van CO₂ gelijk is aan de emissies van CO₂  minus de uitval van antropogeen CO₂. We zullen vaststellen dat er 2 manieren zijn om CO2-uitval te definiëren. Op het eerste gezicht zal het lijken of het niks uitmaakt hoe je de CO₂-uitval definieert maar het maakt wel degelijk een groot verschil uit.

De ontwikkelingen van 1960 tot en met 2016

Als we voor alle jaren dat ik gegevens van heb, de omrekening maken van kiloton CO₂ naar ppm CO₂ en daar ook de toename van CO₂ in de atmosfeer aan toevoegen, dan kunnen we ook de CO₂-uitval bepalen per jaar. De gegevens van de emissies zijn van de Wereldbank en de gegevens voor het CO₂-gehalte zijn van het Scripps-instituut.  Dit geheel kunnen we weergeven in een grafiek. Dat ziet er als volgt uit.

Figuur 1 Emissie, uitval en toename van antropogeen CO₂ over de periode 1960-2016

Zoals je kunt zien is de toename van de CO₂-emissies vrijwel lineair verlopen. Alle goede voornemens, alle verdragen, protocollen en akkoorden hebben hier niets aan kunnen veranderen. De bedoeling was om de CO₂-emissies onder het niveau van 1990 te krijgen. Daar is niets van terecht gekomen. De CO₂-emissies waren in 2013 maar liefst 60 procent hoger dan in 1990. De enigste momenten dat de emissies vertraagden en soms zelfs iets terug liepen waren tijdens de recessies. Maar na een recessie volgt herstel en dus weer een toename van de CO₂-emissies. Dat zal deze keer ook niet veel anders zijn. Er is nog steeds geen enkel besef van urgentie te bespeuren. Economische overwegingen geven uiteindelijk de doorslag. Wat ook opvalt aan de grafiek is dat de toename van het CO₂-gehalte minder strak verloopt. Er lijkt sprake te zijn van flink wat natuurlijke variatie. Dit hangt samen met El Niño en La Niña jaren. Maar het algemene beeld is duidelijk. Het CO₂-gehalte blijft toenemen en omdat CO₂ een broeikasgas is zal ook de opwarming blijven toenemen. Wat ook opvalt is dat de CO₂-uitval blijft toenemen. Maar de uitval is niet hoog genoeg om een toename van het CO₂-gehalte af te remmen. Het CO_2-gehalte is dan ook alle jaren nog toe genomen.

Het onderscheid tussen natuurlijk en antropogeen CO₂

Uit onderzoek blijkt dat er een sterk verband is tussen de gemiddelde temperatuur op Aarde en het kooldioxide gehalte. Dit is vooral duidelijk te zien voor de periode van de IJstijd.  Koude perioden (de glacialen) met een laag CO₂-gehalte werden afgewisseld door kortstondige warmere perioden (de interglacialen) met een hoog CO₂-gehalte. Zoals uit figuur 2 duidelijk te zien is.

Figuur 2 De samenhang tussen natuurlijk CO₂-gehalte en de gemiddelde temperatuur

De samenhang tussen de gemiddelde temperatuur op Aarde en het CO₂-gehalte is duidelijk te zien. Bij een bepaalde gemiddelde temperatuur hoort een bepaald gehalte aan kooldioxide in de atmosfeer. Hier lijkt sprake te zijn van een natuurlijk evenwicht. Tot het begin van de industriële revolutie was dat nog steeds het geval. Daarna is de mensheid begonnen om op steeds grotere schaal gebruik te maken van fossiel brandstoffen zoals steenkool, aardgas en aardolieproducten. Hierdoor is het natuurlijkevenwicht tussen de gemiddelde temperatuur op Aarde en het CO₂-gehalte in de atmosfeer verstoord. Zoals uit figuur 3 blijkt, is het CO₂-gehalte fors gestegen van het natuurlijk gehalte van 275 ppm na het huidige antropogeen gehalte van ruim 409 ppm. Dat is een forse toename van maar liefst 49 procent. Kooldioxide is een broeikasgas en een toename ervan zal tot een temperatuurstijging leiden. Maar uit figuur 2 blijkt duidelijk dat de temperatuurstijging flink achterblijft op de stijging van het CO₂-gehalte. Dat wil dus zeggen dat het gehalte aan kooldioxide in de atmosfeer hoger is dan het op grond van de gemiddelde temperatuur op Aarde hoort te zijn. Dat betekent dat je een onderscheid kunt maken tussen natuurlijk CO₂ , een gehalte van 275 ppm en  antropogeen, dat wil zeggen door menselijk toedoen extra aan de atmosfeer toegevoegde CO₂. Dat is dus alles boven de 275 ppm. Zie figuur 3 voor een grafische voorstelling van het verhaal.

Figuur 3 Twee vormen van CO₂ in de atmosfeer

De twee vormen waarin je het CO₂-gehalte van de atmosfeer modelmatig kunt opsplitsen zijn natuurlijk CO₂-gehalte en de antropogene toevoeging door het alsmaar toenemend gebruik van fossiele brandstoffen als steenkool, aardolieproducten en aardgas. Dat is de kern van deze paragraaf. In de volgende paragraaf zullen we ons nader bezig houden met het opvallend verschijnsel dat de toename van het CO₂-gehalte een stuk lager ligt dan de CO₂-emissie. Een deel van de antropogene toevoeging valt weer uit de atmosfeer. Hoe kijk je aan tegen deze CO₂-uitval?

Twee manieren om CO₂-uitval te definiëren

Voor alle jaren geldt dat de CO₂-emissie veel hoger is dan de CO₂-toename. Dat betekent dat ieder jaar een deel van de toegevoegde CO₂ weer uit de atmosfeer valt. Dit is de zogenoemde CO₂-uitval van het antropogeen CO₂.

Er zijn twee manieren om de CO₂-uitval te definiëren. Ten eerste als fractie van de CO₂-emissie. Dit is de gangbare manier. Maar er is ook een alternatieve manier om de CO₂-uitval te definiëren,  namelijk als fractie van het aanwezig antropogeen CO₂. Dat is de de hoeveelheid CO₂ boven het natuurlijk niveau van 275 ppm. Het lijkt op het eerste gezicht niet veel uit te maken hoe je de CO₂-uitval definieert. De hoeveelheid CO₂-uitval in ppm blijft tenslotte gelijk, namelijk de CO₂-emissie minus de toename van CO₂ in de atmosfeer.

Toch zijn er belangrijke verschillen en wel in de aanname die je doet over het antropogeen CO₂. Als je de CO₂-uitval definieert als fractie van de CO₂-emissie voor het jaar in kwestie, houdt dit in dat de antropogene CO₂ van de voorafgaande jaren opgesloten zit in de atmosfeer en daar niet meer uitkomt. Zelfs als de emissie terugbrengt naar 0 ppm zal de uitval immers ook terugvallen naar 0 ppm. De klimaatverandering is dan onomkeerbaar want CO₂ is nu eenmaal een broeikasgas. Er ontstaat na verloop van tijd een nieuw evenwicht tussen het blijvend hoog gehalte aan kooldioxide in de atmosfeer en de daar mee samenhangende temperatuur.

Als je echter de alternatieve definitie gebruikt kom je tot een andere aanname over antropogeen CO₂. Als je in het extreme geval de CO₂-emissies terug brengt naar 0 ppm zal de CO₂-uitval gewoon door blijven gaan voor een hele tijd. Het CO₂-gehalte van de atmosfeer zal wel degelijk dalen en er zal een nieuw evenwicht ontstaan. Omdat CO₂ een broeikasgas is zal de temperatuur stijgen en zal het natuurlijk niveau van CO₂ ook toenemen. Maar het zal minder hoog zijn dan bij de gangbare definitie. Het maakt voor het schrijven van de scenario’s wel degelijk een verschil uit hoe je CO₂-uitval definieert. De vraag die zich opdringt is of het mogelijk is aan de hand van de beschikbare data aan te geven welke van de twee definities de juiste is. Daar zul je simulaties en scenario’s voor moeten schrijven. Maar het uitschrijven van scenario’s voor eventueel toekomstige ontwikkeling van het CO₂-gehalte en uiteindelijk de temperatuur is iets voor het volgende deel in deze serie over de vraag of de CO₂-toename van de atmosfeer antropogeen is. Hier volstaat de conclusie dat voor de onderzochte periode van 1960 tot en met 2016 de toename van het kooldioxide gehalte in de atmosfeer beslist antropogeen is.

Conclusies

De CO2-emissie nemen toe in een rechte lijn. Voor alle jaren die onderzocht zijn geldt dat de CO₂-emissie veel groter is dan de CO₂-toename. De toename is zeer grillig, ook op jaarbasis. Er is veel ruis op het signaal maar het signaal is duidelijk. De toename van het CO₂-gehalte is antropogeen. Voor ieder jaar valt een deel van het antropogeen toegevoegde CO₂ weer uit de atmosfeer. Dit op zich is al afdoende bewijs voor het antropogeen zijn van de toename van kooldioxide in de atmosfeer. Je kunt op grond van de data uit de ijstijdperiode afleiden dat er een natuurlijk evenwicht bestaat tussen de gemiddelde temperatuur op Aarde en het CO₂-gehalte van de atmosfeer. Door het toenemend verbruik van fossiele brandstof is dit natuurlijk evenwicht verstoord. Het CO₂-gehalte van de atmosfeer is veel hoger dan op grond van de huidige temperatuur valt te verwachten. Dat betekent dat je een onderscheid kunt maken tussen natuurlijk CO₂ en antropogeen toegevoegd CO₂. Een deel van de toegevoegde antropogene CO₂ valt weer uit de atmosfeer. Deze CO₂-uitval kun je op twee manieren definiëren. Het blijkt qua aannames een groot verschil uit te maken hoe je dit doet. Het is dus zaak om uit te zoeken welke van de twee manieren beter voldoet aan de hand van de verzamelde data. Ook dien je beide definities uit te werken in de scenario’s voor toekomstige CO₂-gehaltes van de atmosfeer. Maar dit is iets voor de volgende aflevering van de serie over de vraag of de toename van kooldioxide antropogeen is. Mijn volgende aflevering in deze serie zal ik me te buiten gaan aan een poging om een simulatie op te stellen voor de periode 1960-2016. Deze simulatie heb ik nodig om de scenario’s te kunnen schrijven voor de toekomstige ontwikkeling van het CO2-gehalte in de atmosfeer.

Literatuurlijst

CO2 emissies kiloton – Wereldbank

Keeling curve CO2 – Scripps Institute

IJstijperk – Wikipedia

Klimaatverandering Bart Verheggen – Kip-en-ei bij CO2 en de temperatuur

Klimaatverandering Bart Verheggen – Toekomstige CO2-concentraties

Roy Spencer – A Simple Model of the Atmospheric CO2 Budget

WUWT – A Simple Model of the Atmospheric CO2 Budget