De broeikas-hypothese kwam natuurlijk niet uit de lucht vallen. Met name de achterliggende problemen waarvoor zij een antwoord zou kunnen bieden zijn tot dusverre onbesproken gebleven.
Biedt deze zwaartekracht-theorie in combinatie met een broeikas-menglaag ook oplossingen voor bijvoorbeeld de door Lovelock zelfverklaarde “solid science” die de Gaia-hypothese vertegenwoordigt?
De atmosfeer was hierin immers geworden tot een biologische constructie, een uitbreiding van een levend systeem “met de bedoeling om een door dit systeem gekozen omgeving in stand te houden.”
Zoals hierboven uiteengezet leunt het werk van Lovelock zwaar op de geestelijke arbeid van Carl Sagan en diens toenmalige vrouw Lynn Margulis. De hypothese dat een enorm broeikaseffect, veroorzaakt door een veranderde chemische samenstelling van de atmosfeer, de oplossing moest zijn van het ‘faint young sun paradox’ heeft Lovelock nooit losgelaten. Op deze pagina zal ik echter ingaan hoe het probleem ook opgelost had kunnen/ moeten worden.
Ook op deze pagina aandacht voor de manier waarop de recente klimaatveranderingen ook verklaard kunnen worden, los van de broeikas-theorie (zowel die onder invloed van kooldioxide als die zoals uiteengezet op de pagina “ontkenners”).
Want dat is dus de vraag; gesteld dat de oorzaak niet een “broeikas-effect” is, waardoor worden dan de variaties in temperatuur (en dan in recente tijden, met name opwarming) verklaard? Er zijn dan eigenlijk maar twee richtingen waarnaar kan worden gekeken; naar de zon en het water. En uiteraard hebben vele onderzoekers juist deze mogelijke alternatieven voor de broeikas-hypothese nader onderzocht en zijn inderdaad tot verrassende conclusies gekomen.
Het doorlopen van “de opwarming” gedurende de laatste jaren was voor mij aanleiding om verder te zoeken dan “de golfstromen” en het ontbreken van geschiedenis maakte voor mij de “ozon-hypothese” moeilijker, maar beide theorieën zijn voor mij nog altijd minder moeilijk te geloven dan de hypothese dat CO2 verantwoordelijk is…
Gedetailleerde beschrijving van een aantal mogelijkheden
Golfstromen
Over de wisselvalligheden van de oceaanstromingen en hun invloed op het klimaat
Zon en Ozon
Over bedreigingen van de ozonlaag, mogelijke effecten en het ‘boerenbedrog’ van Nederland
Golfstromen
Belangrijke klimatologische fenomenen als de Pacific Multidecadal Oscillation (PMO) en zelfs het El Niño-effect zijn pas zeer recent in verband gebracht met wereldwijde klimatologische effecten. Whipple (1983) beschrijft de ontdekking van het belang van El Niño, voor het klimaat als geheel, als volgt:
“In juni 1982 registreerde de barometer op twee ver van elkaar verwijderde plekken in het zuidoostelijk deel van de Stille Oceaan, Tahiti en het Paaseiland, een plotselinge daling van de luchtdruk. Ongeveer een maand later werd op de Fanning Eilanden en de Christmas Eilanden melding gemaakt van een opvallende verhoging van het zeewaterpeil van zo’n 15 tot 25 centimeter.
Bij Palau en Guardalcanal, in het westelijke deel van de Stille Oceaan werd een daling van de zeespiegel met 15 tot 25 centimeter geconstateerd. In de buurt van de evenaar werd het water langzaam maar zeker warmer. Voor de Peruaanse kust werd een temperatuur gemeten van 26° C., zo’n zes graden warmer dan normaal.
In de nazomer tekenden zich contouren af van een meteorologische catastrofe. Indonesië werd getroffen door een verwoestende droogte. De rijst verdorde in de blakende zon en een miljoen mensen werd door voedselgebrek bedreigd. Honderden Indonesiërs waren al van honger omgekomen. Australië zuchtte onder een niet aflatende hittegolf die duizenden hectares akkerland in woestijn veranderde. De wind voerde de kurkdroge bovenlaag met zich mee, waardoor er verstikkende stofstormen ontstonden. Droog kreupelhout kwam spontaan tot ontbranding en zo ontstonden bosbranden waarbij 72 mensen de dood vonden. Nog eens 8000 mensen werden dakloos en alleen aan onroerend goed ging voor drie miljard dollar verloren.
Aan de andere kant van de Indische Oceaan werd het zuiden van Afrika getroffen door de ergste droogte sinds mensenheugenis. Tienduizenden stuks vee bezweken en de verschroeide akkers leverden geen oogst meer op. Als gevolg van de ondervoeding en allerlei ziekten werd het sterftecijfer driemaal zo hoog als normaal. Ook India, Sri Lanka, de Filippijnen, Hawaii en Mexico werden door droogte geteisterd.
Elders kampte men met watersnood. In de kustgebieden van Ecuador en Peru goot het acht maanden aan een stuk – plaatselijk werd 300 maal het normale jaargemiddelde opgevangen – en dat resulteerde weer in de zwaarste overstromingen sedert een eeuw. Bij elkaar vielen meer dan 300 slachtoffers. De eilanden van Frans Polynesië, die gewoonlijk eens in de vijftig jaar door een wervelstorm worden bezocht kregen er nu vijf in evenveel maanden te verwerken. Het ongewoon warme oceaanwater verdreef de vissen. De Peruaanse ansjovisindustrie, een van de pijlers van de economie van dat land, kreeg een zware klap en het Christmas Eiland raakte zijn gehele van de visstand afhankelijke vogelpopulatie (zo’n 17 miljoen stuks) kwijt.
In december 1982 kregen ook de Verenigde Staten een tik van de meteorologische mallemolen mee. De Amerikaanse wetskust werd geteisterd door zware stormen en niet aflatende slagregens, waardoor stranden afkalfden, huizen en steigers werden ondergraven en zich gigantische modderverschuivigen voordeden. In het centrum van Los Angeles werden door een windhoos zeer zware vernielingen aangericht. Tussen december en april werd in het zuidwesten van de V.S. voor naar schatting een miljard dollar schade aangericht. Langs de Golf van Mexico, waar overstromingen 50 mensenlevens eisten, was de schade zeker zo groot. Rond de 60.000 mensen werden dakloos. Dit alles was het gevolg van een combinatie van weersverschijnselen die zich, zoals een meteoroloog de voorspelling opperde: “de komende honderd jaar niet zal herhalen”.
Terwijl de natuur haar grillige spel speelde, waren onderzoekers naarstig op zoek geweest naar een verklaring van wat die schijnbaar ordeloze kluwen oorzaken en gevolgen had teweeggebracht en had de “schuldige” al snel gevonden. Het was de warme zeestroming die rond de kerstdagen de Peruaanse kustwateren binnendringt – een zo regelmatig terugkerend verschijnsel dat men het El Niño heeft gedoopt, Spaans voor het Kerstkind. Doorgaans leiden alleen Peruaanse vissers schade doordat hun netten leeg blijven, maar ditmaal, in 1982, was El Niño op hol geslagen, een verschijnsel dat door een deskundige werd omschreven als “de oceanografische gebeurtenis van de eeuw.”
Dat het Kerstkind nog tot 1982 een vrijwel onbekende grootheid was voor de westerse wetenschappelijke wereld kan indirect ook fraai worden afgeleid van het schrijven van E. Mann- Borgese, een van de oprichters van de Club van Rome en jarenlang enig vrouwelijke lid, gespecialiseerd in maritieme wetgeving en mililieubescherming. Nog in “The Drama of the Oceans” (1975) schrijft ze:
“Het verval in de Peruviaanse ansjovis-visserij was even abrupt en onverwachts als de opkomst ervan was geweest. Van slechts 30.000 ton in 1953 steeg de vangst van deze kleine visjes in de Humboltstroom voor de kust van Peru in 1970 tot 12 miljoen ton…
Specialisten van de Voedsel en Landbouworganisatie van de Verenigde Naties (F.A.O.) waarschuwden ervoor dat de vangsten te groot waren voor het op peil blijven van de visstand maar men sloeg geen acht op hun waarschuwingen. Toen begon in 1972 de vis te verdwijnen. Van 10 miljoen ton in het vorige jaar zakte de vangst tot 4,4 miljoen tot en daarmee daalde de totale wereldvangst 10 procent. In 1973 daalde de ansjovisvangst tot 2 miljoen ton. Factoren in het milieu, zoals veranderingen in de Humboltstroom en in de temperatuur van het water, in combinatie met de overmatige vangst hebben deze ineenstorting kennelijk bewerkstelligd. De vogels, die van de ansjovis leefden, en het waren er miljoenen, verdwenen met de vissen… Mede dank zij verstandige overheidsmaatregelen herstelde de visstand zich enigszins en steeg de vangst weer tot even onder de 4 miljoen ton. Deze hoeveelheid blijft constant.”
Dit laatste is uiteraard een knappe analyse voor het jaar 1975, waarin het boek is geschreven, maar duidelijk is dat de effecten van El Niño ook door de vooraanstaande natuur-wetenschappers, inderdaad pas worden ontdekt in 1982.
Het El Niño fenomeen bleek ook deel uit te maken van een voortdurende periodieke wisseling van temperaturen waarbij El Niño en de omgekeerde fase La Niña (het meisje) de uiterste toestanden vertegenwoordigen. Deze wisselende stroming werd de El Niño – Southern Oscillation (ENSO) gedoopt.
Van nog recenter datum is de ontdekking van het bestaan van nog een andere fluctuerende zeestromingen. De zgn. (Pacific Decadal Oscillation (PDO) kwam men pas op het spoor in de jaren negentig van de vorige eeuw toen men een verklaring voor het bijzondere van de zalmtrek in Alaska probeerde te vinden. Zowel Hare in 1996, Zhang et al. (1996), en Mantua et al. (1997) kwamen tot de ontdekking dat er een relatie moest bestaan tussen de cyclische variaties in zalmvangsten en de verdeling van de temperatuur in de Stille Oceaan.
Maar oceaanstromingen bleken niet alleen van belang voor de Stille Oceaan. Het belang van de Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) werd in 1994 geherdefinieerd door Schlesinger and Ramankutty, nadat al door Bjerkness (1964) en Folland et al. (1984) op de periodieke wisselingen van de oppervlakte temperatuur (SST) van de golfstroom was gewezen.
De niveauverschillen van de Stille Oceaan worden hier echter niet gehaald. Sterker nog, in een artikel van Mo & Hakkinen (Geophysical research letters, 15 mei 2001) wordt aannemelijk gemaakt dat de veranderingen in de PMO/ ENSO situatie met een tijdsvertraging van ongeveer 8 jaar kunnen worden teruggevonden in de Zuidelijke tropische Atlantische Oceaan, wat natuurlijk zijn weerslag zal hebben op de AMO.
De snelle ontwikkelingen in het Oceanografische onderzoek hebben een aantal zaken duidelijk gemaakt:
Er is blijkbaar een autonome kracht/krachten werkzaam in de oceanen waarvan het bestaan, kracht en omvang tijdens de ontwikkeling van de broeikashypothese nog maar nauwelijks kan zijn bestudeerd.
Deze “autonome kracht” zorgt dus voor schommelingen van de oppervlaktetemperatuur van de oceanen (SeaSurface Temperature, SST) die ook invloed op het klimaat kunnen hebben, ook in de periode lang voor de hoeveelheid kooldioxide enige rol van betekenis op het Aardse klimaat kon hebben.
In het onderstaande wil ik dan ook nader ingaan op het bestaan van bekende “natuurlijke klimaatcycli” en hun mogelijke rol op de huidige temperatuursontwikkeling.
De onverklaarde mini-klimaatcycli
Zoals in het vierde IPCC rapport is uitgewerkt is de theorie van Milutin Milankovitch waarin de grote klimatologische veranderingen, zoals het ontstaan en van de ijstijden en meer gematigde klimaten, kon worden verklaard door geringe veranderingen van de loop van de Aarde rondom de zon, inmiddels ‘well developed’:
“IJstijden worden normaliter getriggerd door minima in de zomerse instraling op de hoge breedtegraden van het Noordelijke halfrond, waardoor de winterse sneeuw steeds langer blijft liggen en zo kan accumuleren om de glaciale ijskappen op te bouwen.
Omgekeerd kan een grotere zomerse instraling ook weer zorgen voor snelle smelt van deze ijskappen.”
Milankovitch ging uit van drie bekende astronomische meerjaren-cycli. Allereerst was bekend dat de aardas een tolbeweging maakt met een omloopperiode van 25.770 jaar. Over ca. 13.000 jaar staat de poolster daardoor ca. 47 graden van de noordelijke hemelpool en niet er vlakbij zoals nu. Door de combinatie van de elliptische baan met de tolbeweging verschuiven de dagen waarop dag en nacht even lang zijn (de equinoxen) en de tussenliggende kortste en langste dag (de solstitiën) over de aardbaan. Dit wordt wel de “precessie van de equinoxen” genoemd.
Hierdoor duurt de zomer op het noordelijk halfrond nu zeven dagen langer dan de winter, maar 13.000 jaar geleden was dit precies andersom.
De tweede periodiciteit betreft de grootte van de elliptische baan rondom de zon. De excentriciteit van de aardbaan varieert van 1 tot 6 procent. De tijdsduur van deze cyclus duurt maar liefst 100.000 jaar.
De derde periodiciteit waarmee Milankovitch begon te rekenen betrof de stand van de aardas, de tilt. Dit staat op dit moment op 23,5°, maar deze hoek kan variëren van 21,5° tot 24,5°, een cyclus die 41.000 jaar in beslag neemt.
Inmiddels is door een grote hoeveelheid bewijsmateriaal duidelijk dat deze cycli inderdaad kunnen worden teruggevonden in de klimatologische geschiedenis van de Aarde. Voor een verklaring van de duidelijke cycli die de laatste honderden jaren zijn aangetroffen levert de tijdschaal echter een probleem op. De Milankovitch-cycli gaan over duizenden jaren, terwijl heel duidelijk is dat de afgelopen duizend jaar zich verschillende cycli hebben afgespeeld met verkoeling en opwarming, waarop de veranderingen die Milankovitch bestudeerde, geen enkele invloed kunnen hebben.
De laatste jaren is er dan ook veel meer interesse in andere factoren die een significante bijdrage zouden kunnen leveren aan het klimaat. Een idee dat hierbij inmiddels min of meer geaccepteerd is door de geologische wetenschappen heeft relatie met de positie van de continenten en de daaruit resulterende zeestromen.
In het midden van het Krijt tijdperk was de Aarde veel warmer dan nu. Dit o.a. kwam door het feit dat de positie van de continenten zodanig was dat alle oceaanstromingen ervoor zorgden het door de zon opgewarmde water zeer effectief naar de poolstreken werd gestuurd. Nergens op Aarde kwamen ijsmassa’s van enige betekenis voor.
Zoals in de onderstaande figuur is te zien liggen de continenten tegenwoordig anders. Op het zuidelijk halfrond liggen ze in een “icehouse configuratie”. Antarctica ligt, sinds het 34 miljoen jaar geleden los kwam te liggen in het Zuidpool gebied, in een soort van geïsoleerde diepvries. Rechts in het plaatje zie je schematisch de “icehouse configuratie”.
Zo’n 3 miljoen jaar geleden vormden zich de eerste significante ijsmassa’s op het noordelijk halfrond. De Atlantische golfstroom, die na het aaneen smelten van de Amerika’s aan belang won speelt waarschijnlijk een hoofdrol in het klimaat van Europa en Oostelijk Noord Amerika (en indirect ook de rest van de wereld). Het is dan ook daar waar zich de grootste ijsmassa’s afzetten tijdens glaciale perioden
Toch is ook hiermee natuurlijk niet het hele verhaal gegeven van de klimaatveranderingen, ook de continentale drift is een zeer langzaam proces, dat nauwelijks verantwoordelijk kan zijn voor bijvoorbeeld de onderstaande schommelingen van het klimaat:
Met name in de periode tussen 70.000 en 15.000 jaar geleden is aan de hand van variaties in de zuurstofisotopenverhoudingen een opvallende opeenvolging van korte wisselingen in de temperatuur gevonden, met variaties in de temperatuur oplopend tot gemiddeld 10°C, de zgn. Dansgaard-Oeschger gebeurtenissen.
Er zijn echter nog meer periodes van snelle temperatuurwisselingen in de klimatologische geschiedenis aan te wijzen. Zo is er een periode van snelle opwarming tussen 18.000 en 14.500 jaar geleden op Groenland, de Bolling-Allerodperiode. Daarna, ongeveer 12.700 jaar geleden begon een heftige afkoelingsperiode, de Jongere Dryas periode die 1350 jaar duurde, waarin de gemiddelde jaartemperatuur op Groenland maar liefst 17°C kouder was dan tegenwoordig. Rond 11.500 jaar geleden herstelde de temperatuur zich weer even spectaculair, met ongeveer 10°C per decade!
Het zijn deze periodes die de Golfstroom in de Noordelijke Atlantische Oceaan als belangrijkste kandidaat aanwezen als de verantwoordelijke voor deze grillige klimaat bewegingen.
Een hypothese die dan aannemelijk klinkt stelt dat omdat in deze periode belangrijke zoetwaterbassins in Canada volledig leegstroomden, grote hoeveelheden zoetwater in de Atlantische Oceaan lekten, die de golfstroom mogelijk op enig moment zouden kunnen hebben geblokkeerd.
Dat dit grote consequenties heeft kan worden geïllustreerd door het werk van Hendrik M. van Aken (gepubliceerd in GEA, december 2008) verbonden aan het Koninklijk Nederlands Instituut voor Zeeonderzoek:
“Doordat de aarde een bol is en de zon gemiddeld recht boven de evenaar staat, ontvangen de equatoriale gebieden veel meer zonnestraling per vierkante meter dan de polaire gebieden. Het grote temperatuurverschil dat hierdoor in principe zou ontstaan wordt echter gematigd door de ‘klimaatmachine’ – de stromingen in de atmosfeer (winden) en de oceaan – die warmte van de tropen naar de polaire breedtes brengt. Tussen de 30° en 40°NB is dit totale warmtetransport in het huidige klimaat bijna 6 PW (1 peta-Watt = 1015 Watt.) (Ter vergelijking, het vermogen van energiecentrales wordt aangeduidt in mega-(106) Watt).
Op lagere en hogere breedten is het minder: 3 PW op 10°NB en 2,2 PW op 70°NB. Bij dit netto poolwaartse transport van warmte door de oceaan moeten we niet alleen denken aan warme stromingen zoals de Golfstroom naar de pool, maar ook aan koude stromingen weg van de pool naar de evenaar. Transport van relatief koud water naar de tropen komt warmte-technisch overeen met transport van relatief warm water naar de pool.
De bijdrage van de Noord-Atlantische Oceaan aan dit warmtetransport is afhankelijk van de zeestromingen en de temperatuurverdeling.
Een schatting van het noordwaartse warmtetransport in deze oceaan is weergegeven in Afb. 2. We zien dat op 10°NB de stromingen in de Atlantische Oceaan 1,2 PW naar het noorden brengen. Dat is maar liefst 40% van het totale noordwaartse warmtetransport op deze breedte. Bedenk daarbij dat de Atlantische Oceaan op deze geografische breedte maar ongeveer 15% van de aarde omspant en ruim drie maal zo smal is als de Stille Oceaan die daar 25% van het noordwaartse warmtetransport verzorgt (0,8 PW). In de (sub)tropen is de Atlantische Oceaan dus heel belangrijk voor het klimaat van het noordelijke halfrond. Op 40°NB is de Atlantische bijdrage gereduceerd tot 8% van het totale warmtetransport, op 60°NB is dit slechts 6%. Op deze breedten zijn het voornamelijk atmosferische depressies en hogedrukgebieden die dit transport in stand houden.
Afbeelding 2 toont een bijzondere Atlantische karakteristiek die je niet vindt in de Stille Oceaan: vanaf de breedte van Kaapstad (ongeveer 30°ZB) tot aan IJsland (64°NB) is het netto warmtetransport in de Atlantische Oceaan positief, dat wil zeggen naar het noorden gericht.
Dat betekent dat de zeestromingen in deze oceaan ook warmte transporteren naar onze breedten afkomstig uit de andere oceanen (Indische Oceaan en Stille Oceaan). Deze warmte komt dus niet uit de Atlantische Oceaan. Verandering van de circulatie van de hele wereldzee kan dus waarschijnlijk gevolgen hebben voor het Noord-Atlantische klimaat.”
Vaak is aangenomen dat het klimaat in het Holoceen zeer stabiel is geweest (o.a. door Mann wiens overtuiging dienaangaande inspireerden tot zijn “Hockey-stick”). Er zijn echter zonder problemen een aantal belangrijke Holocene klimaatvariaties aan te wijzen. Voorbeelden hiervan zijn:
– 10.800 jaar geleden, werd de Golfstroom onderbroken, mogelijk veroorzaakt door een zoetwatervloed aan het begin van het Holoceen; deze vloed heeft in Ontario in Canada enorme hoeveelheden rolstenen achtergelaten die tot 2 meter groot zijn.
– 8200 jaar geleden was er opnieuw een, zij het zeer korte, verstoring van de watercirculatie in de noordelijke Atlantische Oceaan; mogelijk was het leeglopen van een smeltwaterrivier aan de rand van de ijskap bij de Hudson Baai hiervoor verantwoordelijk. De stilstand duurde slechts 80 jaar. Toch veroorzaakte deze gebeurtenis een temperatuurverlaging van rond de 4oC in Noord-Amerika en Europa.
– Daarnaast zijn er meerdere cyclische variaties aangetoond met zeer uiteenlopende cyclustijden. Een van de belangrijkste is die met een tijdspanne van ongeveer 1400 tot 1500 jaar. De duur van opeenvolgende cycli kan echter meer dan honderd jaar verschillen. De klimaatvariaties hierdoor zijn relatief gering, de temperatuurverschillen bedragen maximaal 2 oC, niet valt uit te sluiten dat ook hierbij fluctuaties van de golfstroom een belangrijke rol hebben gespeeld.
De aanjager van de oceaanstromingen
Al vanaf de ontdekking van de golfstromen in de Oceanen splitsten de theoretici zich in twee kampen met betrekking tot de vraag wat het nu precies is wat deze wateren tot op zeer grote diepte aanjaagt tot beweging. De ene groep was van mening dat het oppervlaktewater in beweging werd gezet door krachtige, gelijkmatige winden als de passaat, terwijl anderen de stromingen toeschreven aan verschillen in de temperatuur en dichtheid van het zeewater.
De dialogen aan het eind van de negentiende eeuw tussen de Britse bioloog W.B. Carpenter, die meende dat door het zinken van het oppervlaktewater in de poolzee, door afkoeling en toename van de zoutgraad, warm water van de evenaar naar de polen trok, en de Schotse geoloog J. Croll, voorstander van de theorie van de winddrift, gaven geen doorslaggevende bewijzen voor een van de beide theorieën.
Anderhalve eeuw later is het pleit nog steeds niet beslecht volgens het KNMI. Op haar site kan onder https://www.knmi.nl/kennis-en-datacentrum/achtergrond/windgedreven-oceaancirculatie worden gelezen:
“De stromingen in de oceaan worden aangedreven aan het zeeoppervlak, deels door de krachten die worden uitgeoefend door de wind, en deels door de uitwisseling van warmte en vocht (het netto effect van regen en verdamping) met de atmosfeer.
De wind is de belangrijkste drijvende kracht voor de circulatie aan het oppervlak, maar beïnvloedt alleen de bovenste duizend meter van de oceaan rechtstreeks. Als gevolg van de grote warmtecapaciteit van (oceaan-)water hebben de stromingen en veranderingen daarin een belangrijk effect op ons klimaat.”
Om vervolgens op 15 juli 2013 de volgende mededeling tegen te komen onder: https://www.knmi.nl/over-het-knmi/nieuws/zout-water-houdt-golfstroom-stabiel
“De verdeling van zout water in de oceanen is cruciaal voor het gedrag van de Golfstroom. Belangrijk is vooral het transport van zout water noordwaarts vanaf de zuidelijke oceaan naar de Atlantische Oceaan.
Dat concludeert Andrea Cimatoribus in zijn proefschrift over processen die de stabiliteit van de Golfstroom bepalen. Onderzoekers dachten tot voor kort dat de koppeling tussen atmosfeer en oceaan de belangrijkste factor was voor de Golfstroom.
Gemiddeld genomen stroomt in het bovenste gedeelte van de Atlantische Oceaan water met een hoge temperatuur en zoutgehalte naar het noorden. Het koelt onderweg af, zinkt daardoor op hoge breedtegraden naar diepere lagen en stroomt dan weer zuidwaarts. Dit deel van een wereldwijde oceaancirculatie wordt aangeduid als de Atlantische Meridionale “Overturning” Circulatie (AMOC). De AMOC is van groot belang voor het klimaatsysteem, omdat ze een substantiële hoeveelheid warmte richting Atlantische Oceaan en West Europa stuurt.”
Ook Wikpidedia denkt er het zijne van, onder https://nl.wikipedia.org/wiki/Golfstroom kan het volgende worden gelezen:
“De Golfstroom wordt waarschijnlijk aangestuurd door enorme wervels in de wateren rond Zuid-Afrika. Daardoor lekt warm water uit de Indische Oceaan naar de Zuidelijke Atlantische Oceaan. Dankzij onderzoek vanaf het Nederlandse onderzoeksschip Pelagia zijn de wervels en zeestromingen rond Afrika in kaart gebracht.
We weten uit onderzoek van boorkernen uit de ijskap van Groenland dat de zeewatertemperatuur in het verre verleden (tienduizenden tot honderdduizenden jaren geleden) soms snel wisselde. Misschien had dat te maken met de veranderlijke sterkte van de Golfstroom. De transportband kan vrijwel tot stilstand komen en dan kan het ijs in de Atlantische Oceaan zich uitbreiden. Of die veranderingen samenhangen met de Golfstroom is niet duidelijk. Pas in de twintigste eeuw, en door satellieten vooral in de laatste tientallen jaren, hebben we de beschikking over meetgegevens van oceanen. Dat is nog te kort om conclusies te trekken; misschien zijn de natuurlijke variaties van de Golfstroom veel groter dan algemeen wordt aangenomen. De Golfstroom is daarom een onzekere factor in de klimaatverandering waarmee de aarde te maken heeft.”
Maar onder https://nl.wikipedia.org/wiki/Thermohaliene_circulatie is weer het volgende te lezen:
“Met de thermohaliene circulatie (THC) wordt het wereldwijde systeem bedoeld van de zeestromen. Het wordt wel aangeduid als de transportband van de oceaan. Het bekendste voorbeeld van thermohaliene circulatie is de Atlantische Golfstroom.
Thermo- duidt op de temperatuur, -halien op het zoutgehalte. Beide factoren hebben invloed op de dichtheid van water, en daardoor op het stijgen en zinken van watermassa’s.
Zout water is 2 à 3 procent zwaarder dan zoet water, en koud water is ook zwaarder dan warmer water. Het zoutere water zal naar de bodem zinken en eenmaal aangekomen naar opzij wegstromen. Hierdoor ontstaat een convectiestroming, in dit geval thermohaliene stroming genoemd. Er is bijvoorbeeld een thermohaliene stroming van de Golf van Mexico naar Europa, de Golfstroom genoemd. In de Golf van Mexico verdampt water waardoor de zoutconcentratie van het water stijgt. Doordat dit zoutere water zwaarder wordt, zinkt het weg. Vers minder zout water wordt aan het oceaan oppervlak aangevoerd, en doorloopt op haar beurt hetzelfde proces. Dit continue proces veroorzaakt een stroming…
Deze stroming gaat regelrecht naar Europa. Nadat het water eerst is opgewarmd, geeft het zijn warmte af zodra het tegen Europa ‘botst’. Europa wordt opgewarmd. Was deze stroming er niet, dan zou Europa even koud zijn als Canada op dezelfde breedtegraad. Het is al een aantal keer gebeurd dat deze stroming tot stilstand kwam. Het stilvallen van de zogenoemde thermohaliene pomp wordt als één van de terugkoppelingseffecten beschouwd naar het in gang zetten van een ijstijd. Thermohaliene circulatie is een wereldwijd verschijnsel en belangrijk voor de hele klimaatsysteem van de Aarde.”
Het IPCC is waarschijnlijk het best in samenvatten; in AR 4 is te lezen https://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/faq-10-2.html:
“The Gulf Stream is a primarily horizontal current in the north-western Atlantic Ocean driven by winds. Although a stable feature of the general circulation of the ocean, its northern extension, which feeds deep-water formation in the Greenland-Norwegian-Iceland Seas and thereby delivers substantial amounts of heat to these seas and nearby land areas, is influenced strongly by changes in the density of the surface waters in these areas. This current constitutes the northern end of a basin-scale meridional overturning circulation (MOC) that is established along the western boundary of the Atlantic basin.”
Of, in AR5 https://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/wg1/WG1AR5_Chapter03_FINAL.pdf
(p273)
“Exchanges of heat, water and momentum (wind stress) at the sea surface are important factors for driving the ocean circulation…
The Pacific covers over half of the global ocean area and its winddriven variability is of interest both for its consistency with wind stress observations and for potential air–sea feedbacks that could influence climate. Changes in Pacific Ocean circulation since the early 1990s to the present, from the subarctic gyre to the southern ocean, observed with satellite ocean data and in situ ocean measurements, are in good agreement and consistent with the expected dynamical response to observed changes in wind stress forcing…”
Zonder al te veel moeite zouden er nog tientallen variaties kunnen volgen van op internet gevonden ‘gezaghebbende meningen’. Zonder uitzondering wordt er echter een belangrijke speler niet benoemd, aan de hand waarvan naar mijn mening wel een sluitende theorie valt op te stellen. Allereerst loont het zich echter om de bovengenoemde belangrijkste kandidaten als aandrijvers van de oceaanstromingen kritisch nader te bestuderen.
Afkoeling en toename van de zoutgraad
Het is misschien wat flauw om ten aanzien van het rapport van A. A. Cimatoribus et al. “Reconciling the north–south density difference scaling for the Meridional Overturning Circulation strength with geostrophy (2013)”, op basis waarvan het KNMI bereid was om al haar toenmalige denkbeelden over de aansturing van de golfstroom te wijzigen, aansluiting te zoeken bij wat een anonieme referee stelt onder http://www.ocean-sci-discuss.net/10/C894/2014/osd-10-C894-2014.pdf, maar de kwestie waarom het gaat is eigenlijk te belangrijk, zoals ook door de auteur zelf wordt bevestigd.
De grootte van de Meridional Overturning Circulation (MOC) is (gedurende de meer dan 150 jaar na haar ontdekking) nog nooit gedefinieerd. De referee stelt:
“Presumably Psi refers to the Eulerian mean meridional overturning streamfunction. I think that the actual equation for Psi should be written down in the paper.
This issue is relevant because there are in fact many different possible definitions and choices regarding “the MOC.” It is not stated whether the Psi diagnosed here includes the eddy-induced transport from the Gent-MicWilliams parameterization; this must be clarified. Most importantly, the thickness-weighted circulation in isopycnal coordinates (rather than height coordinates) can provide a different, and in many cases, more physically relevant measure of meridional transport. For example, even for a steady flow such as Fig. 1, if the meridional flow is returned at the same depth but at different densities, the two diagnostics will give very different pictures. Among the works cited, Wolfe and Cessi and several others used isopycnal averaging. Therefore, a clear discussion of these issues seems necessary in order to connect with other works. How different is the Eulerian-mean overturning from the isopycnal mean?”
Welnu, er is dan toch nog flink wat werk te verzetten voordat de andere kandidaat voor het aanjagen van de golfstromen definitief kan worden verlaten. A. A. Cimatoribus et al. hebben in ieder geval beloofd om deze kwestie bij een nieuwe versie van het manuscript te verhelderen. De kritiek op het onderzoek was echter van dien aard dat het tijdschrift Ocean Science aangeeft dat a final paper in OS “not foreseen” is. Misschien geeft dit ook de KNMI weer te denken?
Een ander intuïtief punt waarover het lastig is een verklaring te vinden is hoe deze water-zinkput in het Noordpoolgebied water kan aanzuigen tot aan de punt van het Zuidelijk Afrika aan toe. Ook vereist de situatie aan de Zuidpool dan nog enige opheldering omdat de Westenwinddrift, ofwel de Antarctic Circumpolar Current (ACC) de sterkste oceaanstroming die gemiddeld ongeveer 135 Sverdrups (Sv, één miljoen m3/s) zeewater transporteert, geen eindpunt heeft, maar (klokgewijs) rondcirkelt rondom de zuidpool, en warmer zeewater dat de zuidpool benadert om daar te kunnen bezinken, simpelweg blokkeert.
Windforcering
Dat de wind oceaanstromingen kan of zelfs moet aansturen leidt dus geen twijfel meer, wanneer uit het bovenstaande blijkt dat de MOC als sturingsmechanisme niet heel geloofwaardig is en alternatieven blijkbaar ontbreken.
Toch roept ook dit alternatief vraagtekens op. Whipple (1987) stelt bijvoorbeeld dat de simpele visie waarbij de wind door wrijvingskrachten de bovenlaag van de wereldzeeën in beweging zet, welke beweging vervolgens door cohesie-krachten wordt voortgezet, geen recht doet aan de werkelijke situatie:
“Afgezien van de bovenste honderd meter waarop weer, wind en verdamping invloed hebben, is de oceaan door verschillen in dichtheid – hoe minimaal ze ook moge zijn- geordend in lagen die even stabiel zijn als de stratosfeer.
Vrijwel overal in de oceaan kruipen de watermassa’s wel horizontaal over elkaar heen, maar wordt het water van onderscheiden dichtheid in verticale richting niet of nauwelijks vermengd.”
In extrema is dit verschijnsel waar te nemen in zgn. ‘doodwater’ wanneer een lichte bovenlaag (zoet of brak water) rust op een laag met zwaarder zout water, waarbij beide lagen zich niet mengen. Een schip dat hierin terechtkomt en weinig voortstuwingsvermogen heeft, kan hierdoor sterk worden beperkt in zijn snelheid of zelfs bijna tot stilstand worden gebracht. De overmaat aan energie die voortkomt uit de schroef van het schip leidt hier slechts tot golven en turbulentie tussen de beide lagen.
Maar als de verschillende lagen zich dus niet mengen, dan kan er ook geen sprake zijn van een cohesie die aannemelijk maakt dat de wind tot op zeer grote diepten golfstromen kan aanjagen. Om opnieuw het voorbeeld van de Westenwinddrift te noemen; deze stroming gaat tot vier kilometer diep; wanneer Whipple gelijk heeft en alleen de bovenste honderd meter worden beïnvloed door weer, wind en verdamping, blijft er dus een flinke vraag onbeantwoord: wat drijft de andere 3900 meter (97,5%) dan aan?
Over het (te?) voor de hand liggende alternatief
Het getijde, tij of getij is de periodieke wisseling van de waterstand, en de daarmee samenhangende getijstroom, die op Aarde optreedt als gevolg van de zwaartekracht van de Maan en, in mindere mate, die van de Zon. Deze verklaring van het verschijnsel werd in 1687 voor het eerst door Isaac Newton gegeven. Newtons theorie werd in 1740 door Daniel Bernoulli uitgebreid tot het evenwichtsgetij, dat ten onrechte vaak aan Newton zelf wordt toegeschreven. In 1776 werd de theorie door Pierre-Simon Laplace verder uitgebouwd tot een dynamische theorie van het getij, waarmee in principe het gedrag van ieder deeltje onder invloed van een veranderende getijdenkracht en op een draaiende aarde voorspeld moet kunnen worden. Belangrijke bijdragen aan de analyse en het voorspellen van het getij werden volgens Wikipedia geleverd door William Thomson (Lord Kelvin) in 1867, George Howard Darwin in 1899 en Arthur Thomas Doodson in 1921.
En, zoals Mytl Hendershott in 2004 opmerkt, leidde het succes van de voorspellingen van optredende getijden ertoe dat men er vanuit ging dat het getijde-probleem inmiddels deel uitmaakte van de canon van de natuurkunde en daarmee ook haar aantrekkingskracht als onderwerp voor natuurkundig onderzoek had verloren. Onderzoek in de jaren zeventig van de vorige eeuw leidde echter tot de suggestie dat de energie die vrijkomt bij de getijden mogelijk van invloed zou kunnen zijn als aandrijvend mechanisme achter de thermohaline circulatie:
Getijdegolven zijn een reactie van de oceanen en de Aarde op de aantrekkingskracht van andere hemellichamen. Door de beweging relatief tot de Aarde zal deze aantrekkingskracht in de tijd veranderlijk zijn en vanwege de eindige grootte van de Aarde, varieert deze aantrekkingskracht ook over het oppervlakte van de Aarde…
Hoewel de maan klein is in vergelijking met de andere hemellichamen en speciaal de zon, staat zij ook veel dichter bij de Aarde dan deze andere hemellichamen, waardoor zij toch de grootste invloed heeft op de Aardse getijden.
Dat er weinig aandacht bestaat voor de getijdenenergie als mogelijke aanjager voor de thermohaline circulatie komt vooral door de volgende vrij voor de hand liggende gedachtegang, hier gevonden in de Wolf et al (1990):
“De gedachte dat we door het uitvoeren van voldoende waarnemingen met stroommeters kwantitatieve kennis kunnen vergaren is aantrekkelijk, maar niet juist. De grootte van de waterbeweging in de Noordzee wordt voornamelijk bepaald door de sterke getijdenstroom, maar die beweegt het water slechts regelmatig heen en weer. Om kwantitatief de resterende circulatie te bepalen, moet eerst de getijdencomponent uit de waarnemingen worden verwijderd. De in het algemeen veel kleinere reststroom die we dan overhouden blijkt echter sterk te variëren. De variatie in de tijd wordt veroorzaakt doordat een belangrijk gedeelte van de reststroom door de in sterkte en richting variërende wind aangedreven wordt.”
Het getij kan blijkbaar niet worden losgedacht van eb en vloed, de heen- en weer-beweging van het water. Eb en vloed hangen samen met landmassa’s. De grote watermassa’s op Aarde worden, zoals in de bijgevoegde figuur wordt duidelijk gemaakt, opgestuwd door de maan. Echter, de getijdegolf die door de aantrekkingskracht van de maan wordt opgewekt, kan niet overal worden gevolgd. Daar waar het land de doorgang versperd, komt de vloedgolf tot stilstand en zal vervolgens door de vrij snel volgende eb-situatie worden teruggedreven naar de oorspronkelijke uitgangspositie. Inderdaad een simpele heen- en weer-beweging.
Dit geldt echter niet voor een strook nabij de Zuidelijke IJszee, tussen 55 en 65 graden zuiderbreedte. Hier bevindt zich een oceaanband die niet door land wordt onderbroken en waar de getijgolf zich ongehinderd kan voortplanten.
Rond de Zuidpool ontstaat dus een ronddraaiende getijdegolf; deze heeft twee golfruggen, precies tegenover elkaar en twee golfdalen daartussen. De ene golfrug ontstaat door de aantrekkingskracht van de maan, de ander door de centrifugale kracht die ontstaat door de draaiende beweging van de aarde en maan om hun gemeenschappelijke zwaartepunt.
Als een zee gelaagd is kunnen er ook interne getijden optreden. Hierbij beweegt niet het zeeoppervlak op en neer, maar het (de) tussenvlak(ken) tussen de warmere oppervlaktelaag en het koudere diepere water. Deze beweging van het tussenvlak kan zich als vrije golf voortplanten (de Wolf, 1990).
Het vereist dan ook niet veel fantasie om de kracht van de Westenwinddrift, (de Antartic Circumpolar Current (ACC)) de sterkste golfstroom van de Aarde, die zoals hierboven al uiteengezet nauwelijks door verschillen in zoutgehalte en zwaartekracht, noch door de wind te verklaren is, tenminste voor een fors deel te verklaren als een ongeremde getijdegolf die zich op deze golflengten vrij kan uitleven. Door de interferentie van de verschillende golflengten zou dan ook verklaarbaar zijn waarom de ACC zich blijkbaar alleen in bepaalde fases (interfererende staande golven) kan bevinden.
Een recente ontdekking van P. Baines (1998) heeft overigens deze hypothese bekrachtigd. In de ACC blijken zich nl. twee poelen van warm en koud water tegenover elkaar te bevinden, die zich met de ACC mee lijken te bewegen. De omloopsnelheid van deze regio’s (die zich als eb- en vloed regio’s lijken te gedragen) bedraagt 8-9 jaar wat overeen komt met de omloopsnelheid van de ACC zelf, maar ook met de de 8,85 jarige cyclus van de maan die wordt veroorzaakt doordat de lange as van de ellips van de baan die de maan doorloopt in deze tijd rond de aarde roteert.
De ACC is opmerkelijk stabiel. De onderzoekers Whitworth and Peterson 1985 concludeerden bij hun studie aan de Drake passage (tussen Kaap Hoorn en het Antarctische schiereiland (Anterctic peninsula), dat bij een gemiddeld transport van 123 Sverdrup (Sv, één Sverdrup is gelijk aan 106 m³/s)veelal slechts een afwijking kon worden gevonden van ongeveer 10 Sv. Er konden, zoals te zien is in de onderstaande figuur slechts twee voorbeelden worden gevonden (in juli 1978 en juni/juli 1981) van grote fluctuaties (ongeveer 50 Sv). (Meredith, et al, 2010)
Een variatie die in 2009 plaatsvond (en ook een indicatie van de omvang van de ACC) kon echter op een wel heel onverwachte manier worden gedetecteerd.
Op 8 november van dat jaar merkten Stephen Marcus en zijn collega’s van het NASA Jet Propulsion Laboratory en het Institute of Earth Physics, dat de westenwinddrift plotseling haperde en vertraagde.
Volgens de wet van behoud van impulsmoment bezitten draaiende voorwerpen (de aarde) dan de neiging om deze beweging toch vol te houden. Om het verlies van de vertraagde zeestroom te compenseren, ging de aarde dus sneller draaien.
Bijna twee weken lang waren onze dagen en nachten daardoor 0,1 milliseconde korter dan normaal. De aarde kreeg zijn gebruikelijke draaisnelheid en daarmee zijn ‘normale’ dagen en nachten pas terug toen de westenwinddrift op 20 november weer versnelde.
Niemand weet zeker waarom de stromingen vertraagden, maar Marcus en zijn collega’s constateerden dat het optrad in samenhang met de atmosferische omstandigheden.
(https://www.newscientist.com/article/mg21328515.100-ocean-current-slowdown-made-earth-spin-faster/)
Opvallend was dat twee dagen voordat kon worden geconstateerd dat de ACC vertraagde ook de regionale winden vertraagden en twee dagen nadat de winden weer normale kracht verkregen, de ACC ook weer versnelde. De newscientist citeert de ontdekker: “Winds help drive currents, so that may not be surprising. But it is unusual to see such a large response, says Marcus.”
De relatie tussen wind en zeestromingen verdient een nader onderzoek, waarnemingen laten zien dat de wind al op veranderingen in de zeestromingen reageert (o.a. bij een El Niño gebeurtenis) voordat deze door onze instrumenten kan worden waargenomen, maar de conclusie die Marcus hier trekt is inderdaad niet al te geloofwaardig.
Een hapering in de westenwinden zorgt hier blijkbaar voor datgene wat zelfs de grootste zeestormen en orkanen niet voor elkaar hebben gekregen; versnelling van de aardrotatie. Een prestatie die hier simpel wordt bewerkstelligd door (het ontbreken van) een westenwind van (relatief) nauwelijks enige betekenis.
De invloed van de Westenwinddrift
De verplaatsing van de continenten (de schollen- of platentektoniek) is een belangrijke ‘andere’ kandidaat voor het optreden van klimaatsveranderingen. Zo zal de botsing tussen de continenten van India en Eurazië, welke de vorming van de Himalaya-gebergte tot gevolg had, niet losstaan van de extreme opwarming tijdens deze periode (het Paleoceen-eocene thermale maximum).
De reis van het continent Antartica naar de Zuidpool begon ongeveer 175 miljoen jaar geleden en het continent arriveerde 65 miljoen jaar geleden op haar huidige locatie. Wel was het nog verbonden via een smalle landstrook aan Zuid Amerika en aan Australië. Hiervan maakte het zich “pas” 34 miljoen jaar geleden definitief los.
Een internationaal team onder aanvoering van de Universiteit van Utrecht (Houben at al, 2013) bracht aan het licht dat zich, tot 53 miljoen jaar geleden, op Antarctica nog een subtropisch regenwoud bevond. Tot 34 miljoen jaar geleden was Antarctica warm en weelderig begroeid, maar met het zich losmaken van Zuid Amerika sloeg het noodlot toe. Er ontwikkelden zich gletsjers die zich binnen 200.000 jaar over het gehele continent verspreiden om de Zuidpool haar huidige bevroren gezicht te geven. Dit was ook het punt (misschien niet helemaal toevallig) waarop de evolutie van pinguïns en walvissen begon.
Katz et al (2011) hebben aannemelijk gemaakt dat het ontstaan van de zeestraat en de heftige klimaatsverandering op de Zuidpool, niet losstaan van elkaar. Op het moment dat Antarctica zich losmaakte van de laatste verbinding met het vasteland van Zuid Amerika ontwikkelde zich een sterke stroming rondom de Zuidpool, de Westenwinddrift. Deze stroming rondom Antarctica blokkeerde vervolgens het warme water wat tot dan toe schijnbaar voor een geheel ander klimaat had gezorgd.
De nu ontstane Drake passage opende en sloot zich gedurende de afgelopen 34 miljoen jaar nog enige malen en iedere keer weer zorgde dit voor ernstige klimaatverschillen, zoals uit de onderstaande grafiek valt af te lezen:
In deze grafiek zien we inderdaad de harde terugval 34 miljoen jaar geleden met het opstarten van de ACC. Ongeveer 26 miljoen jaar geleden sloot de Drake passage zich weer door dalende waterstanden, mogelijk door de massale ijsvorming op de Zuidpool en we zien dat Antarctica weer opwarmde. Voldoende om de waterstanden weer te laten stijgen totdat de Drake passage 14 miljoen jaar geleden weer onder water verdween en de ACC opnieuw met haar verkoelende werk op Antarctica kon beginnen.
De invloed van de ACC beperkte zich echter niet tot de Zuidpool. Zoals hierboven al uiteen gezet is het debiet van de ACC, zoals verwacht mag worden als het inderdaad wordt aangedreven door een interne resonantie van de getijden, opmerkelijk stabiel. Dit geldt echter niet voor het stromingspatroon van de ACC. Verschillende onderzoeken laten zien dat de ACC zich, waarschijnlijk afhankelijk van de omvang van het zee-ijs rondom Antarctica, in Noordelijke, dan wel Zuidelijke richting kan verplaatsen.
Deze verschuiving wordt ook verantwoordelijk gehouden voor het evenzeer opschuiven van de westenwinden, wat weer verantwoordelijk zou zijn voor de extreme droogteperioden die Australië hebben geteisterd de afgelopen decennia.
Dit zou echter belangrijke consequenties kunnen hebben voor de globale zeestromingen en uiteraard de globale gemiddelde temperatuur die hierdoor sterk wordt beïnvloed.
Uit het onderzoek van F. Peeters (Nature 430, 661-665) blijkt dat de ijstijden die zich in het Noordelijk halfrond voordeden in ieder geval werden voorafgegaan tot een blokkade door de ACC van de Agulhas-passage bij Zuid-Afrika, waardoor normaliter warm water van de Indische Oceaan zich kan verspreiden in de Atlantische Oceaan, en de Atlantische golfstroom wordt opgestart.
Hierboven is al uitgewerkt (met name in het artikel van Van Aken, blz 84) dat de opwarming van de andere oceanen naar alle waarschijnlijk veel bijdraagt aan de grootte van het Noordwaardse warmtetransport in de Atlantische Oceaan. Wanneer dit wegvalt door een blokkade van de Aghulas-passage kan worden verwacht dat dit belangrijke consequenties heeft voor het klimaat van het Noordelijk halfrond, maar indirect natuurlijk ook voor het Zuidelijke halfrond. Wanneer het warme water van de Indische Oceaan niet (of veel minder) wegvloeit naar de Atlantische Oceaan, blijft het gevangen in de Indische Oceaan en het zal daar voor opwarming zorgen.
Dit is dan ook precies wat werd geconstateerd gedurende de laatste ijstijd, de Jongere Dryas-periode. Al in 2010 publiceerden Kaplan et al. in Nature 467, p. 194-199 over de terugtrekkende beweging die de gletsjers van Nieuw Zeeland maakten, gedurende de ijstijden, ongeveer 13.000 jaar geleden, op het Noordelijk halfrond.
Tegelijkertijd steeg dus de temperatuur van de Zuidpool en slonken de gletsjers op het Zuidelijk halfrond binnen duizend jaar tot ongeveer de helft van het oorspronkelijke niveau.
Peeters vermoedt dan ook een causaal verband tussen de beide gebeurtenissen, ook al omdat het einde van deze ijstijden werd ingeluid door een “Vigorous exchange between the Indian and Atlantic oceans at the end of the past five glacial periods”.
De theorie van Peeters werd door onderzoekingen van P. Scussolini et al. (2013) bevestigd. De auteurs concluderen in dit onderzoek dan ook: “Our record closely follows the published quantifications of Agulhas leakage from the east of the Cape Basin, and thus shows that Indian Ocean waters entered the South Atlantic circulation. This provides crucial support for the view of a prominent role of the Agulhas leakage in the shift from a glacial to an interglacial mode of the Atlantic circulation.
Het veranderende patroon van de golfstroom, wat verantwoordelijk werd gehouden voor de plotselinge afkoeling van Europa, werd dan dus ook mogelijk niet zozeer veroorzaakt door de leeglopende Canadese Meren, zoals door sommige onderzoekers (zoals hierboven nog uitgewerkt) werd aangenomen, maar door een blokkade van de Agulhas-passage door een naar het zuiden opschuivende Westenwind-drift.
Wellicht duidelijker nog is de relatie tussen de ACC en de golfstromen in de Stille Oceaan.
Het is niet verwonderlijk dat veel onderzoek aan de ACC is verricht in de zgn. Drake passage tussen Kaap Hoorn en het Antarctische schiereiland.
Zoals uit de bijgevoegde figuur al blijkt is de 800 kilometer brede Drake passsage een bottleneck voor het vrijuit kunnen stromen van de ACC en zal bij een Noordelijker route van de ACC ook een groter deel van deze stroming worden afgevangen door de kusten van Zuid Amerika.
Door de Humboltstroom (HCS) wordt koud water getransporteerd langs de kusten van Chili en Peru. Deze stroming zorgt ervoor dat koud, voedselrijk diepzeewater wordt opgewerveld langs deze kust. Een Noordelijker ACC stroming zorgt dus voor meer opwerveling, maar dus ook voor meer koud water in de Stille Oceaan.
In deze zin is er dus ook een directe relatie tussen de daadwerkelijke omvang van de stroming door de Drake Passage (door de omvang van de ijsvorming van het Antarctische schiereiland) en de staat van de zgn. Pacific decadal oscillation (PDO) situatie in de Stille Oceaan. Omgekeerd zal de breedtegraad waarop de ACC rondom de Zuidpool circuleert dan ook van invloed zijn op de temperaturen van Antarctica.
Flip-flop, of aanwijzingen voor een cyclus
De temperatuur van de afgelopen honderd jaar is, zoals hierboven uitgebreid behandeld, wereldwijd in verschillende perioden toe- en afgenomen. Het KNMI geeft de volgende grafiek, waarin de resultaten van de meest gehanteerde meet-methoden zijn weergegeven:
Samengevat zien we een daling van de temperatuur ongeveer tussen 1900 en 1915 een flinke stijging ongeveer tussen 1915 en 1945, een daling/stabilisatie ongeveer tussen 1945 en 1980, opnieuw een flinke stijging ongeveer tussen 1980 en 2000 en vervolgens weer een stabilisatie tussen 2000 en nu.
De truc is al vaker uitgehaald en ik zal hem dan ook niet herhalen, maar deze grafiek komt maar nauwelijks overeen tussen datgene wat verwacht kan worden wanneer inderdaad kooldioxide de grote boosdoener van de opwarming is.
Wel is opvallend dat de gebeurtenissen op de Noord- en Zuidpool zich in de afgelopen eeuw vrij secuur blijken te herhalen. Iets wat, wanneer de opwarming van de jaren tachtig inderdaad door kooldioxide zijn veroorzaakt, voor de opwarmingsperiode in de twintiger jaren toch echt onmogelijk zou zijn.
In zijn befaamde documentaire over de komende ijstijden citeert Nigel Calder uit het onderzoek J. Fletcher (The Role of the Polar Regions in Global Climate Change, in Polar Research, (1978)) wanneer deze stelt dat de klimaatsveranderingen in het noorden, zoals de Kleine IJstijd, de verwarming in deze eeuw en de tijdens diens onderzoek optredende afkoeling, in relatie zouden kunnen staan met tegelijkertijd optredende tegengestelde veranderingen om Antarctica:
“Koudere omstandigheden in Antarctica schijnen samen te hangen met een versterking van de winden over de Aarde. Aan de andere kant van de evenaar helpen sterke winden om de Noordelijke landen te verwarmen. Vanaf 1920 -1950 hadden de Antarctische onderzoekers te worstelen met pakijs en strenge winterkoude, zelfs toen het ijs bij Groenland en IJsland zich terugtrok. Op de zuidpool viel toen aanmerkelijk meer sneeuw. Daarna is de situatie omgekeerd, waarbij Antarctica meer in warmte toenam dan het Arctische gebied afkoelde.”
Het zal duidelijk zijn dat de opwarming in Antarctica slechts van korte duur was en dat de situatie zich wederom omkeerde aan het begin van de tachtiger jaren. Dankzij satellietmetingen konden nu de veranderingen in de hoeveelheid drijfijs ook worden gekwantificeerd. (waarbij de afname van de Noordpool natuurlijk beduidend veel meer aandacht kreeg dan de gelijktijdige toename van poolijs rondom Antarctica)
De onderzoeken waarin deze klimaatschommelingen aandacht krijgen kunnen verwonderlijk genoeg voornamelijk in scandinavie worden gevonden. Zo was er in 2007 het onderzoek: “The Earth’s climate is seesawing” door Svante Björck, Karl Ljung and Dan Hammarlund.
In https://wattsupwiththat.com/2007/05/02/earths-climate-is-see-sawing/ kan nog een engelse samenvatting van het onderzoek worden gevonden: “During the last 10,000 years climate has been seesawing between the North and South Atlantic Oceans. As revealed by findings presented by Quaternary scientists at Lund University, Sweden, cold periods in the north have corresponded to warmth in the south and vice verse. These results imply that Europe may face a slightly cooler future than predicted by IPCC, the Intergovernmental Panel on Climate Change.”
“…during the last 9000 years we can identify a persistent “seesaw” pattern. When the South Atlantic was warm it was cold in the North Atlantic and vice verse.”
As many know, the “great conveyor belt” of the Atlantic is major factor in Northern Hemisphere Climate. It seems to be driven by ocean salinity changes, which are the result of periodic ice freeze/melt cycles.
“This is known to have happened repeatedly during the present Interglacial (the warm period since the last Ice Age). Minor disturbances have taken place in recent time, such as the Great Salt Anomaly in the 1970s, which seriously affected the cod population around the Faroe Islands.”
This lines up well with the cooling trend seen in surface temperature data from about 1940 to the late 1970’s, when “global cooling” was a big concern for scientists. Now it appears that we are in the flip side of the salinity cycle, and ice is melting again.”
In een interview met een van de auteurs, Professor Björck, maakt hij de volgende opmerkingen:
“After the end of the last Glacial both Hemispheres became warmer as a result of melting ice sheets, but during the last 9000 years we can identify a persistent “seesaw” pattern. When the South Atlantic was warm it was cold in the North Atlantic and vice versa.
This is most certainly related to large-scale ocean circulation in the Atlantic Ocean. The main current system – “the Great Ocean Conveyor” – is driven by sinking of dense, relatively cold and salty water in the northern North Atlantic. This results in southward-flowing deep-water that is replaced by warm surface water brought to high northern latitudes from the tropics and ultimately from the South Atlantic, says Svante Björck, and continues:
The deep-water formation in the north is dependent on cooling of surface water with a high salt content. If sufficiently large amounts of fresh water are supplied to the North Atlantic, such as from melting ice-sheets or major increases in precipitation, the deep-water formation, and hence the transport of warm surface water from the south, may cease or at least decrease substantially.
This is known to have happened repeatedly during the present Interglacial (the warm period since the last Ice Age). Minor disturbances have taken place in recent time, such as the Great Salt Anomaly in the 1970s, which seriously affected the cod population around the Faroe Islands. Our results from Nightingale Island in the Tristan da Cunha island group, between South Africa and Argentina, for the first time give evidence of warming of the South Atlantic associated with cooling in the north. This is a major breakthrough in palaeoclimate research.”
Recenter is het onderzoek uit Australië: “Rapid global ocean-atmosphere response to Southern Ocean freshening during the last glacial” door C. Turney et. al. (te vinden in Nature Communicationsvolume 8, Article number: 520 (2017)) waarin de temperaturen van Groenland en Antarctica met elkaar worden vergeleken gedurende de periode van 115.000 tot 11.650 jaar geleden. De auteurs vatten samen:
“Here we exploit a bidecadally resolved 14C data set obtained from New Zealand kauri (Agathis australis) to undertake high-precision alignment of key climate data sets spanning iceberg-rafted debris event Heinrich 3 and Greenland Interstadial (GI) 5.1 in the North Atlantic (~30,400 to 28,400 years ago). We observe no divergence between the kauri and Atlantic marine sediment 14C data sets, implying limited changes in deep water formation. However, a Southern Ocean (Atlantic-sector) iceberg rafted debris event appears to have occurred synchronously with GI-5.1 warming and decreased precipitation over the western equatorial Pacific and Atlantic. An ensemble of transient meltwater simulations shows that Antarctic-sourced salinity anomalies can generate climate changes that are propagated globally via an atmospheric Rossby wave train.”
Dit alles zou dus ook kunnen zorgen voor een klimaatcyclus die we de afgelopen decennia hebben waargenomen. Immers een gematigder klimaat zal weer zorgen voor een minder zee-ijs en dus ook voor een meer zuidelijker koers van de ACC met dus weer minder koud water in de PDO, maar hierdoor zal de temperatuur op Antarctica weer afkoelen, meer zee-ijs, hierdoor weer een noordelijker stroming van de ACC, etc.
Datgene wat we nu als opwarming van het klimaat ervaren is in deze visie met name terug te voeren op schommelingen van de koers van de ACC waardoor grote hoeveelheden koud water al dan niet worden geloosd in de Stille Oceaan en mogelijk op enig moment zelfs blokkades worden gevormd voor een goede doorstroming van de Agulhas-passage, met een ijzig gevolg voor het Noordelijk halfrond als gevolg.
Dat O.J. Fletcher de winden verantwoordelijk houdt voor de verspreiding van de warmere temperaturen mag geen verbazing wekken. Het was immers pas in de Jaren negentig van de vorige eeuw dat de Pacific Decadal Oscillation (PDO) werd ontdekt die direct wordt beïnvloed door de ACC. Anders dan de steile opwaartse trend van kooldioxide vanaf de jaren vijftig, laat de PDO toch een ander beeld zien:
Toevallig is dit echter wel een beeld dat zeer goed overeenkomt met het klimaatsverloop op het noordelijk halfrond. Uit deze weergave kan ook goed worden gezien dat zich rond 1977 een verschuiving plaatsvond in de situatietoestand van de PDO (inmiddels Great Pacific Climate Shift gedoopt). Aan de hand hiervan kan nu ook worden begrepen waarom de El Niño van 1982 alle klimaatwetenschappers verraste. Dit was de eerste El Niño sedert jaren die zich voordeed met een positieve PDO (waarbij inmiddels is komen vast te staan dat deze circulaties elkaar flink kunnen versterken).
Het is in de technical summary van de IPCC rapport AR5 dat een belangrijke indicatie daarvoor kan worden gevonden dat het bovenstaande proces van klimaatcycli inderdaad een belangrijke concurrent van de koolstof-hypothese kan worden genoemd.
Terloops wordt hierin (blz. 40) opgemerkt dat: “However, a southward shift of the ACC by about 1° of latitude is observed in the data spanning the time period 1950-2010 with medium confidence.”
De onderzoeken van Böning et al, 2008; Gille, 2008; Morrow et al, 2008; Sololov and Rintoul, 2009; en Kazim, 2012 gaven hierbij volgens blz 285 van de AR5 de doorslag.
Het gaat hierbij dus om een verplaatsing van de ACC over een afstand van 111 km naar zuidelijke richting. Dit lijkt op wereldschaal misschien weinig, maar met een totale breedte van de Drake passage van 800 km, mag geconcludeerd worden dat een flinke hoeveelheid (zeer koud) water rechtdoor rondom de Zuidpool blijft circuleren, daar waar dit ongeveer 30 jaar geleden nog Noordwaards richting de Peru (Humbolt) stroming zou zijn afgeslagen.
Dat de ACC inderdaad een flinke invloed heeft op de fase waarin de PDO zich bevindt bleek ook al uit de onderzoeken van Guilderson and Schrag (1998) die het oceaanwater in de nabijheid van de Galapagos Eilanden uitvoerden. Zij vonden een substantiële verandering van de hoeveelheid koolstof-14, waaruit zij concludeerden dat zich een forse reductie van het opwellende diepzeewater had voorgedaan.
McPhaden and Zhang (2002) voerden op basis van deze bevindingen een vervolgonderzoek uit en stelden vast dat de hoeveelheid opwellend water in de tropische Stille Oceaan was gereduceerd met maar liefst 25%, van 47 sverdrups in the1970s tot 35 sverdrups in de jaren negentig.
De temperaturen in de landen rondom de Stille Oceaan reageerden vervolgens zoals kon worden verwacht, wanneer inderdaad de watertemperatuur van de Stille Oceaan bepalend is voor de klimatologische omstandigheden. De gemiddelde temperatuur in Australië, bleek zich na de El Niño van 1982 in te stellen op het nieuwe klimaat.
Uit het onderzoek van J. McClean uit 2007 kan het volgende worden afgelezen.
Gedurende de 25 jaren van 1951 tot 1975, dus voor de Great Pacific Climate Shift van 1977, was de gemiddelde temperatuur anomaliteit – 0,194°C, ofwel – 0,194°C lager dan de gemiddelde temperatuur tussen 1961-1999. De standaarddeviatie die hiermee geassocieerd is bedraagt 0,332°C met een standaardfout van 0,0664°C.
In de 25 jaren tussen 1981 tot 2005, dus onmiddellijk na de “climate shift” zien we een temperatuur anomalie van + 0,315°C, met een standaard deviatie van 0,338°C en een standaardfout van 0,0675°C, wat deze periodes dus zeer vergelijkbaar maakt, met uitzondering van het grote verschil in gemiddelde temperatuur.
Heeft deze ‘Great Shift’ zich via de Indische Oceaan en de Aghulhas stroom via de Atlantische golfstroom naar West Europa uitgebreid?
In hun studie uit 2013 zien De Laat en Crok immers een vergelijkbare shift optreden in 1987-1988 in West Europa.
Te beginnen in Nederland. Hier zien we eigenlijk een opvallend geringe temperatuurstijging tussen 1901 en 1988, die slechts 0,4 °C bedraagt. Tot 1988 dus. Dan zien we ineens een temperatuurstijging binnen drie jaar van 1°C . En dan is er weer stilte. Geen opwarming meer sinds het begin van de jaren negentig.
Mo & Hakkinen hebben hun onderzoek gepubliceerd in de Geophysical research letters van 15 mei 2001, (p. 96). In dit onderzoek kwam naar voren dat de veranderingen in de PMO/ ENSO situatie met een tijdsvertraging van ongeveer 8 jaar kunnen worden teruggevonden in de AMO. het is misschien wel te mooi om waar te zijn. Dit zou dus betekenen dat de Great Pacific Climate Shift uit 1977 verantwoordelijk zou kunnen zijn voor de opwarming in Nederland…
De Vos weet nog te melden dat deze temperatuursprong zich ook niet tot Nederland heeft beperkt: “Dat de sprong rond 1990 geen lokaal verschijnsel is blijkt als je de langlopende temperatuurreeksen van andere plaatsen in Europa erbij neemt. De sprong is te zien van Schotland tot Moskou, van Oslo tot diep in Spanje en van Toulouse tot Boedapest…
Ondanks de verschillende meetmethoden komt de de opwarming rond 1988 in alle waarnemingen terug. (https://klimaatgek.nl/wordpress/de-temperatuursprong-van-de-bilt-rond-1990/).
Wanneer je een gemiddelde temperatuur van de wereld gaat meten is dus inderdaad een geleidelijke toename, omdat een steeds groter deel van de wereld wordt beïnvloed door het nieuwe evenwicht, maar of dit nu ook kwalificeert als een ‘geleidelijke toename’ die je zou verwachten als gevolg van een broeikaseffect wat steeds sterker wordt? De Vos heeft hier in ieder geval een sterk gevoel over:”Een veel gehoorde bewering is dat Nederland sneller opwarmt dan de rest van de wereld. Google maar eens, het aantal hits is bijna 5 miljoen. De bewering is in feite onjuist, er zijn veel plaatsen in de wereld waar de opwarming groter was dan in Nederland. Beter is om te zeggen dat de opwarming van Nederland vanaf 1900 ongeveer 2x zo groot was als van de aarde gemiddeld. Als we de cijfers bekijken is de opwarming in ons land inderdaad 1,4 °C geweest, op aarde gemiddeld 0,7 °C. In bovenstaande grafieken is echter te zien dat van die 1,4 °C opwarming voor 2/3 plaats heeft gevonden in een tijdsbestek van 3 jaar.Die 1 °C stijging in zeer korte tijd kan nóóit het effect zijn geweest van de geleidelijke stijging van het CO2-gehalte in de atmosfeer. In veel publicaties en mediaberichten wordt echter de suggestie gewekt dat de opwarming van 1,4 °C het gevolg is van het versterkt broeikaseffect. Maar als dat dus niet de oorzaak is geweest, wat dan wel?”De laat en Crok gaan voor regional brightning, mede als gevolg van de steeds schonere lucht in Nederland. Opnieuw de zon dus. In deze paragraaf ga ik dus voor de andere optie, die mij aannemelijker lijkt; de maan. In ieder geval zijn Per Strandberg, Ian Wilson en Claire Perigaud er klaarblijkelijk in geslaagd om een directe relatie te leggen tussen de omloop van de maan en zonneactiviteit en het optreden van de ENSO. Strandberg produceerde aan de hand van zijn rekenmodellen de volgende grafiek, die, vanwege de harde uitgangspunten van zijn methodiek, misschien nog wel wat overtuigender is dan hetgeen het IPCC op dit vlak presteert:
De temperatuur zakte niet meer terug naar het ‘normale niveau’, er was duidelijk een nieuw evenwicht gevonden, wat volgens ‘de deniers’ ten onrechte op het conto van een geleidelijke temperatuurtoename als gevolg van het broeikas-effect is geschreven. De ‘anomalie’ van de ENSO heeft zich geleidelijk via de Indische Oceaan en de Aghulhas stroom via de Atlantische golfstroom toegewerkt (gedurende 8 jaar).
Echt onderzoek
Het is verheugend om te zien dat recent ook de ‘echte klimaatwetenschappers’ interesse voor de golfstromen zijn gaan vertonen. De insteek van deze wetenschappers is uiteraard wel anders. In het artikel van M.H. England et al (2014) ‘Recent intensification of wind-driven circulation in the Pacific and the ongoing warming hiatus’ wordt de oorzaak van deze interesse duidelijk: “Despite ongoing increases in atmospheric greenhouse gases, the Earth’s global average surface air temperature has remained more or less steady since 2001. A variety of mechanisms have been proposed to account for this slowdown in surface warming. A key component of the global hiatus that has been identified is cool eastern Pacific sea surface temperature, but it is unclear how the ocean has remained relatively cool there in spite of ongoing increases in radiative forcing.’ De Volkskrant heeft dit artikel als volgt samen gevat:
Vanaf 1970 is een sterke toename te zien in de wereldwijde temperatuuropbouw, maar vanaf 2001 verliep de opwarming van de aarde langzamer dan was voorspeld. Een team van Amerikanen en Australiërs deed onderzoek naar die vertraging en concludeert dat van een pauze in klimaatverandering geen sprake is.
Uit het onderzoek, dat in vakblad Nature Climate Change verscheen, blijkt dat ongebruikelijk harde winden boven de Stille Oceaan de afgelopen twee decennia het warme oppervlaktewater naar beneden hebben gestuwd. De warmte, opgeslagen onder water, dreigt weer vrij te komen als de passaat, de oostenwind tussen de VS en Australië, in sterkte afneemt.
Hoofdonderzoeker Matt England legt uit hoe de winden de warmte over de oceaan stuwen en onder water duwen. De passaat drijft het warme oppervlaktewater vanaf de westkust van Amerika richting Australië. Voor de Australische kust hoopt het op en zakt naar de diepte. De warmte blijft opgeslagen onder water zolang de wind niet gaat liggen. Volgens de onderzoeker is het eerder een kwestie van jaren dan decennia voordat de passaat in sterkte afneemt.
England waarschuwt: ‘Het slechte nieuws is dat we verwachten dat de aarde heel snel gaat opwarmen als de winden vertragen de komende jaren.’ Volgens de wetenschapper hebben de wereldzeeën inmiddels meer dan 90 procent van de broeikaswarmte opgeslagen.’
Het artikel is een vervolg op het eerdere artikel van Trenbreth et al uit 2013 wat eenzelfde strekking had. Het lijkt me een hypothese die nogal lastig is om te bewijzen. Misschien wel logisch dat De Vos een cynisch stukje aan het artikel van Trenberth et al (2013), wijdde:
Al 16 jaar geen atmosferische opwarming op aarde? Met deze constatering (die bevestigd wordt door de grote klimatologische instituten) wordt aan de poten gezaagd van het bouwwerk dat Anthropogenic Global Warming heet.
Nu hebben instanties en personen die hun brood verdienen met deze hypothese al enkele jaren geleden besloten om ‘opwarming’ te verruilen voor ‘klimaatverandering’, zodat je altijd ‘goed zit’. Maar lastig blijft het wel, dat het al een tijdje niet meer warmer wordt. Maar er is hoop: de opwarming gaat gewoon door, alleen wordt die extra warmte opgeslagen in de oceanen, zodat je hem (even) niet merkt.
De Volkskrant kopt: “Klimaatwetenschap: toch niet ‘verdwenen’…. De extra warmte zakt in de diepzee”.
The science is settled, zoals zo vaak. Maar is dat ook zo? Dat is – zoals minstens net zo vaak – veel ingewikkelder dan voorgesteld wordt. Om te beginnen lijkt die opwarming heel wat: de Total Depth grafiek loopt immers op van 6 x 10^22 J naar 20 x 10^22 J, en dat lijkt erg veel.
Maar nu hebben de oceanen een warmtecapaciteit die ongeveer 1100 keer groter is dan die van de atmosfeer. Een laag water van 3,6 meter dik heeft dezelfde warmtecapaciteit als de totale atmosfeer, namelijk 5,3 x 10^21 JK^-1 . Om de atmosfeer 1 °C in temperatuur te laten stijgen moeten de bovenste 360 m van de oceanen 0,01 °C stijgen.
Het is van belang om zich bewust te zijn van deze getallen. Een toename van de warmte-inhoud van de bovenste 2000 m van de oceanen vanaf 1958 van 24 x 10^22 J betekent derhalve een toename van die laag water van 0,26 °C. Niet erg veel dus.
Dat is vooral van belang omdat de metingen van de temperatuur van het oceaanwater pas vanaf 2003 betrouwbaar worden.
Zoals hiervoor aangegeven zien Trenberth et al een versterkte opwarming van de oceanen tussen 700m en 2000m. Zij zien daarin de verklaring voor de ‘missing heat’. Immers, de onderste troposfeer warmt al 16 jaar niet meer op, en volgens de hypothese van het versterkt broeikaseffect kan dat eigenlijk niet, zeker omdat de uitstoot van CO2 alleen maar (spectaculair) is toegenomen. In een van de CRU-emails schreef Trenberth : ” The fact is that we can’t account for the lack of warming at the moment and it is a travesty that we can’t. “.
Dat lijkt dus een beetje op zoeken naar een verklaring en vinden in een systeem wat nauwelijks te controleren is.
Het lijkt mij terecht dat Spencer opmerkt dat de extra opname door het diepere oceaanwater imposant lijkt, maar het niet is. Spencer vergelijkt de energiestroom naar de diepere oceaan niet met de warmte-inhoud van die laag, maar met de energiestromen die het systeem aarde binnenkomen en verlaten. Hij stelt: “ Plots of changes in ocean heat content since the 1950′s might look dramatic with an accumulation of gazillions of Joules, but the energy involved is only 1 part in 1,000 of the average energy flows in and out of the climate system. To believe this tiny energy imbalance is entirely manmade, and has never happened before, requires too much faith for even me to muster. ” (zie voor verdere uitwerking en toelichting: https://klimaatgek.nl/wordpress/temperatuurhiaat/)
Maar deze theorie heeft er nu dus wel voor gezorgd dat klimaatwetenschappers met een duidelijk ‘klimaatmotief’ de oceaanstromingen kunnen onderzoeken en daar zijn toch wel interessante studies uit voortgekomen.
Te beginnen met het artikel van Yu Kosaka and Shang-Ping Xie, ook uit 2013: ‘Recent global warming hiatus tied to equatorial Pacific surface cooling’. Hierin wordt uitgewerkt dat de opwarming gedurende de periode 1970-2012 voor een belangrijk deel kan worden voorspeld aan de hand van de ontwikkelingen in een klein deel van de Grote oceaan (“Although the surface temperature prescription is limited to only 8.2% of the global surface, our model reproduces the annual-mean global temperature remarkably well with correlation coefficient r 50.97 for 1970–2012 (which includes the current hiatus and a period of accelerated global warming”).
Dit artikel wordt al snel gevolgd door een artikel van De Freitas et al met een vergelijkbare conclusie: “All other things being equal, a period dominated by a high frequency of El Niño-like conditions will result in global warming, whereas a period dominated by a high frequency of La Niña-like conditions will result in global cooling. Overall, the results imply that natural climate forcing associated with ENSO is a major contributor to temperature variability and perhaps a major control knob governing Earth’s temperature.”
De Freitas geeft op de site van https://wattsupwiththat.com nog de volgende toelichting: The overriding message is this. Climate is never constant; it is always cooling or warming. Various things cause these trends. Ever since I began studying climate 40 years ago I have been looking for patterns along with possible mechanisms and explanations. I have not had great success; if fact nobody has, and we have all been wrong once or twice…
Like the work of Kosaka and Xie (2013), our IJG (2013) and earlier work (2009) shows that the current (or past hiatus), or multi-decadal-scale cooling or warming (‘climate change’), are possibly a reflection of natural climate variability tied specifically to ENSO decadal-scale processes. I assume these are superimposed upon what seems for the moment to be the less potent CO2-caused warming, and likely other less potent mechanisms as well.
Whether the ENSO-caused multi-decadal trends are internal or forced is unknown. My guess is that cooling and warming trends we see, or hiatus, are probably due to natural internal variability rather than a forced response. But we don’t know.”
2019 kent drie nieuwe onderzoeken die de toenemende warmte-inhoud van de oceanen nader bestuderen. Ze worden besproken in https://klimaatverandering.wordpress.com/2019/01/29/de-toenemende-warmte-inhoud-van-de-oceanen-drie-nieuwe-onderzoeken/.
Met name het onderzoek van Zanna et al. is in dit kader natuurlijk interessant. Op site klimaatverandering wordt opgemerkt: In dit onderzoek wordt de warmte-inhoud van de oceanen over een langere periode (vanaf 1871) gereconstrueerd. Dat doen ze door metingen van de temperatuur van het oceaanoppervlak te combineren met kennis die er is over het verticale warmtetransport in de oceaan. Voor ruwweg de afgelopen halve eeuw komt die reconstructie goed overeen met andere onderzoeken. Voor de periode daarvoor doen ze een opvallende constatering: over de periode 1921 – 1946 was de accumulatie van warmte in de oceaan vergelijkbaar met de periode 1990 – 2015.
Het onderzoek is natuurlijk een fraaie ondersteuning van de hierboven weergegeven theorie waarin zeestromingen als belangrijke elementen voor de verdeling van warmte en dus klimaat worden gezien.
Er is geen twijfel over mogelijk dat de oceanen gezamenlijk een grote invloed hebben op het klimaat. Wereldwijde diepe stromingen in de oceanen kunnen enorme hoeveelheden warmte absorberen en opslaan en verzorgen het levensnoodzakelijke warmtetransport van de evenaar naar de polen. Gebleken is dat schommelingen in dit systeem van stromingen belangrijke klimaatsveranderingen kunnen veroorzaken.
Eigenlijk wordt deze rol steeds duidelijker naarmate meer kennis beschikbaar wordt als gevolg van de grote vlucht die het klimaatonderzoek de laatste jaren heeft genomen. Het is op dit moment eigenlijk al niet goed voorstelbaar meer dat belangrijke klimatologische fenomenen als het El Niño-effect (1982) en de Pacific Multidecadal Oscillation (PMO) (1996) pas zeer recent in verband zijn gebracht met wereldwijde klimatologische effecten.
Het interesse in oceaanstromingen nam toe, toen bleek dat verschillende klimaatsveranderingen, die eigenlijk niet goed met de theorie van Milankovitch pasten, ook verklaard konden worden door schuivende aardschollen die de oceaanstromingen dan weer in een tropische, dan weer in een diepvriesmodus konden brengen. De ontwikkeling van de Zuidpool is bijvoorbeeld volledig te danken aan de opening van de Drake-passage, waardoor de Westerwind-drift voor een ijskoude temperatuur-blokkade kon zorgen.
Diezelfde Westenwind-drift is overigens, in samenhang met de aantrekkingskracht van zon en maan, een zeer goede kandidaat als drijvende kracht voor de verschillende golfstromen die zorgen voor een verdeling van de warmte over de Aardoppervlakte. Er kan worden uitgerekend dat een geringe verschuiving van de koers van de Westenwinddrift zal zorgen voor een grotere of kleinere verdeling van het ijskoude poolwater in de Stille Oceaan, of zelfs kan zorgen voor een blokkade van de Agulhas-passage, met een ijzig situatie voor het Noordelijk halfrond als gevolg.
De tot dusverre onvoorspelbare gang van de Westenwinddrift, zou daarmee dan ook verantwoordelijk kunnen zijn voor een klimatologische flip-flop, waarbij zich afwisselend koude en warme perioden voordoen op het Noordelijke, dan wel Zuidelijke halfrond. Opvallend is namelijk dat de klimaat-gebeurtenissen op de Noord- en Zuidpool zich in de afgelopen eeuw vrij secuur blijken te herhalen. J. Fletcher (1978) ontdekte bijvoorbeeld dat de klimaatsveranderingen in het noorden, zoals de Kleine IJstijd, de verwarming in deze eeuw en de tijdens diens onderzoek optredende afkoeling, in relatie zouden kunnen staan met tegelijkertijd optredende tegengestelde veranderingen om Antarctica:
“Koudere omstandigheden in Antarctica schijnen samen te hangen met een versterking van de winden over de Aarde. Aan de andere kant van de evenaar helpen sterke winden om de Noordelijke landen te verwarmen. Vanaf 1920 -1950 hadden de Antarctische onderzoekers te worstelen met pakijs en strenge winterkoude, zelfs toen het ijs bij Groenland en IJsland zich terugtrok. Op de zuidpool viel toen aanmerkelijk meer sneeuw. Daarna is de situatie omgekeerd, waarbij Antarctica meer in warmte toenam dan het Arctische gebied afkoelde.”
Het zal duidelijk zijn dat de opwarming in Antarctica slechts van korte duur was en dat de situatie zich wederom omkeerde gedurende de tachtiger jaren. Dankzij satellietmetingen konden nu de veranderingen in de hoeveelheid drijfijs ook worden gekwantificeerd. (waarbij de afname van de Noordpool overigens véél meer aandacht kreeg dan de gelijktijdige toename van poolijs rondom Antarctica). Recent onderzoek door S. Björk et al. (2007) bevestigt overigens deze gevonden resultaten.
Het lijkt zo te zijn dat veranderingen in de golfstroom in ieder geval voor een belangrijk deel de plotselinge opwarming van West Europa in de jaren negentig kunnen verklaren, maar dat vereist toch enig inzicht in de motoriek van de golfstromen en vooral die van de belangrijkste golfstroom, de Westewind-drift rondom Antarctica. Voor degenen die hier meer van willen weten is een en ander uitgebreid gedocumenteerd in de onderliggende (link).
Probleem bij de acceptatie van een dergelijke theorie is natuurlijk wel dat het één ding is om verbanden te leggen,, maar dat het vaak veel lastiger is om te begrijpen hoe het een verband kan houden met het ander.
Het is duidelijk dat de warme golfstroom een verband moet houden met het warmere klimaat in West Europa ten opzichte van gebieden in Amerika die op dezelfde noorderbreedte zijn gelegen. Maar hoe beïnvloedt de warme golfstroom het landklimaat? Of een andere maar minstens even intrigerende vraag: hoe kan het dat de ENSO (het El Nino-effect) een zo belangrijke rol voor het gehele wereldklimaat kan spelen?
De hypothese van een Golfstroom die simpelweg veel warmte transporteert en is daarom belangrijk voor het klimaat, overtuigt eigenlijk maar matig. Dit zou kunnen zorgen voor een opgewarmd kustgebied, maar evenmin als opgewarmde rivieren een duidelijk warmte-effect sorteren voor de direct aangrenzende uiterwaarden, lijkt het er niet op bij een dergelijk model, dat heel West Europa zou kunnen profiteren van de aangevoerde warmte door de golfstroom. Toch wordt in het onderzoek van Horst-Joachim Lüdecke (Decadal and multidecadal natural variability in European temperature, 2020) duidelijk dat de zomertemperaturen wel degelijk worden gestuurd door de 60-jarige cyclus van de Atlantic Multidecade Oscillatie ( AMO ), terwijl de wintertemperaturen weer afhangen van de (iets onregelmatiger) Noord-Atlantische Oscillatie (NAO).
Maar hoe dan?
Een artikel van Eastman en Warren uit 2011 geeft een mogelijke oplossing. In het artikel “Variations in Cloud Cover and Cloud Types over the Ocean from Surface Observations, 1954–2008” komt men onder meer tot de volgende, wat contra-intuïtieve conclusie: “Among the cloud types, the most widespread and consistent relationship is found for the extensive marine stratus and stratocumulus clouds (MSC) over the eastern parts of the subtropical oceans. Substantiating and expanding upon previous work, strong negative correlation is found between MSC and sea surface temperature (SST) in the eastern North Pacific, eastern South Pacific, eastern South Atlantic, eastern North Atlantic, and the Indian Ocean west of Australia. By contrast, a positive correlation between cloud cover and SST is seen in the central Pacific. High clouds show a consistent low-magnitude positive correlation with SST over the equatorial ocean.
In regions of persistent MSC, time series show decreasing MSC amount. This decrease could be due to further spurious variation within the data. However, the decrease combined with observed increases in SST and the negative correlation between marine stratus and sea surface temperature suggests a positive cloud
feedback to the warming sea surface. The observed decrease of MSC has been partly but not completely offset by increasing cumuliform clouds in these regions; a similar decrease in stratiform and increase in cumuliform clouds had previously been seen over land.
Interannual variations of cloud cover in the tropics show strong correlation with an ENSO index.”
Er is een sterke negatieve correlatie tussen een opwarming van de SST en wolkenvorming. Dat klinkt wat vreemd, maar zoals ook Custers (2014) al eerder opmerkte: “Wie probeert om vanuit simpele wetenschappelijke logica te beredeneren wat er met bewolking gebeurt als het opwarmt, loopt al snel vast. De eerste gedachte die bij vrijwel iedereen op zal komen is dat opwarming tot meer verdamping zal leiden en dat er daarom meer bewolking zal ontstaan. Maar vanuit een ander vertrekpunt, dat van de relatieve vochtigheid, gaat die vlieger niet op: bewolking kan alleen ontstaan in lucht die oververzadigd is met waterdamp, ofwel bij een relatieve vochtigheid van meer dan 100%. Er is geen reden om aan te nemen dat de relatieve vochtigheid toeneemt als het warmer wordt en dus ook geen reden om meer bewolking te verwachten. Een afname van bewolking bij opwarming zou ook nog kunnen: meer circulatie van water(damp) in de atmosfeer zorgt immers onvermijdelijk voor meer condensatie, waardoor wolken eerder het stadium bereiken waarop ze “leegregenen”: what goes up, must come down. Wie dat wil, kan dus naar elke gewenste conclusie toe redeneren, maar veel inzicht in wat er werkelijk gebeurt levert het allemaal niet op.”
We hebben hier echter te maken met een waargenomen onderzoeksresultaat. Er is een negatieve correlatie tussen een opgewarmde SST en wolkenvorming. De SST en dus ook veranderingen in de oceanische golfstromen, kunnen dus een directe invloed op de wolkenvorming hebben!
Om de grootte van dit effect te kunnen becijferen is het dus nodig om het klimaateffect van bewolking te kunnen bepalen. Bijzonder resultaat hierbij is dat zowel de “klimaat-ontkenners” als de “alarmisten” op zoek moeten naar het “wolkeneffect”.
Bewolking
Weinig wetenschappers zijn zo hardnekkig als Henrik Svensmark. Door Nigel Calder in zijn boek “De grillige zon, de onthullende waarheid over het broeikas-effect” (1997) geïntroduceerd als Deense held die het “Ultima Thule” had bereikt (“en dat was slechts weggelegd voor degenen die de ontwikkeling van de wetenschap had weten te wijzigen. En daar wachtte het enige oordeel dat telde, namelijk dat van het nageslacht”, p. 199).
Geen geringe prestatie voor iemand die zich toen (1997) pas twee jaar met “het broeikas-effect” had ingelaten. Maar daarna, hoe kon het ook anders, kwam een diepe val. Misschien eerst een korte introductie. De theorie van Svensmark wordt als volgt samengevat door Wikipedia:
het is aannemelijk dat kosmische straling een belangrijke rol speelt bij het ontstaan van lage bewolking.
lage bewolking heeft op de hele wereld, behalve in Antarctica, een overwegend afkoelend effect.
de kosmische straling vanuit het melkwegstelsel is niet constant en neemt toe naarmate er meer stervorming in de directe omgeving van de aarde plaatsvindt. Vanwege het “reizen” van ons zonnestelsel door de spiraalarmen van het melkwegstelsel heen.
het magnetisch veld van de zon werkt als een beschermend schild tegen deze kosmische straling.
de sterkte van het magnetisch veld van de zon fluctueert in de tijd, met name in relatie met de zonnevlekken-activiteit.
Een en ander wordt aardig samen gevat door Frans Schrijver in diens artikel: “De atmosfeer is geen broeikas maar een zonnescherm”, het artikel kan eigenlijk worden gezien als een hommage aan Svensmark:
“Volgens Svensmark worden fluctuaties in het wolkendek voor een belangrijk deel veroorzaakt door de hoeveelheid kosmische straling. Kosmische straling is een verzamelnaam voor deeltjes met een hoge energie (ioniserende straling) vanuit het heelal. Wanneer de atmosfeer afkoelt tot op het punt van condensatie, is er nog altijd een kleine verstoring nodig om de condensatie op gang te brengen. Een miniem stofdeeltje bijvoorbeeld of een geladen deeltje van de kosmische straling van de zon. We noemen dat condensatiekernen. Wanneer deze afwezig zijn, blijft condensatie en wolkenvorming langere tijd uit (oververzadiging). Hoe meer condensatiekernen, hoe makkelijker zich wolken vormen. Zo kunnen kosmische stralen de wolkenvorming bevorderen.”
Dit klinkt natuurlijk heel aardig, alleen was de werkelijkheid weerbarstig. Metingen lieten zien dat de theorie gewoon niet kon kloppen. In een artikel van Hans Custers (2017) “Svensmark – een nieuw artikel, het oude liedje”, blijft weinig heel van diens theorie. Overtuigend wordt hier aangetoond dat wanneer Svensmark gelijk had gehad, het klimaat de afgelopen jaren flink had moeten afkoelen, wat, zoals bekend, allerminst is gebeurd.
(meer kosmische stralen geeft meer bewolking)
Svensmark is echter bij zijn theorie gebleven hoewel hij dus al vanaf 1995 uitspraken doet die absoluut niet worden ondersteund door zijn eigen onderzoek. Of die zelfs aantoonbaar onjuist zijn.
Op de klimaattop in Kopenhagen, tijdens een discussie op 14 december 2009, die live werd uitgezonden op de Deense TV kreeg Svensmark een hartaanval of hartritmestoornissen, viel neer en moest naar het ziekenhuis worden afgevoerd. Maar ook dit maakte geen einde aan de productie van artikelen door Svensmark en het lijkt eigenlijk steeds vreemder dat hij ook nu nog een schare aanhangers voor zijn theorie weet te boeien.
Wat is het fascinerende van diens theorie? Het is misschien goed om dan even het artikel van Frans Schrijver (gevonden op Climategate.nl) nog eens op te pakken:
“Niet de toename van CO₂ maar vooral de afname van de bewolking heeft bijgedragen aan de opwarming van de aarde. Nieuwe studies tonen aan dat de hoeveelheid CO₂ in de atmosfeer per saldo geen of nauwelijks effect heeft op de gemiddelde temperatuur op aarde. De invloed van wolken, met name lage bewolking blijkt vele malen groter. Wolken zorgen er als een zonnescherm voor dat een deel van het zonlicht wordt gereflecteerd, het bekende albedo-effect. Als er minder bewolking is, komt er meer zonlicht op aarde en warmt de aarde op…
De Finse onderzoekers Kauppinen en Malmi van de faculteit Fysica en Astronomie van de Universiteit van Turku bestuderen al geruime tijd de relatie tussen wolken en temperatuursveranderingen. Zij stellen in een tweetal publicaties dat de klimaatmodellen er ten onrechte van uitgaan dat het broeikaseffect nodig is om het temperatuursverloop te verklaren. Als de modellen ook rekening zouden houden met de natuurlijke veranderingen in het wolkendek, kunnen de temperatuursveranderingen wel verklaard worden…
Recente onderzoeken in de Verenigde Staten en het Verenigd Koninkrijk laten een vergelijkbaar beeld zien van de invloed van bewolking op de temperatuur. NASA-onderzoeker Norman Loeb heeft de periode van 1998 tot 2013 onderzocht, waarin de opwarming van de aarde was afgevlakt. Ook hij constateerde een belangrijke afhankelijkheid is van de hoeveelheid gereflecteerde zonnestraling en de hoeveelheid lage bewolking, een effect dat veel sterker is dan het broeikaseffect.
Onderzoekers van de Universiteit van Bristol hebben de veranderingen in de ijskap sinds 1995 op Groenland onderzocht, een onderwerp dat regelmatig in het nieuws komt. Het blijkt dat de sterke afname van de ijskap op Groenland het gevolg is van de afname van de hoeveelheid bewolking in de zomers in die periode. De vermindering van 27 Gigaton ijs voor elke procent reductie in het zomerse wolkendek is het directe gevolg van de verminderde albedo en dus de grotere zonnestraling.”
Voor deze logica was eerder ook al Nigel Calder (1997) gevallen. Hij verwijst naar een onderzoek in de zgn. “Warme poel”, 3000 kilometer ten oosten van Nieuw Guinea, het warmste gebied in de oceanen op aarde. Het onderzoek onder leiding van V. Ramanathan kreeg met een fikse tegenvaller te maken. De cijfers klopten niet:
“Te weinig zonlicht bereikte het oceaanoppervlak en het leek erop alsof het door de wolken werd geabsorbeerd. De ontbrekende energie bedroeg 35 Watt per m2.
Elke student kreeg te horen dat de atmosfeer vanaf de aarde werd opgewarmd zoals een koekenpan: van onderen af. Zonlicht dat niet door de bewolking de ruimte in werd gekaatst, zo zei men, zou verder ongehinderd tot de zee of vaste grond kunnen doordringen alwaar het wordt geabsorbeerd… Maar het nieuwe onderzoek toonde aan dat de wolken al genoeg energie uit het binnenkomende licht filterden, om zelf een belangrijke warmtebron te worden. Het was alsof je een zakkenroller op heterdaad betrapte. De wolken hielden ongeveer een zesde achter van alle zonne-energie die door hen heen ging….
Ramanathan en zijn collega’s wisten dat hun berekeningen klopten, toen Robert Cess en Jeffy Kiehl de satellietgegevens vergeleken met metingen van het zonlicht op plaatsen ver van de Warme Poel. In Tasmanië, Colorado, Wisconsin en Alaska, overal waar men keek, zweefden warme kruiken in de hemel.”
Wolken hadden invloed op het klimaat en de zon, aandrijver van het klimaat, kon dankzij Svensmark verantwoordelijk worden gehouden voor het ontstaan van wolken. Dit moest wel de verklaring zijn voor de koude van de “Maunder minimum” en de hitte van het einde van de twintigste eeuw, met een zeer actieve zon. Het klimaatprobleem was opgelost! Maar helaas, ondanks het voor de sceptici “happy end”, bleek het toch anders in elkaar te steken.
Het mooie van de theorie van Svensmark is natuurlijk dat wolken een plaats kregen die van cruciaal belang was voor de ontwikkeling van het klimaat. Het lelijke van de theorie van Svensmark is natuurlijk dat de theorie gewoon niet bleek te kloppen.
Het positieve van dit hele verhaal is natuurlijk wel dat nu ook “het alarmistische kamp” aandacht kreeg voor de forse invloed die wolken blijkbaar op het klimaat konden hebben. Zoals al eerder aangehaald is het voor een belangrijk deel de invloed van wolken die maakt dat de klimaatmodellen en de bepaling van het equilibrium climate sensitivity (ECS) zo belangrijk van elkaar kunnen afwijken.
In de huidige klimaatmodellen is wel aandacht voor de “warme kruiken”. Hans Custers meldt het volgende in 2014 naar aanleiding van het onderzoek van professor Steven Sherwood van de University of New South Wales over de invloed van wolken:
“wolken weerkaatsen zonlicht én ze absorberen warmtestraling, waardoor ze zowel een opwarmend als een afkoelend effect kunnen hebben. Hoge cirruswolken zijn dun en weinig reflectief; ze laten dus veel zonlicht door. Vergeleken daarmee absorberen ze relatief veel warmtestraling, waardoor ze netto een opwarmend effect hebben. Lagere bewolking is meestal dikker en reflecteert meer zonlicht. Deze bewolking heeft netto een afkoelend effect. Om te bepalen of wolken een verandering in het klimaat versterken of juist afzwakken is het dus niet voldoende om alleen maar te kijken naar de totale toe- of afname van bewolking. De hoogte waarop zo’n verandering plaatsvindt speelt een grote rol, naast diverse andere factoren.”
Toch blijft hier een alarmistische denkfout in verborgen. Waarom hebben wolken een opwarmend effect als zij warmte absorberen? Wolken absorberen geen warmte maar straling. De op deze manier ingevangen straling zorgt voor “warme kruiken”, maar deze “kruiken” stralen de warmte over 360 graden uit. Grof gezegd zal hiervan maar de helft ten goede komen aan de lager gelegen regionen, zodat ook deze wolken zorgen voor afkoeling.
Daarnaast bleek uit het onderzoek in de “Warme Poel” dat ook de lagere bewolking warmte absorbeert met eenzelfde resultaat. De wolken hielen ongeveer een zesde deel achter van alle zonne-energie die door hen heen ging
Voor de alternatieve broeikas-theorie, zoals hierboven weergegeven, is het verhaal van “de warme kruiken”, natuurlijk wel een bemoedigende steun in de rug. Het klopt natuurlijk helemaal met datgene wat hierboven werd gesteld over de rol van de zon en convectie. Maar is er vanuit die hoek dan ook een alternatieve benadering voor het wolken-klimaat effect?
Wolken en de golfstroom
Uiteraard een retorische vraag; die is er. Er is een sterke relatie tussen de zeewateroppervlaktetemperatuur (SST) en bewolking. Ergo, de oceanische golfstromen hebben een directe invloed op de wolkenvorming. Maar is dat ook verifieerbaar?
Dat materiaal is er in overvloed. De voor klimaatwetenschappers blijkbaar onoplosbare vraag: “Waarom warmt Europa (Nederland) zo snel op?”, heeft een enorme massa van onderzoekgegevens opgeleverd, waarbij, voor zover mij bekend, alles wijst op de invloed van de warme golfstroom en de hieraan gekoppelde afname van bewolking.
Zoals al eerder opgemerkt; het is onomstreden dat de Warme Golfstroom, of Noord-Atlantische Drift, voor een belangrijk deel verantwoordelijk is voor het warmere klimaat van West Europa, ten opzichte van andere gebieden die op dezelfde noorderbreedte zijn gelegen. Effecten op de Noord-Atlantische Drift zouden juist hier goed waar te nemen moeten zijn.
In dit schrijven wordt verondersteld dat het mechanisme waardoor dit wordt veroorzaakt de negatieve correlatie tussen warmere SST en laaghangende bewolking is. Maar als dat zo is; dan zou een verandering van de temperatuur van de golfstroom toch ook een duidelijk veranderend beeld van de bewolking moeten opleveren? En als dat zo is; dan zou dat toch ook ergens door de klimaatwetenschappers moeten zijn geconstateerd?
Dat is ook zo. Het International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP) verzorgt al jaren satellietdata, die door Frida A-M. Bender, V. Ramanathan en George Tselioudis zijn verwerkt in het onderzoek “Changes in extratropical storm track cloudiness 1983–2008: observational support for a poleward shift”. In dit onderzoek wordt uiteraard uitgegaan van de effecten van de “klimaatverandering” op het wolkendek, maar oorzaak en gevolg worden in de klimaatwetenschap wel vaker door elkaar gehaald, zonder dat dit effect heeft op de onderzoek-data.
In de jaren rond 1977 vond een verschuiving plaats in de situatietoestand van de golfstroom van de stille oceaan (PDO), de zgn. “Great Pacific Climate Shift”. (zie link). In een studie uit 2013 laten De Laat en Crok zien dat de (structurele) temperatuurverandering van het oppervlaktewater in de jaren rond 1988 nu ook Europa had bereikt.
De temperatuur in Nederland steeg tussen 1901 en 1988 slechts 0,4K. Dan is er binnen 3 jaar een structurele temperatuurverandering met 1K. Daarna is er gedurende jaren geen opwarming meer te zien.
Dit zou de ISCCP opgevallen moeten zijn. En inderdaad kunnen in de studie van Bender et al. de volgende resultaten worden terug gevonden:
Of ook:
En hiermee lijken we dan weer aan te komen bij de in de broeikas-theorie (onder de bladzijde “ontkenners”) uitgebreid beschreven toename van het aantal zonne-uren en het daarmee samen hangende temperatuur effect.
Maar naast deze ‘broeikas-theorie’ en de golfstromen-theorie is er eigenlijk nog een andere, wat mij betreft plausibele, mogelijkheid waardoor de zonnekracht de laatste jaren steeds verder is toegenomen. Hoe zit het eigenlijk met de ozonlaag?
De zon en ozon
Tot voor kort was er maar weinig discussie over wat nu precies klimaatveranderingen aandrijft. Er was immers maar één logische kandidaat; de zon. Het pionierswerk van Milankovic maakte duidelijk dat kleine veranderingen in de baan van de Aarde ten opzichte van de zon al geweldige consequenties voor het klimaat konden hebben. Maar ook wezen proxy studies, lopend vanaf het jaar 860 a.d. onmiskenbaar op een weliswaar iets minder duidelijke relatie, tussen zonne-activiteit (het aantal zonnevlekken) en het klimaat op Aarde.
Reconstructies waarbij het aantal zonnevlekken werd vergeleken met de 14C dateringen van de temperatuur wezen immers op een opmerkelijke correspondentie van de zonnestraling met elk van de toen door elke klimatoloog geaccepteerde klimaat-anomalieën van de afgelopen eeuwen: het Middeleeuwse klimaat optimum, maar ook de koude perioden als Sporer (rond het jaar 1500), Maunder (tussen 1645 en 1715) en Dalton (1791-1825) temperatuur minima.
Het IPCC bracht hierin verandering. Met name de hierboven al een aantal aangehaalde hockey-stick theorie van Mann liet weinig heel van de genoemde afkoelings- en opwarmperioden, en liet zien dat er alleen heel recent een flinke temperatuur variatie is opgetreden en wel als het resultaat van iets heel anders, de toename van kooldioxide in de atmosfeer.
Enkele invloedrijke studies, zoals die van Lockwood, M. en C. Froehlich (2007) gaan iets minder ver door te stellen dat de zon wel degelijk enige invloed had op het Aardse klimaat tot het midden van de twintigste eeuw, maar deze relatie verdween na 1987 omdat “alle trends in de zon, die enige invloed op de het klimaat van de Aarde gehad zouden kunnen hebben, in de tegengestelde richting wijzen als dat wat nodig zou zijn geweest om de geobserveerde stijging van de temperatuur te kunnen verklaren.”
Gevraagd werd om klassieke concepten als de Maunder en Dalton klimatische minima te verlaten en geen aandacht meer te besteden aan de vele studies die een relatie leggen tussen de zonnecycli en regionale klimatologische fenomenen.
Deze conclusie wordt ook over genomen door het IPCC in haar AR5 rapport:
“Total solar irradiance (TSI, Chapter 8) is a measure of the total energy received from the sun at the top of the atmosphere. It varies over a wide range of time scales, from billions of years to just a few days, though variations have been relatively small over the past 140 years. Changes in solar irradiance are an important driver of climate variability (Chapter 1; Figure 1.1) along with volcanic emissions and anthropogenic factors. As such, they help explain the observed change in global surface temperatures during the instrumental period (FAQ 5.1, Figure 1; Chapter 10) and over the last millennium. While solar variability may have had a discernible contribution to changes in global surface temperature in the early 20th century, it cannot explain the observed increase since TSI started to be measured directly by satellites in the late 1970s (Chapters 8, 10).”
Maar het is duidelijk dat het IPCC hier al sinds het begin een duidelijke weg bewandelt. Ook in AR5 valt nog te lezen: ‘despite a massive literature on the subject, there is at present little or no convincing evidence of significant or practically useful correlations between sunspot cycles and the weather or climate’.
Puur natuurkundig bezien valt hier natuurlijk ook wel iets voor te zeggen. Wikipedia geeft de volgende samenvatting van het verschijnsel van de zonnevlekken:
“Het oppervlak van de Zon vertoont periodiek donkere vlekken. Deze zonnevlekken hangen samen met relatief koelere plekken op de Zon. Deze relatieve afkoeling wordt veroorzaakt door sterke magneetvelden die de convectie van plasma bemoeilijken. Daardoor wordt de warmteaanvoer vanuit het binnenste van de zon tijdelijk verminderd. Na verloop van tijd verdwijnen de zonnevlekken weer. Meestal verschijnen zonnevlekken in paren, elk met een tegenovergestelde magnetische pool.
Het aantal zonnevlekken is een maat voor de activiteit van de Zon: hoe meer er te zien zijn, hoe actiever de Zon. Een actieve Zon produceert korte explosies van energie waarbij geladen deeltjes vrijkomen. Als die deeltjes de aardse atmosfeer binnendringen, kunnen ze poollicht veroorzaken. De kans op poollicht is het grootst in jaren met veel zonne-activiteit.
Gemiddeld om de elf jaar, in een “actieve” periode, wisselen de magnetische polen van de Zon van plaats. De poolverschuiving vindt altijd plaats op het zonnemaximum, de periode van de grootste zonne-activiteit in de elfjarige zonnecyclus van de Zon.
Metingen van klimatologen hebben uitgewezen dat deze variabiliteit van de zonnestraling slechts zeer beperkt is. Niet meer dan ongeveer 0,1%, iets wat ook al blijkt wanneer we de schaal van deze vlekjes afzetten tegen de totale zonnestraling, zoals in de bijstaande foto, waarop een flinke “zonne-activiteit” valt te zien.”
Hoe deze ‘zonnevlekjes’ dan verantwoordelijk zouden kunnen zijn voor de fluctuaties van de temperatuur gedurende het afgelopen millennium wordt dan helaas niet verder toegelicht.
Ook het IPCC lijkt dat eigenlijk ook niet nodig te vinden. Al in de AR4 wordt duidelijk dat de rol van de ozon op het klimaat en dan met name dat van het laatste deel van de twintigste eeuw verwaarloosbaar moet zijn:
“It is very unlikely that the 20th-century warming can be explained by natural causes. The late 20th century has been unusually warm. Palaeoclimatic reconstructions show that the second half of the 20th century was likely the warmest 50-year period in the Northern Hemisphere in the last 1300 years. This rapid warming is consistent with the scientific understanding of how the climate should respond to a rapid increase in green- house gases like that which has occurred over the past century, and the warming is inconsistent with the scientific understanding of how the climate should respond to natural external factors such as variability in solar output and volcanic activity. […]
Although natural internal climate processes, such as El Niño, can cause variations in global mean temperature for relatively short periods, analysis indicates that a large portion is due to external factors. Brief periods of global cooling have followed major volcanic eruptions, such as Mt. Pinatubo in 1991. In the early part of the 20th century, global average temperature rose, during which time greenhouse gas concentrations started to rise, solar output was probably increasing and there was little volcanic activity.
During the 1950s and 1960s, average global temperatures levelled off, as increases in aerosols from fossil fuels and other sources cooled the planet. The eruption of Mt. Agung in 1963 also put large quantities of reflective dust into the upper atmosphere. The rapid warming observed since the 1970s has occurred in a period when the increase in greenhouse gases has dominated over all other factors. […]
Nevertheless, all models simulate a pattern of response to greenhouse gas increases from human activities that is similar to the observed pattern of change. This pattern includes more warming over land than over the oceans. This pattern of change, which differs from the principal patterns of temperature change associated with natural internal variability, such as El Niño, helps to distinguish the response to greenhouse gases from that of natural external factors. Models and observations also both show warming in the lower part of the atmosphere (the troposphere) and cooling higher up in the stratosphere. This is another ‘fingerprint’ of change that reveals the effect of human influence on the climate.
If, for example, an increase in solar output had been responsible for the recent climate warming, both the troposphere and the stratosphere would have warmed. In addition, differences in the timing of the human and natural external influences help to distinguish the climate responses to these factors. Such considerations increase confidence that human rather than natural factors were the dominant cause of the global warming observed over the last 50 years.”
Dit laatste (de onmogelijkheid dat de zon verantwoordelijk kan zijn voor de huidige opwarming omdat er een verschil is in opwarming/ afkoeling van respectievelijk tropo- en stratosfeer, terwijl de broeikastheorie hier blijkbaar wel een sluitende verklaring voor biedt) wordt ook al in het begin van het laatste IPCC AR5 rapport als onweerlegbaar bewijs voor de broeikas-hypothese herhaald. Al onder paragraaf 1.2.3 (Multiple Lines of Evidence for Climate Change) zien we:
“One of the most powerful methods for assessing changes occurring in climate involves the use of statistical tools to test the analyses from models relative to observations. This methodology is generally called detection and attribution in the climate change community (Section 10.2). For example, climate models indicate that the temperature response to GHG increases is expected to be different than the effects from aerosols or from solar variability. Radiosonde measurements and satellite retrievals of atmospheric temperature show increases in tropospheric temperature and decreases in stratospheric temperatures, consistent with the increases in GHG effects found in climate model simulations (e.g., increases in CO2 , changes in O3), but if the Sun was the main driver of current climate change, stratospheric and tropospheric temperatures would respond with the same sign (Hegerl et al., 2007).”
Gelet op het belang wat de “climate change community” blijkbaar hecht aan deze kwestie, zou enige verheldering wel op zijn plaats zijn. Maar helaas, toelichting ontbreekt verder. Voor nadere informatie moet er dan worden uitgeweken naar andere internet-sites. Het ‘Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde’ geeft op haar site de volgende verklaring:
“Met een klimaatmodel is gekeken naar de klimaatveranderingen die het gevolg zijn van de toegenomen hoeveelheid broeikassen… Het is duidelijk te zien dat de troposfeer opwarmt en (het grootste gedeelte van) de stratosfeer afkoelt. Dit kan als volgt begrepen worden.
Broeikasgassen zenden warmtestraling uit horend bij hun lokale temperatuur en absorberen straling die is uitgezonden door de omringende lucht. De dichtheid van lucht, en daarmee de warmteabsorptie, neemt af met de hoogte. Volgens de wet van Stefan-Boltzmann is de uitstraling groter naarmate de temperatuur stijgt. Omdat in de stratosfeer de temperatuur toeneemt met de hoogte, is de afkoeling door de uitstraling bij de lokale temperatuur groter dan de opwarming door de absorptie van straling die voornamelijk uitgezonden is bij lagere temperaturen op lagere hoogten. In de stratosfeer zal een toename van broeikasgassen dus leiden tot meer stralingskoeling en dus tot lagere temperaturen. In de troposfeer, waar de temperatuur afneemt met de hoogte, is de uitstraling kleiner dan de absorptie en zal een toename van broeikasgassen leiden tot hogere temperaturen. Waarnemingen van de stratosferische temperatuur laten een afkoelende trend zien sinds 1970 van ongeveer 0,6 tot 2 oC per decennium, waarbij die afkoeling toeneemt met de hoogte.”
Past dit wel? Het gaat (weer) over vreemde natuurkunde. Voor zover ik weet gaat het transport van energie door straling door middel van een netto uitwisseling, waarbij er een netto transport gaat van warme naar koudere deeltjes. Gaat dit in de stratosfeer dan plotseling omgekeerd en zorgt een koudestraling van (de in zeer geringe hoeveelheden aanwezige) CO2 dan voor afkoeling?
Daarnaast wordt de temperatuur van de stratosfeer voornamelijk bepaald door de opwarming van ozon in deze laag (iets wat hieronder nog nader zal worden uitgewerkt). Het is duidelijk dat het gehalte ozon in de laatste decennia, is afgenomen. Hoe wil men dit effect onderscheiden van de modelmatig gevonden koudestraling van kooldioxide?
Als laatste; de karakteristieke uitstraling van kooldioxide uit de atmosfeer (Toa) vindt plaats bij een temperatuur die past bij de tropopause. Wanneer kooldioxide in de (warmere) stratosfeer nog eens straling zou uitzenden, zou dit ook in het spectrum van de uitstraling van de atmosfeer van de Aarde te vinden moeten zijn. Een dergelijk signaal ontbreekt bij mijn weten totaal!
Natuurlijke oorzaken
Waarschijnlijk interessanter dan een uiteenzetting of er sprake kan zijn van natuurlijke effecten door zonnestraling variaties, zou toch een wetenschappelijke poging zijn om eerst eens te zien waaruit de invloed van de zon op het klimaat dan wel precies bestaat en om vervolgens pas conclusies te trekken over het afwezig zijn van enige invloed van de zon. Dit zeker nu de opwarming van de Aarde de laatste jaren toch wat nalatig is.
In dat licht is de vraag waarom is het zo “very unlikely” is dat de twintigste eeuwse opwarming door natuurlijke oorzaken kan worden verklaard. Zeker wanneer je het antwoord (zeker) denkt te weten, moet je toch ook een idee hebben waarom de zonnevlekjes, die nog geen tiende van een procent van de zonnestraling beïnvloeden in het verleden wel verantwoordelijk waren voor klimaatveranderingen (en nu dus niet meer).
Nicola Scafetta heeft in zijn studie ‘Discussion on climate oscillations: CMIP5 general circulation models versus a semi-empirical harmonic model based on astronomical cycles’ (Earth-Science Reviews 126, 321-357) uit 2013, ongeveer 30 studies over de relatie tussen zon en klimaat bestudeerd. Hij komt tot de volgende conclusie:
“As for the CMIP3 GCMs used by the IPCC 2007 (Scafetta, 2012b), the upgraded CMIP5 GCMs to be used in the IPCC Fifth Assessment Report (AR5, 2013) do not reproduce the detectable decadal and multidecadal climate oscillations observed in the GST records since 1850. Multiple analyses suggest that these GCMs overestimate the anthropogenic warming effect by about 50%. This would also imply that the climate sensitivity to the radiative forcing should be significantly lowered by half. It may be ∼ 1.5o C (or less if part of the warming is spurious, for example due to uncorrected UHI effects), and it may possibly range between 1 oC and 2.3 oC instead of the IPCC (2007) proposed range from 2 oC to 4.5 oC. Very important physical mechanisms necessary for reproducing multiple climatic oscillations, which are responsible for about half of the 1850-2010 warming appear to be still missing in the GCMs.
The physical origin of the detected climatic oscillations is currently uncertain, but in this paper it has been argued that they may be astronomically induced. This conclusion derives from the coherence found among astronomical and climate oscillations from the decadal to the millennial time scales. This harmonic component cannot be ignored in properly interpreting and forecasting climate change.”
Alan Longhurst (2015) gebruikt 600 peer-reviewed artikelen om de relatie tussen zon en klimaat te verduidelijken. Bij zijn beschrijving van de Bond-klimaatevent (notoir onvindbaar op internet dankzij de gelijknamige film-serie) stelt hij het volgende:
“So far, we have been concerned principally with the pattern of global surface temperature change during the last 150 years, a period for which the consensus view is that global climates have been slowly warming, a trend that accelerated during the 20th century; it is generally agreed, also, that events such as the Little Ice Age or the Mediaeval Warm Period were no more than anomalies on the general trend of surface temperatures during the Holocene, which has in the past been generally regarded as having experienced a rather stable climate, though punctuated alternating glacial advances and retreats in different parts of the world; early studies of these episodes concluded that variation in solar activity was at least a possible trigger for these events.
But proxy evidence -‐ Icelandic glass, haematite-‐stained grains and cosmogenic nuclei -‐ in North Atlantic sediment cores taken south of Greenland and to the west of Ireland, shows that periodic flooding of this region with Arctic water and floating ice has been associated with cold episodes, now termed Bond events by some, at intervals of 1470 ± 500 years throughout the Holocene. These events can be traced at similar intervals back through at least the most recent glacial period and some, such as the Younger Dryas (p. NN), have been sufficiently strong to attract much attention. The proxies also suggest that the Little Ice Age of the 17th century was not an isolated event, but the most recent, although weak, Bond event, the period of c.1100 years falling within the limits of previous intervals between cold episodes. Some of these episodes were synchronous with climatic anomalies -‐ droughts, cold periods and so on -‐ in other regions, as far away as eastern Asia. Event 2, for example, at 2800 BP was associated with drought in the Middle East, while Event 6 at 9400 BP correlates with glacial advances in Scandinavia and a cold epoch in China. […]
Bond and his co-‐authors expressed no doubts concerning the origin of these periodicities in a second study entitled “Persistent solar influence on North Atlantic climate during the Holocene”, noting the close correlation between cosmogenic nuclides in unusually finely resolved drift-‐ice proxies in the sediment cores. At times of reduced solar irradiance, cooling occurs in the stratosphere because of changing levels of ozone, and this leads to a chain of events: the northern latitude troposphere cools, the northern subtropical jet shifts southwards and the strength of the Hadley circulation is reduced.
These changes are sufficient to account for the episodic cooling of the seas between Greenland and Europe during Bond events.”
Opnieuw komen we hier in aanraking met een afkoeling van de stratosfeer, maar nu dus door ozon, als verbindende schakel tussen zonnestraling en klimaat. De analyse van Bond gaat evenwel mogelijk niet ver genoeg, maar dat kan pas worden besproken als een nogal vreemde kandidaat voor de aandrijving van de Bond cycli hebben bekeken; de kosmische achtergrondstraling.
Straling en de zon
Jasper Kirkby, Hoofd van het CLOUD Experiment (CERN, Geneve) produceerde al in 2008 een artikel waarin hij wijst op de relatie tussen kosmische achtergrondstraling en het klimaat. Hij concludeerde dat het verschil in straling van de zon tussen het Maunder minimum en het midden van de vorige eeuw (voordat de CO2-gehalten het klimaat zouden gaan beïnvloeden) volstrekt ontoereikend was om het verschil in temperatuur te kunnen verklaren.
Aan de andere kant was er voldoende bewijs om te constateren dat er een substantiële versterking was geweest van de magnetische activiteit van de zon sinds de kleine ijstijd. Die moest wel degelijk met minimaal 30% zijn toegenomen: “The good agreement found between the 10Be and 14C records confirms that their variations reflect real changes of the cosmicray (GCR)-flux and not climatic influences on the transport processes into their respective archives.”
Inmiddels lijkt er ook voldoende bewijs te zijn voor een duidelijke relatie tussen deze GCR-flux en zonnevlekken-cyclus.
Voor de hierboven besproken Bond-events (waarvoor bewijs kan worden gevonden in de sedimenten van “ice-rafted debris” in de Noord Atlantische oceaan) biedt een relatie met de gekoppelde zon/GCR variabiliteit een goede verklaring volgens Kirkby:
“Solar/GCR variability appears to be a promising candidate for the forcing agent during the Holocene phase since it is found to be highly correlated with the Bond events (Fig.8) [61]. Good agreement is seen between the 14C (Fig.8a) and 10Be (Fig.8b) records, which confirms they are indeed measuring changes of the GCR flux, since their respective transport processes from the atmosphere to archive are completely different.”
Kirkby vat een en ander als volgt samen:
“In summary, the estimated change of solar irradiance between the Little Ice Age and the mid twentieth century is insufficient to explain the observed warming of the climate. Absence of evidence fora long-term variation of solar irradiance does not, of course, rule it out; precision satellite measurements of solar irradiance have only been available for the last 30 yr. On the other hand, there has been a substantial increase of solar magnetic activity since the Little Ice Age, and a corresponding reduction of the cosmic ray intensity. This suggests that the possibility of an indirect solar mechanism due to cosmic-ray forcing of the climate should be seriously considered.”
Ook aan de hand van data zoals de groei van stalagmieten in grotten in verschillende delen van de wereld (Oostenrijk en Oman) en de 10Be data uit de diepere lagen van de oceanen, kan worden geconcludeerd dat met name de GCR-flux van betekenis is geweest voor het Aardse klimaat.
Voor de langere termijn is Kirkby nog vaster overtuigd van de juistheid van zijn hypothese:
“Tropical sea surface temperatures throughout the Phanerozoic have been reconstructed from the δ 18 O of calcite and aragonite shells found in ocean sediments (30 ◦ S–30 ◦ N). After detrending and smoothing the data, the reconstructed temperatures (Fig.11b) show an oscillating behaviour that matches reasonably well with Earth’s icehouse and greenhouse climate modes, established from sediment analyses elsewhere (indicated at the top of Fig.11).
Independently, a correlation was noted between the occurrence of ice-age epochs on Earth and crossings of the spiral arms of the Milky Way by the solar system, during which elevated GCR fluxes of up to a factor of two are estimated (Fig.11a) [89]. The GCR flux is higher within the spiral arms owing to the relative proximity of the supernovae generators and the subsequent diffusive trapping of the energetic charged particles by the interstellar magnetic fields. The estimated crossing periodicity of about 140 My is supported by the GCR exposure age recorded in iron meteorites [89]. Both the GCR flux and ocean temperatures appear to follow the same cyclic behaviour and the same phase (Fig.11b), whereas estimated CO 2 levels do not. These observations have been both disputed [91, 92] and supported [93, 94]. However, on quite general grounds, it is hard to conceive of anything other than a galactic mechanism to account for a 140 My periodicity.”
Maar dan volgt de vraag hoe dit van invloed kan zijn geweest voor het Aardse klimaat. In navolging van Svensmark kiest Kirkby voor wolkenbedekking en de rol die straling hierbij kan spelen. Deze hypothese is echter afdoende getest door diverse wetenschappers (en het IPCC) en afgewezen. Maar betekent dat ook het einde voor het verband tussen het klimaat en de rol van de GCR-flux?
Over de rol van ozon
Natalya A. Kilifarska, professor aan het Nationale instituut voor Geofysica aan de universiteit van Sofia heeft in een artikel uit 2012: “Mechanism of lower stratospheric ozone influence on climate” er nog eens op gewezen dat Chapman, de ontdekker van de zuurstof-cyclus waardoor ozon wordt gevormd in de atmosfeer, al in 1930 heeft opgemerkt dat de energie die nodig is voor de ozon productie, behalve door UV-zonnestraling ook door hoog-energetische deeltjes geleverd zou kunnen worden. Hij veronachtzaamde deze mogelijkheid later, ook al omdat de intensiteit van kosmische achtergrondstraling op dat moment onbekend was en nogal laag werd ingeschat.
Kilifarska gaat echter verder op dit spoor en geeft hiervoor de volgende redenen:
“Unlike the solar corpuscular radiation – influencing sporadically the upper atmosphere – GCR (due to their higher energy) continuously penetrate until the lower stratosphere and troposphere, initiating there series of ion-molecular reactions. The ion chemistry, however, is fundamentally not included in the current state of the art chemical climate models (CCM), due to the widely spread opinion that its effect in the middle and especially in the lower atmosphere is negligible.”
In haar artikel en in het vervolg hierop uit 2012, toont ze aan dat deze “widespread opinion” weleens helemaal onterecht zou kunnen zijn:
“According to IPCC [3] and WMO’s ozone assessment [4] reports, the stratospheric ozone variations during the last 30÷40 years are ruled mainly by the concentration of stratospheric chlorine. The solar influence is estimated to be no more than 2-3%, while the impact of GCR is not considered, although the lower stratospheric ozone variations remain unclear [4]. Taking into account the non-linear character of the relation between ozone and factors impacting its variability [5], we have applied a non-linear regression analysis to estimate the effect of different forcings. As explanatory variables have been used equivalent effective stratospheric chlorine (EESC), sunspot numbers (SSN), galactic cosmic rays (GCR) and the western type circulation as defined by the Vagengeim circulation index.”
In haar artikel laat ze zien dat de GCR-flux de belangrijkste factor moet zijn voor het bepalen van de hoeveelheid ozon in de atmosfeer. Maar welke gevolgen heeft dit dan voor het klimaat? Dit wordt uitgewerkt in een volgend artikel, ook uit 2012: “Ozone as a mediator of galactic cosmic rays’ influence on climate”. Hierin wordt onder meer de langste meetreeks van ozon op het vasteland (Arosa, Zwitserland) vergeleken met de temperatuur-reeks vanaf 1926 op het Noordelijk halfrond.
Dat lijkt al een aardige inverse relatie. Maar het wordt natuurlijk pas echt leuk als je zoiets dan ook plot, om vervolgens een vergelijk te maken met de kooldioxide toename geurende deze periode. Iets wat ze weergeeft in een volgende studie uit 2012:
Fig. 1. Comparison of measured land air temperature anomalies [K] (dark grey line with dots) and modelled one by nonlinear models driven by: (i) measured Arosa total ozone (TOZ) (black triangles) and (ii) CO 2 concentration (pale grey open squares).
Ze becommentarieert dit als volgt:
“This is quite unexpected result, having in mind the unquestionable leading role of CO2 , derived by the linear statistical methods. But even more intriguing is the strong relation between the longest ozone records in the world (from Arosa, Switzerland) and the Northern Hemisphere surface air temperature. Fig. 1 illustrates the ability of CO 2 and Arosa total ozone to describe the variability of LandT. The non-linear function fitting ozone data to that of the land air T is given in [1], while the CO 2 data are fitted by the use of quadratic function. Fig. 1 shows that the ozone model describes better the surface air temperature variability than CO2 model.”
De puzzel
Waartoe leidt dit alles? Kirkby geeft in ieder geval een goede samenvatting van de problematiek die we hier willen blootleggen:
“Among the most puzzling questions in climate change is that of solar-climate variability, which has attracted the attention of scientists for more than two centuries. Until recently, even the existence of solar-climate variability has been controversial—perhaps because the observations had largely involved correlations between climate and the sunspot cycle that had persisted for only a few decades. Over the last few years, however, diverse reconstructions of past climate change have revealed clear associations with cosmic ray variations recorded in cosmogenic isotope archives, providing persuasive evidence for solar or cosmic ray forcing of the climate. However, despite the increasing evidence of its importance, solar-climate variability is likely to remain controversial until a physical mechanism is established.”
Zijn we met de bevindingen van Kilifarska een stap dichter gekomen bij de ontdekking van de oorzaken die ten grondslag liggen aan klimaatverandering? Wanneer we deze theorie koppelen aan de zwaartekracht-theorie die hierboven is uiteen gezet, lijkt me dat we deze vraag wellicht bevestigend kunnen beantwoorden.
De oplossing kan dan dus mogelijk worden gevonden door het feit dat de tropopauze zich (per definitie) vormt in het grensvlak waar de temperatuur van de stratosfeer (veroorzaakt door opwarming van ozon, oplopend naar boven toe) en die van de troposfeer (veroorzaakt door zwaartekracht- adiabatische opwarming, dalend naar boven toe) op een gelijke hoogte komen. Voor de evenaar, waar in de stratosfeer relatief weinig ozon aanwezig is, wordt die grenslaag op grote hoogte gevonden, bij min 80 graden op ongeveer twintig kilometer. Bij de polen met een lage grondtemperatuur al op relatief lage hoogte van ongeveer 10 kilometer.
De temperatuur van de stratosfeer zal, uitgaande van een adiabatische opwarming in de troposfeer, in belangrijke mate ook bepalend zijn voor de temperatuur van de troposfeer.
Wanneer er sprake is van een relatief koude stratosfeer, als gevolg van lage hoeveelheden ozon, zal de zone waar de temperatuur van de stratosfeer gelijk wordt aan die van de troposfeer hoger komen te liggen. Dit betekent een dikkere troposfeer-laag, waar dus (door adiabatische processen) langer en meer (door zwaartekracht opgewekte) opwarming kan en zal plaats vinden. Dit betekent effectief voor de gehele luchtkolom opwarming, omdat er sprake is van een verschillende temperatuurs-gradiënten van de verschillende lagen. De stratosfeer koelt immers af met ongeveer 3 graden per kilometer afdaling, de troposfeer warmt op met 6,5 graad Celsius per kilometer stijging!
Maar dit is natuurlijk precies hetzelfde fenomeen als wat (als onweerlegbaar bewijs voor het bestaan van) de broeikas-theorie wijdt aan het gedrag van kooldioxide. Een lagere temperatuur van de stratosfeer geeft hierdoor dus een hogere temperatuur van de troposfeer en natuurlijk ook omgekeerd…
Hiervoor hoeft dus geen nieuwe natuurkunde te worden uitgevonden en inderdaad: er is een duidelijk verband te vinden met het gedrag van de zon en de zonnevlek-cyclus op de temperatuur van de aarde (een actieve zon geeft een lage GCR-flux, dus een koude stratosfeer en dus uiteindelijk een warmere temperatuur).
Natuurlijk zal deze relatie nader onderzoek vragen, maar indirect zijn er toch al de nodige aanwijzingen dat deze theorie hout snijdt, die ook adepten van de broeikastheorie moeten aanspreken.
Het gat in de ozon-laag
Wanneer de hierboven uiteengezette theorie met de feiten in overeenstemming is; is ook het vinden van een oorzaak voor de klimaatcrisis, van het einde van de twintigste en begin van de eenentwintigste eeuw, in (meestal de dichtbevolkte gebieden van de wereld) niet al te problematisch zijn. Er is nogal wat onderzoek verricht naar het gehalte van ozon in de stratosfeer. Het medium waardoor dus ook de schommelingen van het klimaat als gevolg van de activiteit van de zon merkbaar worden. Onderzoek waaruit overduidelijk blijkt dat ook chemische stoffen inwerken op de dikte ozonlaag.
Zo was er de kwestie met betrekking tot de uitstoot van chloorfluorkoolstofverbindingen, die halverwege de jaren tachtig verantwoordelijk werden gehouden voor het ontstaan van een gat in de ozonlaag boven de zuidpool.
Het gat leek zich te herstellen na daadkrachtige bestuurlijke interventie. In het Protocol van Montreal, ondertekend op 16 september 1987 en werd op 1 januari 1989 van kracht geworden, werd door alle deelnemende landen besloten om de productie van ozonafbrekende chemicaliën snel uit te faseren en tenslotte geheel te stoppen.
Op https://www.nemokennislink.nl/publicaties/herstel-ozongat-lijkt-vooral-gevolg-van-verminderde-zonneactiviteit/ werd (in 2006) de vreugde echter wat getemperd:
“De vreugde was dan ook groot toen het ozongat vanaf 1998 in omvang afnam. Het leek er dan toch op dat menselijke maatregelen de natuur konden sturen. Maar er werd mogelijk te vroeg gejuicht: metingen over een langere periode wijzen namelijk uit dat de ozonconcentratie een (wat verlate) reactie is op variaties in de zonneactiviteit. Deze vertoont een 11-jarige cyclus, en daarom kan pas nu de relatie tussen die zonnevlekken, de ozonconcentratie en de uitbanning van drijfgassen in 1987 met redelijke zekerheid worden vastgesteld…
Onderzoek liet echter zien dat het steeds waarschijnlijker is dat fluctuaties in de zonneactiviteit een enorme invloed hebben. De relatie met het gevreesde broeikaseffect is al eerder vastgesteld: we leven nu in een periode van – voor de laatste eeuwen – ongekend sterke zonneactiviteit. Nu lijkt dus ook de fluctuatie in de ozonconcentratie voor een belangrijk deel met die activiteit samen te hangen, zij het dat een toename van de zonneactiviteit juist gepaard gaat met minder afbraak van ozon.
De ozonconcentratie boven Antarctica nam lange tijd af, maar sinds enkele jaren is weer sprake van een toename, die zich waarschijnlijk zal voortzetten. (bron: Martin Drameris; Institut für Physik der Erde, Wessling, Duitsland)”
Om het gat in de ozonlaag boven Antarctica als maat te nemen voor de dikte van de ozonlaag lijkt sowieso een hachelijke zaak. Sallie Baliunas heeft zich publiekelijk onmogelijk gemaakt toen zij er op wees dat de dikte van de ozonlaag boven dit gebied met name afhankelijk was van polaire winden en andere factoren dan CFK’s, maar dat betekent natuurlijk niet dat zij per definitie hierin het gelijk niet aan haar zijde heeft gehad. Andere recente studies luiden echter opnieuw de noodklok voor het stratosferische ozon.
Uit de studie van W.T. Ball et all. (2017) “Continuous decline in lower stratospheric ozone
offsets ozone layer recovery” bleek dat het effect van de genomen maatregelen in het Protocol van Montreal, in ieder geval voor ozongehalten van de lagere stratosfeer teleurstellend waren.
“Total column measurements of ozone between the Earth’s surface and the top of the atmosphere indicate that the ozone layer has stopped declining across the globe, but no clear increase has been observed at latitudes between 60° S and 60° N outside the polar regions (60–90°). Here we report evidence from multiple satellite measurements that ozone in the lower stratosphere between 60° S and 60° N has indeed continued to decline since 1998. We find that, even though upper stratospheric ozone is recovering, the continuing downward trend in the lower stratosphere prevails, resulting in a downward trend in stratospheric column ozone between 60° S and 60° N. We find that total column ozone between 60° S and 60° N appears not to have decreased only because of increases in tropospheric column ozone that compensate for the stratospheric decreases. The reasons for the continued reduction of lower stratospheric ozone are not clear; models do not reproduce these trends, and thus the causes now urgently need to be established.”
Ook dit is een mooie kandidaat voor de verklaring van ongewone temperaturen, c.q. klimaatverandering, waarbij de boosdoener (ozon) ongemerkt zijn gang kan gaan. De totale hoeveelheid ozon blijft dan weliswaar gelijk (niet overal zoals we nog zullen zien), maar doordat ozon in verschillende lagen gaat zitten, zal de ene laag (stratosfeer) inderdaad afkoelen en de onderliggende dus, overeenkomstig het hierboven omschreven model, zal de troposfeer opwarmen.
Een ander ondergesneeuwd aspect van deze verandering is dat in principe alle, in de troposfeer aanwezige reactieve stoffen, niet geremd door de tropopauze in staat zullen zijn om een reactie aan te gaan met het uiterst reactieve gas ozon. Vooral de lichtere gassen (en dan zijn er een aantal gasvormige stoffen, ook die welke samen hangen met menselijke activiteiten) komen dan in aanmerking om -zeer lokaal- bressen te slaan in deze, in de troposfeer aanwezige, ozon-beschermlaag.
Een theorie is zo goed als het bewijs het toelaat. Welke aanwijzingen zijn er dan voor de juistheid van deze hypothese?
Zonnekracht
De gevolgen van (regionaal) veranderende ozongehalten zijn ook op grond-niveau merkbaar; Rob de Vos tekent de volgende trend op ten aanzien van zonnekracht, wat toch ook een maat van dikte van de ozonlaag is. Wanneer meer ultraviolette straling de aardkorst bereikt, (bij eenzelfde hoeveelheid wolkenbedekking) moet de dikte van de ozonlaag wel wat aan de lage kant zijn:
Hoewel De Vos https://klimaatgek.nl/wordpress/2019/07/02/nederland-en-de-zon/#more-5101 dit effect toeschrijft aan een afname van de luchtverontreiniging (aerosolen), geloof ik dat hij er hier naast zit. Er zijn immers meer aanwijzingen dat de ozonlaag met name over dichtbevolkte gedeelten van de wereld geweld wordt aangedaan…
Het RIVM maakt een en ander duidelijk op haar site https://www.rivm.nl/uv-ozonlaag-en-klimaat/uv-uit-satellietwaarnemingen (wijzigingsdatum 2018)
“Het RIVM Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu berekent de UV ultraviolet -straling op grondniveau met behulp van satellietwaarnemingen van ozon en informatie over bewolking, zoals de bedekkingsgraad, optische dikte of totale reflectie. Satellieten leveren vrij nauwkeurig de ozonwaarden. Bewolkingsgevens zijn lastiger te vertalen naar hun effect op de UV-straling op grondniveau. Reflectie gegevens van de wolken leveren tot nu toe de beste resultaten. Het RIVM gebruikt een hoogtekaart en klimatologische gegevens over concentraties van aerosolen en de reflectie van UV-straling door de grond.
De onderstaande kaarten geven de toename in effectieve UV-belasting voor Europa weer. Het gemiddelde van 2003 t/m 2005 is vergeleken met het gemiddelde van 1979 t/m 1981. De toename van de UV-jaarsom blijkt het grootst in het centrale deel van West-Europa, ten zuiden van Nederland. Alle beschikbare satellietbronnen voor ozon zijn gebruikt, TOMS-NIMBUS, EPTOMS, GOME, SCIAMACHY en OMI ozonmeetinstrument . Voor de bewolking wordt de TOMS-reflectie dataset gebruikt.
Variatie in de bewolking leidt tot grote verschillen van jaar tot jaar. Dezelfde kaart uitgerekend voor een heldere (wolkloze) hemel laat duidelijker de gevolgen van ozonafbraak zien. Dan ligt Nederland midden in het gebied met de grootste relatieve toename in de UV-jaarsom.
Dit zou ook gevolgen kunnen hebben voor de hieraan gerelateerde ziekten. Is het toeval dat Nederland behoort bij de landen met het hoogste aantal nieuwe gevallen van melanoom (kwaadaardige huidkanker) van alle landen van de Europese Unie en Noorwegen en Zwitserland (ECIS(link is external), 2018)? Er is een duidelijke noord-zuid- en west-oostgradiënt te herkennen, met een hogere aantallen nieuwe gevallen in de Noord- en West-Europese landen en een lage in de Zuid- en Oost-Europese (Forsea et al., 2012). Zie: https://www.volksgezondheidenzorg.info/onderwerp/huidkanker/regionaal-internationaal/internationaal#node-internationale-vergelijking-incidentie-huidkanker-melanoom
Het laat aan duidelijkheid eigenlijk niets te wensen over. Inderdaad is er een breuk met de ‘normale gang van zaken’ in het klimaat. Daar waar de dikte van de ozonlaag normaliter werd bepaald door, en in grote delen van de wereld ook nog wordt bepaald door de wisselwerking van zonnevlekken en kosmische straling, lijkt er nu ook een directe link te liggen met de bevolkingsdichtheid van bepaalde gebieden. Of misschien ook veedichtheid, het onderstaande plaatje met ammoniak-emissies (ammoniak emissie worden grotendeels veroorzaakt door de landbouw en is dus een goede indicatie voor de veedichtheid van een bepaald gebied) in Europa heeft een opvallende geografische gelijkenis met het bovenstaande ‘ozon-afname’.
Lachgas
Een belangrijke emissie die grotendeels samenhangt met de landbouw is lachgas (N2O). Het is een broeikasgas die daarom ook wordt gemonitord door het IPCC. In de TAR kunnen we de volgende emissiecjfers vinden (p.252)
We kunnen constateren dat 55% van de N2O emissie van natuurlijke oorsprong is, maar dat van de menselijke productie 78% samenhangt met een agrarische bedrijfsvoering, waarvan dus ongeveer 2/3 deel direct uit de agrarische gronden verdwijnt.
Lachgas is een stof die wordt gevormd door omzettingen van ammoniak en stikstofoxiden door micro-organismen.
De bovenstaande omzettingen zijn dus afhankelijk van de activiteit van micro-organismen in de bodem en die wordt door nogal wat factoren beïnvloed.
Lachgas heeft, behalve haar eigenschap als broeikasgas, nog een belangrijke eigenschap waarin het afwijkt van ammoniak en andere stikstofoxiden; het breekt namelijk nauwelijks af in de atmosfeer. Het KNMI schrijft:
“Lachgas reageert niet met andere stoffen in de atmosfeer en lost niet op in water. Het wordt afgebroken in de stratosfeer, op meer dan 20 km hoogte, door de daar zeer intense ultraviolette straling van de zon. Er bestaat nauwelijks uitwisseling van lucht tussen de stratosfeer en de lagere luchtlagen. Daardoor duurt het meer dan 100 jaar voordat een molecuul lachgas uit de atmosfeer is verdwenen.”
Er is nog een andere manier waardoor N2O wordt afgebroken in de stratosfeer en wel door de opname van een vrije zuurstofradicaal, die ook voldoende voorradig zijn in de stratosfeer, in de vorm van Ozon. Het is de stof waarover Portmann et al. (verbonden aan het NOAA) uit 2012 al concludeerde: “N2O is expected to continue to be the largest anthropogenic emission of an O3-destroying compound in the foreseeable future. Reductions in anthropogenic N2O emissions provide a larger opportunity for eduction in future O3 depletion than any of the remaining uncontrolled halocarbon emissions.” Een studie die overigens kan worden gezien als een bevestigend vervolg van de studie door Ravishankara et al. uit 2009: “Nitrous Oxide (N2O): The Dominant Ozone-Depleting Substance Emitted in the 21st Century.”
De onderstaande afbeelding uit het artikel van Ravishankara et al. geeft een duidelijke illustratie van het ‘lachgas-probleem’.
Hoewel de CFK’s klaarblijkelijk flink zijn afgenomen sinds het Montreal protocol, gaat het met de emissie van lachgas onverminderd voorspoedig, volgens het NOAA, getuige de onderstaande grafiek.
Op basis van de bovenstaande gegevens zou de toename van de hoeveelheid lachgas een goede kandidaat zijn om de toename van de zonnekracht te verklaren. Er zijn nog wel een aantal andere statistische gegevens beschikbaar om tot deze conclusie te komen.
Zo blijkt uit onderzoek van De Vos in Duitsland (https://klimaatgek.nl/wordpress/2019/12/15/es-ist-die-sonne-dummkopf/) dat ook hier de weerstations met een langere meetreeks, een vergelijkbare ontwikkeling hebben doorgemaakt als de Nederlandse.
Het resultaat; de metingen zijn in principe onvergelijkbaar, maar inderdaad wel (met uitzondering van het berglandschap van Hohenpressenberg, wat “toevallig” ook nog eens is gelegen op het grensgebied van de hierboven weergegeven “ozon-afbraakvlek” (het donkerrode gebied)) met een duidelijke stijging van de zonnekracht na 1980.
Het beeld van dit alles past natuurlijk prima bij een organische oorzaak, de uitstoot van N2O is immers grotendeels afhankelijk van de activiteit van micro-organismen. De hoge pieken en diepe dalen, die per jaar kunnen verschillen, kunnen immers ook worden teruggevonden bij onderzoek naar de N2O emissie van agrarische grond, zoals ook is gebleken in het drie jaar durende veldonderzoek van Velthof, G.L. et al. (2010).
Een andere aardige indicator vond ik toevallig op de Duitse site www.Kaltesonne.de, die gaat over de sneeuwbedekking van het Noordelijk halfrond vanaf 1980.
Eigenlijk zien we de laatste dertig jaren, anders dan ut de berichtgeving over sneeuwbedekking in Duitsland verslag is gedaan, een toename van de sneewbedekkinig op het Noordelijk halfrond, behalve in het voorjaar.
Hoe onlogisch is de gedachte dat de hoge voorjaarspieken van N2O, die samen hangen met de mestaanwendig op de landerijen, een duidelijk effect hebben op de temperatuur, zonnekracht en dus sneeuwsmelt? Een en ander is grafisch fraai weergegeven in het artikel van Ito et al (2018), over de emissie van lachgas in Oost-Azië, wat later nog uitgebreid zal worden besproken.
Hollands lachgas
Voor de situatie in Nederland klopt er dan natuurlijk iets niet, als je de cijfers van het CBS erbij neemt. Ondanks de wereldwijde toename van de hoeveelheid lachgas, is er in Nederland blijkbaar toch zeer effectief beleid gevoerd om de emissie van lachgas terug te dringen. De emissie van lachgas in Nederland is de afgelopen jaren fors gedaald!
Om de échte’uitstoot van lachgas in Nederland te kunnen berekenen heb je natuurlijk wel een rekenmachine nodig, want 1 kg N2) staat gelijk aan 298 CO2-equivalenten (bron: NOS), zodat de huidige Nederlandse hoeveelheid NO2 ongeveer gelijk moet zijn aan 28,5 miljoen kilo N20, daar waar deze in 1993 nog 62,7 miljoen kilo moet hebben bedragen.
Dit is werkelijk een geweldige prestatie van Nederland geweest. Zeker omdat men in 1994 nog dacht dat dit geen sinecure ging worden. De emissie van N2O in Nederland week in 1990 nogal af van het wereldgemiddelde, volgens C. Kroeze, die in 1994 een indrukwekkende overzichtsstudie over lachgas had gemaakt(‘Nitrous Oxide’, emission inventory and options for control in the Netherlands’ (RIVM, 1994)). In haar studie kwam ze tot de conclusie dat de lachgas-emissie van Nederland nogal afweek van het wereldgemiddelde.
Misschien is niet verwonderlijk dat Nederland fors afwijkt van het wereldgemiddelde. Kroeze merkt ook al op: “Natural N2O emissions are not easily determined, the present land cover in the netherlands being all virually determined by human influences”. Zij komt tot de volgende emissie-verdeling van Nederland.
Landbouw is hier verantwoordelijk voor 45,5% van de lachgas emissie van Nederland. Deze zou als volgt zijn verdeeld:
In tabel 4.18 geeft Kroeze de herkomst van deze emissies weer:
Het plan van de Nederlandse overheid in die dagen was vrij simpel. Reductie van de ammoniak-emissie zou betekenen dat de hoeveelheid kunstmest gereduceerd zou kunnen worden. De hoeveelheid mest zou vervolgens ook strikt worden gereguleerd (derde fase mestbeleid), waardoor de totale emissie zou afnemen tot 10,9 Gg in het jaar 2015.
Er was echter een belangrijke onzekerheid in al deze berekeningen. Allereerst werd aangenomen dat de hoeveelheid stikstof die in 1990 in de kringloop werd toegevoegd (771 Gg N/jaar), in 2015 wel mer dan gehalveerd zou kunnen zijn (329 Gg N/jaar) en, de nog vrij onopvallend in de tabel gevoegde post “Manure application – injection” bleek fors tegenvallende lachgas-emissies te produceren.
Huijsmans en Schils presenteerden in de International Fertiliser Society-confentie in Cambridge (2009) het artikel ‘Ammonia and nitrous oxide emissions following field-appliction of manure: state of the art measurements in the Netherlands’. Ze merken hierin op:
“To put this into perspective: some 40% of the emission is attributed to fertiliser application. In the Netherlands, the
contribution from applied animal manures is around 50% of the direct soil emissions. Fertiliser, grazing excreta and cultivation of peat soils are the other main sources.
Application of manure increases the contents of NH; and mineralisable N and carbon (C) in the topsoil, and thereby activates microbial activity in the soil. This in turn may increase nitrification and subsequently denitrification locally. The organic compounds in slurry and manure provide readily available substrate for denitrifiers.
The default IPCC emission factor, i.e. the percentage of applied N emitted as N20, is 1.00%, irrespective of the type of fertiliser or manure (IPCC, 2006).
Also application time, application method and application level are not considered. The default emission factor is based on an average of published measurements on a wide range of soil types, crops, fertiliser types, N sources, N levels and application times and methods (Bouwman, 1996; Bouwman et al., 2002; Stehfest and Bouwman, 2006).
Individual countries can use a different; emission factor that corresponds to country—specific soil types or farm management. The data used to derive the IPCC default emission factor E originate predominantly from fertiliser experiments. The lack of experiments with organic N sources is in contrast with the farming practice of intensively managed grasslands in Europe, where manures are an important source of N for crops.
In the Netherlands, the emission factor for applied manure depends on the application technique (wwwgreenhousegasesnl). For surface spreading, the IPCC default of 1% is used, but for low NH3 emission application techniques a factor of 2% is used. This distinction between application methods was based on a review by Kroeze (1994). This is of significant importance, because in 1990, the reference year for the Kyoto protocol, all manure was surface applied: to the soil.
However, from the 1990’s onwards an increasing proportion of manure was applied with low NH3 emission techniques. According to the Dutch monitoring protocol, this change in manure application techniques resulted in higher direct N2O emissions from agricultural soils. In a second literature review, Kuikman e: a]. (2006) were unable to derive new emission factors for these techniques.”
Dat is dus inderdaad een fors probleem. 50% van de landbouwemissie is afkomstig van bemesting volgens de gegevens uit 2009 en deze emissie is vanwege een andere toedienings-methodiek (emissiearm aanwenden) van mest opeens verdubbeld!
U snapt mijn bewondering voor het Nederlandse beleid waarmee ik dit onderwerp begon; hoe is dan de totale emissie van N2O toch nog zo ongeveer gehalveerd sinds 1990?
Eigenlijk is dat niet zo duidelijk, helaas. Aan de hand van het volgende cijfermateriaal is dat misschien te verduidelijken. Wanneer Kroeze haar scriptie schrijft in 1994 heeft ze de volgende prognose voor de jaren van 1990 tot 2015.
‘Nu zijn weinig dingen zo leuk als het achteraf controleren of beleid (in dit geval het derde fase mestbeleid) inderdaad de consequenties heeft gehad die werden beoogd. De totale input van stikstof was in 1990 maar liefst 771 Gg stikstof per jaar. Dat moest terug naar 329 Gg per jaar in 2015. Dit is nog maar 42,6% van het totaal in 1990; een reductie van 57,4%!
Gelukkig controleert het CBS (https://opendata.cbs.nl/statline/#/CBS/nl/dataset/83475NED/table?ts=1583678087706 – hieronder is een relevante samenvatting gegeven) de stikstofbalans voor landbouwgrond in Nederland en wat zien we in 2015? Inderdaad een stevige reductie van 31,9%, alleen blijkt dat de hoeveelheid stikstof in 1990 ineens veel hoger was dan in 1994 werd aangenomen. De ‘Total N excretion by animals’ was blijkbaar 694 gG en de hoeveelheid stikstof in de kunstmest bleek ook nogal wat hoger te liggen. In plaats van 185 gG bleek dat, ongeveer dertig jaar later bepaald, 395 gG geweest te zijn. Het gekke resultaat is nu dus dat we in 2015 een stikstofemissie van 742 gG berekenen, terwijl in 1994 nog een vergelijkbare emissie was berekend van 771 gG voor het jaar 1990!
Het valt natuurlijk alleen maar toe te juichen dat nieuwe inzichten doorbreken en dat emissies beter kunnen worden ingeschat. maar vreemd blijft het wel dat, ook bij tamelijk objectieve data, zoals het toepassen van stikstofkunstmest, men er 4 jaar na dato blijkbaar met een factor twee naast te kunnen zitten…
Maar hoe dan ook, dit gaat niet over het mestbeleid, dit gaat over de reductie van N2O, lachgas. Hoe is het daar precies verlopen?
En ook hier moet eigenlijk worden toegegeven dat “we” het niet precies weten… Wat we wel weten is dat Nederland gebruik heeft gemaakt van de mogelijkheid die IPCC bood om de emissiecijfers, op basis van de bijzondere omstandigheden in Nederland, aan te passen.
Een eerste aanzet voor deze aanpassing werd gegeven in het rapport “Update of emission factors for nitrous oxide from agricultural soils on the basis of measurements in the Netherlands”(Kuikman et al. 2006).
Heel anders dan Kroeze nog vier jaar eerder kwam dit rapport tot de conclusie dat het bewijsmateriaal om een twee maal zo hoge emissiefactor te gebruiken voor emissiearme aanwending van mest wel heel mager was. Meer onderzoek was nodig. In dit onderzoek regent het zo ongeveer verschillende uitkomsten ten aanzien van wat een betrouwbare emissiefactor van lachgas zou moeten zijn.
Het ‘grote onderzoek’ wat volgde, werd uitgevoerd door Alterra op verzoek van SenterNovem (een agentschap van het ministerie van Economische Zaken), met als specifiek doel: “het afleiden van emissiefactoren voor zodebemesting van dunne rundermest op grasland en injectie van dunne rundermest en dunne varkensmest op maïsland.”
Emissie van lachgas werd gemeten op 83 tijdstippen op grasland op zandgrond en op 64 tijdstippen op maïsland op zand in de periode 2007-2009. De resultaten van de proeven werden samengevat in de publicatie “Effect of manure application techniques on nitrus oxide emissions from agricultural soils.” (Velthof et al., 2010)
Er zijn drie belangrijke conclusies te trekken uit dit rapport:
1) De conclusie die Chadwick (1997) had getrokken en die werd geciteerd in het bovengenoemde onderzoek van Kuikman et al. bleek volledig juist te zijn: “Chadwick et al. reported on field scale experiments on grassland in the UK. They used two treatments: surface application and injection . Chadwick (1997) notes that N20 emissions are not a single value, but they are dependent on the weather conditions and the water content of the soil. The absolute level of N20 emissions is rather low. In a recent presentation Chadwick et al. (2005) gives N20 emissions from surface applied and injected manure. The latter treatment has NZO emissions twice as high as the surface applied manure. Chadwick (personal communication with KW. van der Hoek, august 2005) emphasizes that injection primarily enhances N20 emissions when the weather is rainy and the soil is wet.”
Het onderstaande verschil in metingen tussen het natte jaar 2007 en de droge jaren 2008 en 2009 is daarvoor te zeer in het oog springend:
Dat het onderzoek bij mais plaatsvond die was gezaaid in mei/juni toont ook aan dat de onderzoekers zich hiervan maar al te zeer bewust waren (normaal wordt mais in ieder geval voor 15 mei gezaaid). Het meest bijzondere bij deze proefneming is dan ook niet de hoge pieken die optraden na bemesting met varkensmest in 2007 (onderzoek in een laboratorium gaf aan dat de emissie (zeker op kleigrond) wel 13,2% van de toegevoegde hoeveelheid stikstof zou kunnen zijn), maar het volledig uitblijven van pieken in het onderzoeksjaar 2009.
Wanneer de lachgasemissie inderdaad een functie is van de weersomstandigheden ten tijde van een bemesting, dan zou het, omdat de agrarische bedrijfsvoering afhankelijk is van bepaalde maai- en zaaiperioden, reëel zijn om de gemiddelde uitstoot te bepalen bij de gemiddeld optredende weersomstandigheden gedurende de ‘normale’ mestperioden.
2) De stelling dat emissiearme aanwending bij ongunstige omstandigheden (in ieder geval) zorgt voor een verdubbeling van de lachgas-emissie werd bevestigd (bij maisland en varkensmest (pig manure, PM) kon zelfs een vijf keer zo grote emissie worden waargenomen in 2007).
3. De conclusie van het rapport luidt merkwaardig genoeg dat de totale lachgas emissie van emissiearme aanwending in totaal (inclusief indirecte emissie van lachgas door omzettingen van ammoniak in de atmosfeer) nog lager is dan die van de bovengrondse aanwending. Zij komen tot deze conclusie omdat uit onderzoek van Huijsman en Vermeulen was geconcludeerd dat de emissie van ammoniak maar liefst 74% bedroeg van de hoeveelheid toegepaste stikstof, tegen slechts 19% die vrijkomt bij emissiearme aanwending. Van deze ammoniak zal ongeveer 1% worden omgezet in lachgas volgens het IPCC.
Dit zou betekenen dat van de 500 kilo stikstof die een agrarisch bedrijf jaarlijks aan haar gronden toevoegt, bij een bovengrondse aanwending maar liefst 375 kilo verloren zal gaan door ammoniak-vervluchtiging! Wanneer daarvan 1% wordt omgezet in lachgas, geeft dat inderdaad een forse lachgas productie.
Maar daar moet toch een foutje zijn gemaakt, ergens…
Die fout is overigens niet zo ver te zoeken. Ook het IPCC meldt dat 75% van de (ongebonden) ammoniak die in de mest aanwezig is, zal vervluchtigen bij bovengrondse aanwending. Maar dat is toch echt heel iets anders! Van Bruggen becijfert dat de ammoniak-emissie als gevolg van mestaanwending in 1990 in Nederland 214,8 gG heeft bedragen, bij een totale stikstofaanwending van 691,2 gG. Dat is 31,1%.
In 2000 was de emissie van ammoniak als gevolg van emissiearme aanwending nog maar 73,3 gG, bij een totale stikstofgift van 549,1 gG, ofwel 13,3%. Het verschil in emissie zou dus in 1990 691,2*(31,1%-13,3%) hebben bedragen, ofwel 123,0 gG ammoniak, waarvan 1% wordt omgezet in lachgas, ofwel 1,23 gG lachgas.
Bij een emissie van 0,4% (het nieuwe kengetal van Nederlandse emissies) van de toegepaste stikstof hebben we het echter al over 2,76 gG lachgas, voor emissiearme aanwending geldt een kengetal van 0,9%, waardoor er dan sprake zou zijn van een emissie van 6,22 gG lachgas. Dat is dus ongeveer het dubbele van de traditionele toepassing (inclusief het verschil in indirecte emissie) welke dus (2,76+1,23=) 3,99 gG bedraagt.
Maar de Nederlandse kengetallen blijken nauwelijks een realistische weergave van de feiten te zijn. Het zal duidelijk zijn dat bij hogere emissies (zoals in de volgende paragraaf nog zal worden utgewerkt), ook het absolute verschil tussen de beide emissies zal toenemen…
Het wekt toch enige verbazing dat de belangrijkste agrarische onderzoekers van dat moment zo bereidwillig waren om de conclusie, waarbij 75% van de toegepaste stikstof wordt omgezet in ammoniak-emissie, over te nemen, om te komen tot een heel vrolijke afsluiting van het rapport, waarin emissiearme aanwending wordt vrijgepleit van alle blaam (overigens in de traditie van de Wageningse onderzoeken op dit punt, zie de pagina’s over het WNF-rapport).
Vervolg voor beleid en nieuw onderzoek
Hoe dan ook, het onderzoek was meer dan aanleiding genoeg om de Nederlandse emissiecijfers aan te passen. In plaats van de 1% (bovengrondse aanwending) en 2% (emissiearme aanwending), werden de Nederlandse emissiecijfers 0,4% (bovengronds) en 0,9% (emissiearm) voor de aanwending van mest. De stikstofverliezen voor kunstmest werden iets verhoogd ( van 1 naar 1,3%), wat maakt dat de eerdere berekeningen van lachgas-emissies onvergelijkbaar werden met de recentere, zoals hierboven al kon worden geconstateerd.
Internationaal bleken de onderzoeken uit Nederland toch wat minder betrouwbaar gevonden te worden. In een recent artikel van Ito et al. uit 2018 naar de lachgas-emissies in OostAzië (met een bevolking van 1,38 miljard inwoners, blinken de Nederlandse onderzoekers uit door afwezigheid bij de gebruikte internationale onderzoeken (alleen Bouwman (2006)? en Kroeze (2010) krijgen een eervolle vermelding. De emissies van lachgas in Oost Azië blijken per hectare blijken nogal wat hoger te liggen dan in Nederland het geval was.
Als gevolg van de ‘groene revolutie in de jaren zestig van de vorige eeuw schoot ook hier het stikstofgebruik omhoog (evenals de oogstopbrengst). In bepaalde regio’s van Oost Azië blijkt het stikstofgebruik inmiddels vergelijkbaar met dat van Nederland.
De lachgasemissies zijn daarentegen wel weer veel hoger dan die in Nederland; en dat nog wel zonder emissiearme aanwending van de mest.
Dat is dus een factor 10 hoger dan in Nederland. Flinke stukken landbouwgrond hebben dan ook een emissie van meer dan 10 kilogram lachgas per hectare, waar je in Nederland 2.500 kg stikstof voor op het land zou moeten brengen; als we de Nederlandse onderzoekers moeten geloven.
Conclusie?
Het is een nogal uitgebreid stuk geworden; maar dit was nodig om aannemelijk te kunnen maken dat de lachgas-emissie fors is toegenomen de afgelopen jaren en dat dit waarschijnlijk ook het geval is geweest in andere landen waar emissiearme aanwending is toegepast (vaak op grond van milieuhygiënische argumenten: geur), zoals Duitsland.
We weten dat lachgas een belangrijke invloed kan hebben op de ozongehalten van de stratosfeer en we zien inderdaad op een heel indirecte wijze dat de ozonlaag boven de gebieden met intensieve landbouw in omvang is afgenomen in de stratosfeer (o.a. door het aantal huidkankergevallen, maar ook door directe waarneming, zowel via satelliet, als ook via de meting van de zonnesterkte op de aardkorst zelf). Is het dan raar om te veronderstellen dat er een verband is tussen beide?
3. De invloed van wolken
Het is misschien niet zo’n slecht idee om allereerst eens te kijken waardoor de huidige opwarming in het westen van Europa door wordt veroorzaakt. En dan springt er één oorzaak, zoals hierboven uitgewerkt, direct uit. De belangrijkste oorzaak voor de toename van de temperatuur lijkt een afname van de bewolking te zijn, met als gevolg veel meer zonuren, in ieder geval in Europa.
Maar deze soort van opwarming (door meer zonnenuren) is een ontwikkeling die dus eigenlijk helemaal niet past binnen het broeikas-scenario wat wordt veroorzaakt door een toename van kooldioxide in de atmosfeer. Het door de toename van kooldioxide veroorzaakte effect zou immers moeten leiden tot veel meer waterdamp in de atmosfeer, wat dus eigenlijk de belangrijkste temperatuurstijging zou moeten veroorzaken. Meer waterdamp, dus meer bewolking. Wat is er aan de hand?
De menglaag
Het is een studie van Sherwood uit 2014 die hiervoor een acceptabele verklaring lijkt te bieden.
In zijn studie “Spread in model climate sensitivity traced to atmospheric convective mixing” biedt hij een volgende verklaring voor een afname van de bewolking, veroorzaakt door de opwarming die kooldioxide hypothese met zich meebrengt:
“Equilibrium climate sensitivity refers to the ultimate change in global mean temperature in response to a change in external forcing. Despite decades of research attempting to narrow uncertainties, equilibrium climate sensitivity estimates from climate models still span roughly 1.5 to 5 degrees Celsius for a doubling of atmospheric carbon dioxide concentration, precluding accurate projections of future climate. The spread arises largely from differences in the feedback from low clouds, for reasons not yet understood. Here we show that differences in the simulated strength of convective mixing between the lower and middle tropical troposphere explain about half of the variance in climate sensitivity estimated by 43 climate models. The apparent mechanism is that such mixing dehydrates the low-cloud layer at a rate that increases as the climate warms, and this rate of increase depends on the initial mixing strength, linking the mixing to cloud feedback. The mixing inferred from observations appears to be sufficiently strong to imply a climate sensitivity of more than 3 degrees for a doubling of carbon dioxide. This is significantly higher than the currently accepted lower bound of 1.5 degrees, thereby constraining model projections towards relatively severe future warming.”
Vrij samengevat betekent dit dat klimaatmodellen vooral door onzekerheden met betrekking tot de feed-back door de lagere bewolking in de problemen zijn geraakt. Hierdoor geven de voorspellingen van deze modellen een grote spreiding. In de studie van Sherwood wordt hiervoor een oplossing geboden.
Immers, door de opwarming van de Aarde stijgt de menglaaghoogte en worden de vochtige onderste lagen van de menglaag gemixt met de veel drogere lucht in de hogere luchtlagen. Dit zorgt ervoor dat de lage bewolking wordt gedehydrateerd, met als gevolg dat deze lagere bewolking voor een belangrijk deel verdwijnt…
Deze oplossing heeft weliswaar een redelijk Von Münchhausen -achtig karakter. -Hogere temperaturen zorgen voor een lagere bewolkingsgraad, met als gevolg hogere temperaturen, die dus kan worden toegerekend aan het kooldioxide-effect. – Desalniettemin werd deze oplossing die in 2014 met veel enthousiasme ontvangen door de ‘klimaatwetenschap’.
Hans Custers riep op klimaatveranda zelfs op om toch te waken voor een te grote euforie (https://klimaatveranda.nl/2014/01/05/licht-op-wolken-de-rol-van-bewolking-in-een-opwarmend-klimaat/):
“Twee slotopmerkingen. Het onderzoek van Sherwood et al. zal de komende tijd ongetwijfeld aangevallen worden met gemeenplaatsen over modellen die niet zouden deugen. Wie het artikel gelezen heeft, beseft hoe hol dergelijke kreten zijn. Als dit onderzoek iets laat zien, dan is het wel hoe zorgvuldig en hoe gedetailleerd de klimaatwetenschap modellen blijft toetsen aan alle waarnemingen die er maar te vinden zijn. (Voor wie meer wil weten over klimaatmodellen heeft Ars Technica enkele maanden geleden een uitgebreid en informatief artikel geschreven.) Aan de andere kant wordt zo hier en daar de indruk gewekt dat dit ene onderzoek een reden is om alle klimaatprojecties onmiddellijk naar boven bij te stellen. Dat lijkt me een voorbeeld van het “single study syndrome” en dus nogal voorbarig.”
Dit laatste was natuurlijk wel het grote probleem voor de studie. De modellen hadden immers al een veel te grote stijging van de geprojecteerde temperaturen. En dit maakte dat de klimaatmodellen nog veel meer stijging zouden moeten vertonen dan zij nu al doen.
En dat dit laatste heeft er eigenlijk definitief voor gezorgd dat de studie van Sherwood eigenlijk min of meer is vergeten. Er moet dus iets anders aan de hand zijn.
Een oplossing die prima past bij de hierboven door mij weergegeven ‘broeikas-theorie” ligt echter in het verlengde van Sherwood’s these.
De turbulentie die ervoor zorgt dat de menglaaghoogte (PBL) stijgt, wordt in Nederland (bij het bepalen van deposities zelfs wettelijk verplicht) berekend door het Nieuwe Nationale Model van Nederland (NNM).
Maar volgens het NNM wordt turbulentie, die voor verhoging van de menglaag zorgt, niet alleen veroorzaakt door warmte (convectie), waaraan dit deel van de atmosfeer haar Engelse naam ontleent. De andere belangrijke parameter die hiervoor zorgt is de ruwheidslengte. De mate van verstoring van het aardoppervlakte, die we eerder al tegenkwamen bij de bespreking van het stadseffect (UHI). Een in het klimaatdebat naar mijn mening ten onrechte ‘vergeten’ parameter.
Meteorologie-lessen
De menglaaghoogte wordt in het NNM berekend aan de hand van de volgende parameters:
– de frictiesnelheid (u*); deze grootheid bepaalt de mate van mechanische turbulentie aan het oppervlak;
– de warmteflux aan het oppervlak (H0): dit is de verticale voelbare warmtestroom die door turbulentie van of naar het oppervlak wordt overgebracht;
– de Monin-Obukhovlengte (L); deze grootheid is een maat voor de verhouding tussen thermische en de mechanische turbulentie.
De mate van turbulentie (S0) als gevolg van de frictiesnelheid, die dus zorgt voor de verhoging van de menglaag, kan als volgt worden berekend:
S0 = µ*3/(kz0)
waarbij k staat voor de Kármán constante en z0 de ruwwheidslengte is.
De kinetische energie veroorzaakt door de warmteflux (B0) wordt gegeven door de volgende vergelijking:
B0 = gH0/(rCpT)
Waarbij g staat voor de gravitatieconstante, r staat voor de lucht dichtheid, Cp voor de soortelijke warmte van de lucht en T de absolute temperatuur (K).
Het verband tussen de verschillende grootheden wordt gegeven door de Monin-Obukhovlengte via:
L = -B0z0/S0,
Uit deze formules blijkt al dat de menglaaghoogte dus in belangrijke mate wordt bepaald door de ruwheid van het aardse oppervlakte. Aan de hand van complexe en empirisch vastgelegde rekenmethoden, die in Nederland zijn vastgelegd in het NNM, kan dan zelfs kwantitatief worden berekend in hoeverre de hoogte van de menglaag wordt bepaald door de ruwheid van de aardoppervlakte. In het NNM, waarmee o.a. de mate van verspreiding en depositie van een luchtverontreinigende emissie-bron (schoorsteen oid), moet worden vastgelegd, kunnen we constateren dat de invloed van deze ruwheid fors is.
Het model gaat er, om redenen die hierboven (vrij vertaald) ook zijn weergegeven, van uit dat verspreiding van de emissie alleen de omwonenden kan bereiken als de uitstoot van verontreinigende stoffen binnen de menglaag blijft. Het is daarom van groot belang te weten tot hoe hoog de menglaag zich gemiddeld genomen uitstrekt boven de verontreinigingsbron. Gebleken is dus dat de menglaaghoogte bij open vlak land veel lager ligt dan bij een ruw landschap. Deze ruwheid wordt uitgedrukt in een zgn. “ruwheidslengte” die toeneemt als het terrein ruwer wordt.
In het NNM worden de volgende ruwheidslengten onderscheiden:
Wanneer er sprake is van een volledig stabiele menglaag wordt de hoogte hiervan nagenoeg in zijn geheel bepaald door de frictiesnelheid volgens:
Hn = cnµ*/f
Waarbij f de Coriolis frequentie (= twee maal de rotatiesnelheid van de aarde maal de sinus van de breedtegraad) is, en cn een empirische constante die gelijk is aan 0,2. Maar deze frictiesnelheid wordt dus weer nagenoeg volledig bepaald door de ruwheidslengte van het landschap.
Uiteraard is de hoogte van de menglaag bij neutrale en instabiele condities wat moeilijker te bepalen (en dit voert in dit verband ook veel te ver), maar duidelijk zal zijn een toename van de menglaaghoogte, naast de warmteflux (die uitgebreid aan de orde komt bij de studie van Sherwood), voor een groot deel wordt bepaald door de ruwheid van de Aardkorst.
En eigenlijk is dit ook wel logisch. De inversielaag bevindt zich immers op een hoogte waarbij de constante (geostofische) wind niet langer wordt beïnvloed door de aardse turbulentie. Veel ruwheid geeft veel turbulentie en dus een verschuiving van de hoogte waar de wind ongestoord kan waaien.
Maar een hogere menglaag heeft dus (zoals Sherwood’s studie aantoont) ook consequenties voor de menging van waterdamp die tijdens de dagperiode in de menglaag belandt. De hoogte van het wolkendek is, zoals hierboven gezien, direct gerelateerd aan de hoogte van de menglaag.
Bij een gelijkblijvende verdamping zal wolkenvorming dus ook direct afhankelijk zijn van hoogte van de menglaag. Het gevolg hiervan is dus dat ook kan worden verwacht dat er meer zonneschijn is bij een hogere menglaag.
Stabiliteit
Ruwheidslengte is echter niet de enige factor waardoor de menglaaghoogte wordt beïnvloed. Minstens zo belangrijk is de stabiliteit van de atmosfeer. Bij een stabiele atmosfeer zal de menglaaghoogte rond de 200 meter bedragen, een dag met bewolking brengt de menglaaghoogte rond de 500 meter en bij een zonnige dag zien we een onstabiele atmosfeer waarbij de menglaag een hoogte van rond de 2000 meter zal bereiken.
Voor de stabiliteit van de luchtlaag is het vochtgehalte van de atmosfeer van groot belang. Droge lucht zal snel opwarmen en de ‘droge lucht-adiabaat geeft 1 graad afkoeling per 100 meter stijging van de luchtlaag. Een vochtige lucht die opstijgt geeft waarden die ongeveer de helft hiervan zijn. Dit zorgt dus voor een relatieve opwarming van stijgende lucht, die op geringe hoogte (200 meter) weer zorgt voor een inversie binnen de menglaag, met dus een stabiele (en vochtige) atmosfeer.
Wanneer er sprake is van verdroging van de bodem, zal de verdamping minder zijn en kan worden verwacht dat er meer droge lucht en dus een een hogere menglaag ontstaat. De ontwikkelingen binnen de landbouw waarbij actief naar een zo snel mogelijke afvoer van het grondwater in het voorjaar wordt gestreefd kunnen dan daar waar dit met groot succes wordt doorgevoerd een waar klimatologisch experiment worden genoemd.
De situatie in Nederland leent zich dan ook voor een nadere studie.
Ruilverkaveling
De aanzet tot wat ook wel “de heroïsche jaren van de ruilverkaveling” genoemd wordt, werd gegeven in Zeeland. In deze door oorlogsschade en overstromingen getroffen provincie bleek dat men met de Ruilverkavelingswet van 1938 niet in staat was de gebieden en de daar bedreven landbouw op gewenste wijze te moderniseren. Hiervoor werd een tweetal noodwetten ontworpen: de Wet Herverkaveling Walcheren en de Wet Herverkaveling Noodgebieden. Al spoedig bleek dat ook andere gebieden een grondige herstructurering nodig hadden en dat een nieuwe ruilverkavelingswet onontkoombaar was. In 1954 werd een op de eerdere herverkavelingswetten gebaseerde nieuwe ruilverkavelingswet aangenomen. Daarnaast werd om de ruilverkaveling heen een aantal regelingen ontwikkeld om van ruilverkaveling een nog krachtiger instrument te maken.
De belangrijkste reden voor de nieuwe wet van 1954 was dat ruilverkavelingen steeds meer omvattend en complexer werden. Het tot dan toe functionerende juridische kader bleek veel te beperkt om grote gebieden op de schop te kunnen nemen. Van een voornamelijk administratieve herindeling met een daarbij behorende verandering van wegen en waterlopen, wilde men ruilverkaveling in een methode veranderen waarmee de agrarische productiestructuur van een gebied verbeterd kon worden.
Onder deze wet is voor meer dan een miljoen hectare ruilverkaveling aangevraagd en werd ongeveer 900.000 hectare daadwerkelijk op de schop genomen. Vooral geïsoleerde streken, zoals het Gelders en Brabants Rivierengebied kwamen in aanmerking voor ruilverkaveling. Het instrument werd uitgebreid met mogelijkheden tot boerderijverplaatsing en kreeg een sociale component: de streekverbetering. Met de publicatie van het Meerjarenplan voor de ruilverkaveling in 1958 kwam een urgentieschema voor de ruilverkaveling tot stand. Een en ander miste zijn uitwerking niet, zoals uit de onderstaande figuur ook blijkt.
Dat hierdoor diverse ook voor het Nederlandse klimaat belangrijke parameters in het Nederlandse grondgebied sterk veranderden moge blijken uit de onderstaande tabel met de ontwikkeling van het gemiddelde Nederlandse grondwaterpeil.
Het compendium voor de leefomgeving geeft aan dat door de mechanisering en schaalvergroting van de landbouw (maar waarschijnlijk ook door de grootschalige verstedelijking), de gemiddelde stijghoogte de 50 jaar tot het jaar 1999, maar liefst 30 centimeter is gedaald.
Dit betekende overigens niet het einde van deze ontwikkeling. Volgens het CBS (2011) maken de boeren nog steeds meer werk van het draineren van landbouwgrond. “In 2010 was 33 procent van de landbouwgrond gedraineerd, tegen 14 procent in 2003. De uitbreiding van de drainage vond vooral plaats in de zeekleigebieden. Het combineren van beregenen en draineren komt vooral veel voor in Flevoland, in de Wieringermeerpolder en op Goeree-Overflakkee.”
Sedert 2011 worden de gegevens van de hoeveelheid gedraineerde grond niet meer gepubliceerd door het CBS (noch elders), maar het ligt niet voor de hand dat deze stormachtige ontwikkeling in 2010 is gestopt. Het ligt dan ook voor de hand dat de record-droogtes van 2018-2020 in Nederland niet losstaan van deze ontwikkeling.
Maatregelen die ervoor zorgen dat de bodem minder zal verdampen, zoals bij agrarische landbouwgrond, waar actief wordt gezorgd voor een lager liggende grondwaterstand (door drainage en een verbeterde afvoer van het regenwater), zal zorgen voor minder verdamping en dus minder opstijging van vochtige lucht en dus ook meer turbulentie die zorgt voor een hogere en drogere menglaag.
Dit zal uiteraard gevolgen hebben voor de lage wolkenvorming in de menglaag, maar dat zijn dan normaal gesproken ook de meest voorkomende wolken in West Europa.
Deze beide factoren zouden gezamenlijk verantwoordelijk kunnen zijn voor een forse toename van de gemiddelde hoogte van menglaag. En dat blijkt, zoals hierboven gezien, een belangrijk temperatuureffect met zich mee te brengen.
Het beïnvloeden van de ruwheidslengte van de aardkorst en het (steeds verder) in cultuur brengen van landbouwgrond zijn, voor de atmosferische processen, misschien wel de meest wezenlijke karaktertreken van een menselijke samenleving. Door het kappen van bossen en steeds meer, steeds hogere bebouwing, maar ook door steeds meer reliëf te brengen in de uitgestrekte bossen, wordt de ruwheidslengte van de oppervlakte van de Aarde, al eeuwen door menselijk ingrijpen drastisch beïnvloed. het steeds verder cultiveren van landbouwgrond (ontwateren) is daarbij een minstens even belangrijke factor.
De grootste invloed op ‘deze ruwheid’ is wellicht ook het oudst. Het kappen van bomen.
Nu lijkt dat met het oog op de bovenstaande indeling niet zo’n groot probleem (grote bossen hebben een forse ruwheidsfactor), maar de ruwheid wordt alleen maar vergroot als er veel reliëf in de achterliggende groene vlaktes wordt gebracht. (ruwheid stijgt dan van 0,50/1,0 naar 3,0). Het in cultuur brengen van land heeft dus volgens deze theorie grote consequenties voor het klimaat.
Dat zou nu dus wereldwijd ook een flinke invloed moeten hebben. De laatste jaren verdwijnt er per saldo – dus rekening gehouden met aangroei – bijna 16 miljoen hectare aan bos per jaar, een oppervlak gelijk aan bijna vier keer Nederland.
Maar ook de bouwwoede van het einde van de twintigste- en begin van de eenentwintigste eeuw is natuurlijk zonder weerga, waarbij wolkenkrabbers moeten wedijveren met torenhoge windturbines om wie de grootste invloed op de menglaag heeft.
Daarnaast zien we een forse toename van de intensivering van het grondgebruik van de landbouw, iets wat onder meer tot uiting komt in een toename van de hoeveelheid gedraineerde landbouwgrond. Het CBS meldt in 2011: “Boeren maken steeds meer werk van het draineren van landbouwgrond. In 2010 was 33 procent van de landbouwgrond gedraineerd, tegen 14 procent in 2003.”
Helaas wordt de hoeveelheid gedraineerde grond niet meer gepubliceerd sinds 2011, maar de groei zal ongetwijfeld niet zijn gestopt in 2011.
Dit betekent onder meer dat, wanneer deze theorie inderdaad hout snijdt, een belangrijk klimatologische effect van de huidige ‘klimaatcrisis’ wordt veroorzaakt door de bouw van duizenden windmolens die inderdaad een forse invloed zouden hebben op de ruwheid van het landschap. En wellicht is deze stelling niet zo onzinnig als zij misschien wel lijkt. Lokale effecten van windparken worden immers al in het artikel “Climatic Impacts of Wind Power”(Miller,et al. 2018) uitgebreid bestudeerd. Geconstateerd werd dat windparken alleen al door een verandering van de distributie van warmte binnen de menglaag een flinke temperatuurbijdrage leveren (die bij sommige windparken heel direct kan worden nagemeten in de directe nabijheid van het park). Effecten op de bewolking en zonnestraling worden hierin (uiteraard) nog niet meegenomen…
Een gegeven wat op het belang van de andere factor, de steeds verdere invloed van de landbouw op de grondwaterstand, en daarmee op de stabiliteit van de menglaag wijst, is de situatie zoals deze zich voordeed in de droogte-zomer van 2019. Witte et al (2019) schrijven: ” Bijzonder is dat de meteorologische droogte na de Tweede Wereldoorlog optrad in een landschap dat steeds verder was ontwaterd en leeggepompt. De droogte sloeg daardoor ongetwijfeld harder toe dan in historische tijden.
De ontwatering van Nederland gebeurt al sinds mensenheugenis, maar vond na de Tweede Wereldoorlog op een schaal plaats die nooit eerder in de geschiedenis was vertoond. (…) Zeer opmerkelijk was dat in de nacht van 3 op 4 juli van dat jaar de temperatuur aan de grond op meetpunt Twente naar een record voor de tijd van het jaar zakte: -1,6 oC, nachtvorst. Gebrek aan bodemvocht voor de verkoeling overdag en voor de verwarming ’s nachts: we kennen dat verschijnsel van woestijnen.”
De gemeten toename van de temperatuur in Nederland zou dan niet in eerste instantie te wijten zijn aan verschuiving van de grootschalige weersystemen, maar juist aan de veranderende lokale omstandigheden, zoals de toenemende intensivering van de landbouw, bebouwing en verkeer, die voor verstoring zorgen van de ‘natuurlijke’ turbulentie.
Deze theorie heeft een belangrijk voordeel ten opzichte van de CO2-broeikastheorie. Zij zou in theorie vrij simpel bewezen kunnen worden. Wanneer zou kunnen worden aangetoond dat de toename van het areaal door mensen beheerde gronden op enigerlei wijze zou bijdragen aan de toename van zonnestraling in een gebied.
Aan de hand van op internet beschikbare informatie is een eerste poging in die richting gedaan. Het bleek mogelijk om aan de hand van de gedetailleerde openbare informatie, van de Deutsche wetterdienst (Sinds kort heeft de Duitse wetterdienst een uitstekende site van waaruit haar meetgegevens simpel zijn te downloaden: https://www.dwd.de/DE/leistungen/zeitreihen/zeitreihen.html.) is het mogelijk om per “Bundesland” een beeld te krijgen van de toename van de zonnestraling, zoals deze de afgelopen 50 jaar heeft plaatsgevonden. En dan blijkt dat er inderdaad opmerkelijke verschillen zijn te vinden.
Zo geeft Sachsen-Anhalt een toename van de hoeveelheid zonnestraling te zien van 207 uur, terwijl Hessen het met en toename van ‘slechts’ 89,2 uur moet doen gedurende deze periode.
Op basis van de beschikbare informatie is het echter geen toeval dat Sachsen- Anhalt na Niedersachsen het laagste percentage bos heeft in het binnenland van Duitsland (Meckelenburg-Vorpommern en Schleswig-Holstein zijn vooral gebonden aan het Oostzee-klimaat). Zo is het ook geen toeval dat Hessen een tweede plaats qua bosbedekking inneemt (na Saarland).
De (negatieve) correlatie tussen bosbedekking en aantal uren meer zon per Bundesland is namelijk 0,842 met een significatie van 0,001. Tamelijk stevig dus. De basisgegevens van waaruit deze berekeningen zijn gemaakt zijn hieronder te vinden.
