Een poosje geleden werd mijn site gehackt. Ik begon blijkbaar reclame te maken voor sites die weinig hebben uit te staan met het broeikas-effect, maar toch zorgen voor enige hormonale verhitting. Mijn provider besloot in te grijpen. Om geen kosten te hoeven maken voor dure spam filters, heb ik besloten om de mogelijkheid om te reageren op mijn schrijvens, de bron van het probleem, uit te schakelen.
Jammer, de reacties op mijn site waren vaak zinvol en zetten soms zelfs aan tot het corrigeren van mijn stukjes of zorgden voor een verdieping, of een andere benadering.
Ik heb geprobeerd om deze reacties toch binnen te krijgen door te verwijzen naar mijn mail-adres, (info@polderklimaat.nl) zodat ik hierop in andere bijdragen kon terug vallen.
Een belangrijk nadeel van het ‘verdwijnen van reacties’ is ook dat ik het contact met mijn lezers begin te verliezen, zo bleek uit recente reactie. Het is natuurlijk onmogelijk om het kernbetoog van mijn laatste blogs te begrijpen, wanneer al niet duidelijk is hoe en waarom algen zouden zorgen voor opwarming van het klimaat.
Naïef als ik ben ging ik ervan uit dat mijn diverse verwijzingen in mijn stukjes wel voor verlichting ten aanzien van dit toch essentiële onderdeel van mijn opwarmings-theorie zouden zorgen, maar ik begrijp natuurlijk ook wel dat je geen encyclopedische studie wilt gaan doen als je een stukje van mij leest.
Voor deze lezers wil ik graag nog eens even de hoofdpunten van “opwarming door algenbloei” aanstippen.
Gaia
Als ‘boomer’ heb je het geluk gehad om mee te liften bij een vreemd stukje theorievorming.
De Zweedse scheikundige Lars Gunnar Sillén had zich in zijn onderzoek: “Regulation of O, N, and CO, in the atmosphere; thoughts of a laboratory chemist” (1965), al het hoofd gebroken over de vraag hoe het mogelijk was dat de Aardse atmosfeer zozeer afweek van hetgeen op grond van de tweede hoofdwet van de thermodynamica verwacht kon worden.
Immers volgens deze wet geldt dat de entropie van een geïsoleerd systeem, dat niet in evenwicht is, in de loop van de tijd toeneemt, tot het maximum voor dat geïsoleerde systeem is bereikt. Die toestand met de maximale entropie is de evenwichtstoestand.
Hij kwam tot de conclusie dat op basis van een thermodynamisch evenwicht, de oceanen en de atmosfeer als volgt samengesteld zouden moeten zijn:
Vooral het gedrag van stikstof was volgens Sullén merkwaardig. Immers, wanneer stikstof in thermodynamisch evenwicht met zijn omgeving zou zijn: “one may show that practically all N would have been present as NO3– in the ocean and not as N2(g).”
De Engelse onderzoeker James Lovelock maakte van deze onderzoeksresultaten de hoeksteen van zijn, in de jaren tachtig zeer populaire ‘Gaia – hypothese’, waarin hij stelt dat de aarde functioneert als een soort superorganisme.
Als NASA onderzoeker had hij gezien dat de andere terrestrische planeten wel nauwgezet de natuurkundige wetten volgen:
En daar waar Sullén nog een vraagteken plaatste bij zijn opvatting dat ‘bugs’ verantwoordelijk zouden kunnen zijn bij het vreemde gedrag van stikstof op Aarde, wordt dit een uitroepteken bij Lovelock.
De grondgedachte van Lovelock is dat organismen er als collectief op de een of andere manier ook voor kunnen zorgen dat de conditie van de biosfeer optimaal blijft voor hun eigen overleving. Deze grondgedachte wordt voor het grote publiek uitgewerkt in “Gaia, de natuur als levend organisme” (1979). Volgens Lovelock was de chemische onbalans van de Aardse atmosfeer een van de belangrijkste kenmerken van Gaia.
De belangrijkste organismen die zorgen voor de vreemde aard van de Aardse atmosfeer, zijn volgens Lovelock ook de kleinste: plankton. Hij verwoordt dit in Gaia, A New Look at Life on Earth (1979) als volgt:
“Het leven op deze planeet is een bijzonder taaie, robuuste en plooibare eenheid, waarvan wijzelf slechts een klein onderdeel vormen. Het meest wezenlijke onderdeel is waarschijnlijk datgene wat op en in de bodem van de continentale platten woont. Grote planten en dieren zijn betrekkelijk onbelangrijk. (…) het zijn de taaie en betrouwbare arbeiders die het microbiologische leven van de bodem en zeebedding vormen die de zaken draaiende houden.”
Van kooldioxide was natuurlijk al bekend dat dit vooral door een miljoenenjaren lange opname door kalkvormende micro-organismen tot de huidige niveaus was gedaald, van zuurstof wisten we ook dat organische fotosynthese verantwoordelijk is voor de huidige niveaus, maar dat gold volgens Lovelock dus ook voor de andere vreemde afwijkingen in de samenstelling van atmosfeer en oceanen. Iets wat fraai wordt uitgewerkt in zijn bestseller Gaia, A New Look at Life on Earth (meer over Gaia, zie ook deze link)
Het wetenschappelijke vertrouwen in de theorie van Lovelock was echter broos en verdween eigenlijk totaal nadat hij samen met Charlson, Andreae en Warren het artikel “Oceanic phytoplankton, atmospheric sulphur, cloud albedo and climate” publiceerde. De in het artikel uiteengezette theorie, wordt al snel naar de voorletters van de auteurs de ‘CLAW-hypothese’ genoemd.
In dit artikel stellen de auteurs vast dat het fytoplankton, dat in grote hoeveelheden dimethylsulfide (DMS) produceert, reageert op variaties in klimaatforcering, en ook dat deze reacties werken om de temperatuur van de atmosfeer van de aarde te stabiliseren.
DMS zou zorgen voor de onontbeerlijke nuclei (cloud-condensation nuclei (CCN)) waaromheen waterdamp zich bindt, om uiteindelijk kleine waterdampdruppels te produceren. Deze geconcentreerde waterdamp vormt wolken en deze zouden dan zorgen voor een noodzakelijke verkoeling van de biosfeer.
Verificatie
Dit is nog eens een echte wetenschappelijke theorie, die door onderzoekers kon worden bevestigd, of verworpen. Popper (zie link) zou trots zijn geweest.
De populariteit van Lovelock’s theorie (en ook haar vergaande implicaties) zorgde ervoor dat in de jaren nadien een groot aantal wetenschappers de CLAW-hypothese aan een duchtig onderzoek onderwierpen. En met resultaat. Deze theorie bleek niet te handhaven.
Green & Hatton (2014) vatten het als volgt samen:
“When proposed, the CLAW hypothesis was genuinely visionary, combining atmospheric chemistry and physics, biochemistry, climate science, and marine biology into one plausible feedback loop. More than two decades later, it is becoming increasingly clear that CLAW has not stood the test of time and, in a sense, has masterminded its own downfall by inspiring a generation of research that has allowed us to more fully appreciate the complexity and interrelationships of marine, atmospheric, and terrestrial biogeochemistry. So, although we cannot rule out a marine biogenic influence on Earth’s climate, the CLAW hypothesis, in its original form, must be rejected as a comprehensive explanatory model.”
Met deze afrekening verdween ook de aandacht voor Lovelock’s theorie en kon weer worden overgegaan tot de ‘orde van de dag’.
Revisie
Het zou goed zijn geweest wanneer Lovelock en zijn mede-auteurs zich ook zou hebben verdiept in de biologie van de organismen die DMS in grote hoeveelheden aanmaken. Het zijn zonaanbidders.
De bekendste soorten die verantwoordelijk zijn voor de productie van DMS (Emiliania huxleyi en Phaeocystis globosa, beter bekend als de Bruine slijmalg) floreren bij ondiepe ‘mixed layers’ en hoge lichtintensiteiten.
Welk belang hebben deze soorten dan bij een toename van de bewolking?
In mijn web-pagina “het veranderende klimaat” heb ik uiteen gezet dat het veel waarschijnlijker is dat deze soorten met hun ‘extravagante gedrag’, een zeker doel nastreven. Namelijk door de uitstoot van het zware DMS-gas (het soortelijk gewicht van droge lucht op zeeniveau is 1,293 mg/cm3. DMS is veel zwaarder nl. 2,77 mg/cm3) de uitstoot van andere wolkenvormende deeltjes juist te belemmeren. DMS zorgt dan alleen voor een hoge luchtvochtigheidsdeken boven het wateroppervlak, waardoor het voor andere hydrofiele deeltjes vanuit de oceaan (o.a. zeezout) vrijwel onmogelijk wordt om in de hogere luchtlagen voor wolkenvorming te zorgen.
Van deze eigenschap van DMS wordt blijkbaar ook commercieel gebruik gemaakt volgens Wikipedia, waar wordt gemeld dat DMS wordt gebruikt in de staalindustrie, waar het dient om stofdeeltjes af te vangen.
De algen offeren zichzelf niet op met de productie van DMS, maar zorgen juist voor optimale omstandigheden voor het voortbestaan van de eigen soort!
Altruïsme is een zwakke basis om een samenleving op te baseren, zoals Adam Smith al in 1776 constateerde. Maar misschien is er dan toch zoiets als “de hand van God” (waarop het liberalisme is gebaseerd) die ervoor zorgt dat onder ‘normale, stabiele omstandigheden’, complexe ecosystemen mogelijk zijn.
Dit zou er m.i. voor pleiten om het Gaia-concept ook enigszins aan te passen. Gaia is misschien een al te ‘flower-power’-idee. Maar de achterliggende gedachte, doelgerichte evolutie, is misschien zo vreemd nog niet. Is Gaia niet gewoon een ‘Intelligent Design’ (ID-)wereld?
Andere mechanismen
De productie van DMS is niet de enige manier waarop algen kunnen zorgen voor opwarming. Vergelijkbaar is wel het afsterven van de algenmassa, waarbij bij de afbraak van de organische stoffen ook veel DMS geproduceerd gaat worden. Ook het gegeven dat de zgn. “dode zones” worden gekenmerkt door wolken van waterstofsulfide (wat bij industriële processen wordt gebruikt als uitgangsmateriaal voor de productie van DMS) lijkt er op te wijzen dat ook dit effect niet is te verwaarlozen.
Maar er zijn nog andere zaken die een rol spelen.
Zo is daar een verandering van de emissiviteit (de mate van effectiviteit in het uitstralen van energie als warmtestraling) wat door algenbloei wordt beïnvloed.
Warmte wordt beter vastgehouden door algen dan door water, waardoor een tapijt van algen ook voor opwarming kan zorgen.
Daarnaast zijn algen blijkbaar in staat om te zorgen voor hun eigen micro-klimaat.
Behalve de Planetary Boudary Layer, de atmosferische menglaag, kennen we ook nog zoiets als een limnological mixed layer, een oceanische menglaag. Wikipedia omschrijft deze als:
“een laag waarin actieve turbulentie een de zee/oceaanoppervlakte tot een bepaalde diepte heeft gehomogeniseerd. De gemengde oppervlaktelaag is een laag waar deze turbulentie wordt gegenereerd door wind, oppervlaktewarmtefluxen of processen zoals verdamping of zeeijsvorming die resulteren in een toename [of afname] van het zoutgehalte.”
Net zoals de atmosfeer, is het water in diepe zeeën of oceanen opgebouwd uit lagen die maar moeilijk mengen. Het meest bekende fenomeen wat hiermee samen hangt is het zgn. “dode water” waarin schepen nauwelijks vooruit komen. Veel energie die voortkomt uit de schroef van het schip leidt slechts tot golven en turbulentie tussen de beide lagen.
Dit natuurlijke verschijnsel wordt ook gebruikt door algen.
Wanneer gedurende het voorjaar de hoeveelheid licht voldoende toegenomen is, zal het fytoplankton, wanneer er voldoende voedingsmiddelen, en niet al te veel vijanden aanwezig zijn, snel gaan groeien. Een verschijnsel dat bekend staat als de voorjaarsbloei.
Bij min of meer rustige meteorologische condities gedurende het voorjaar en de zomer, zal vaak een dichtheidsstratificatie ontstaan. De bovenste waterlaag zal relatief warm worden door het ingestraalde zonlicht waardoor de dichtheid van het water afneemt. Door de ongelijke dichtheid onder en boven het scheidingsvlak van warm en koud water zal verticale turbulente menging sterk onderdrukt worden. Met als gevolg een zeer ondiepe “mixed layer”, die snel kan worden opgewarmd door zonnestraling. Wanneer dan ook nog voldoende voedingsstoffen aanwezig zijn is dit een ideale omgeving voor de ontwikkeling van algen.
Het zal echter ook duidelijk zijn dat de warmte, die normaal gesproken verspreid zal worden door de oceanische mixing layer, niet meer zal worden opgenomen door het zeewater, met hogere temperaturen als het onvermijdelijke gevolg.
In het artikel van Wurl et al (2018) wordt ingezoomd op de strategie van blauwalgen om een dergelijke ondiepe ‘mixed layer” te krijgen:
“In the presence of the blooms, large anomalies of skin temperature and salinity of +0.95°C and -0.49 practical salinity unit (PSU) were found, but a substantially cooler (- 0.22°C) and saltier skin layer (+ 0.19 PSU) was found in the absence of surface blooms.
The results suggest that biologically controlled warming and inhibition of salinization of the ocean’s surface occur. Less saline skin layers form during precipitation, but our observations also show that surface blooms of Trichodesmium sp. inhibit evaporation decreasing the salinity at the ocean’s surface. This study has important implications in the assessment of precipitation over the ocean using remotely sensed salinity, but also for a better understanding of heat exchange and the hydrologic cycle on a regional scale.”
Effecten van algenbloei
Maar de gevolgen hiervan zouden dan toch meetbaar moeten zijn? Dit is ook hetgeen waar ik me in mijn recente blogs mee bezig heb gehouden. Dat zijn ze ook.
Misschien het meest duidelijke voorbeeld betreft de Oostzee, al sinds begin jaren zeventig geplaagd door blauwwier algenbloeiperioden.
Deze bloeiperioden hebben een duidelijke invloed op de aantallen uren zonneschijn op de Oostzee-kuststroken, waarvan die in Duitsland goed zijn gedocumenteerd op https://www.dwd.de/DE/leistungen/zeitreihen/zeitreihen.html.
De Noordelijke kustprovincies Mecklenburg-Voor-Pommeren en Schleswig Holstein behoren sinds jaar en dag tot de meest zonnige provincies van het land. Ik heb ze hieronder, voor de periode 1961-1990, vergeleken met het, op ongeveer dezelfde breedtegraad liggende, Noordrijn-Westfalen.
De lente en zomer (bloeiperiodes van de blauwalg) van de kustprovincies kennen beduidend meer zonneschijn dan Noordrijn-Westfalen. In de herfst en winter (vanaf oktober) wordt alles weer ‘normaal’.
Dat is dus precies wat te verwachten valt, wanneer algenbloei op enige wijze betrokken zijn bij de aantallen uren zonneschijn.
Deze theorie werd daarna impliciet ook bevestigd door de studie “On the curious case of the recent decade, mid-spring precipitation deficit in central Europe.”, Ionita, (2020)
Hierin wordt uitgewerkt dat een warme aprilmaand eigenlijk een (moeilijk te verklaren) voorbode is van een warme zomer. De bloei van de bruine slijmalg (Phaeocystis globosa), zoals gezegd een DMS producerende soort, valt juist in de maanden april-mei en toeval of niet, vrijwel alle warme zomers van de afgelopen jaren vallen samen met de bloei van deze algensoort.
Zowel de maximum concentraties als de bloeiduur van Phaeocystis aan de kust zijn sinds 1950 sterk toegenomen. In de studie van Peperzak (2002) wordt dan ook opgemerkt: “Longterm variation in the occurrence of Phaeocystis colonies in the northeast Atlantic is probably related to climatic change (Owens et al. 1989).
Zou het warme weer van de afgelopen jaren dan ook niet samen kunnen hangen met het gegeven dat dat de in de afgelopen 45 jaar de hoeveelheid algen van de familie Coccolithoforen (waar E. Huxlyi deel uitmaakt) in de Noord-Atlantische Oceaan is vertienvoudigd? (zie: https://www.newscientist.nl/nieuws/onverwachtse-toename-van-algen/onderzoek)
Maar er is natuurlijk veel meer. De abnormale hitte in Canada lijkt samen te hangen met algenbloei (zie link), de opwarming van de Noordpool kan wellicht niet worden losgezien van de forse toename van DMS in de poolregio (zie link). De marine hittegolven (MHW’s) treden met name op in die gebieden waar zuurstofloze omstandigheden (door algenbloei) zijn te vinden (zie link), onze warme winters hangen via de warme golfstroom ook samen met opgewarmd zeewater (zie link) en dit lijstje is niet eens uitputtend.
Het grote uitsterven
Om de hierboven genoemde redenen was de studie van Longman, J. et al. (2021): “Late Ordovician climate change and extinctions driven by elevated volcanic nutrient supply” toch wel even schrikken. In dit artikel wordt nl. uitgewerkt dat de grote golven van uitsterven (massa-extincties) blijkbaar samen hangen met een forse fosfaatbemesting door de zgn. LIP-erupties (large igneous province). Wanneer zich een LIP eruptie voordoet, ontstaan grote vlakten met actieve vulkanische scheuren, waardoor honderdduizenden vierkante kilometers land door dikke lagen gesmolten gesteente worden bedekt. Lava is rijk aan fosfaat en de verwering hiervan moet verantwoordelijk worden gehouden voor miljoenen jaren van nagenoeg zuurstofloze omstandigheden in de oceanen die het gevolg waren van algenbloei. (zie link)
We hebben het hier dan dus over de Ordovicium-Siluur-extinctie (444 miljoen jaar geleden), de Laat-Devonische extinctie (383-359 miljoen jaar geleden), Perm-Trias-extinctie (252 miljoen jaar geleden), Trias-Jura-extinctie (201 miljoen jaar geleden) en de Krijt-Tertiair-extinctie (66 miljoen jaar geleden).
Algenbloei als gevolg van fosfaatbemesting is, zoals uit de Oostzee-casus blijkt, een moeilijk te bestrijden fenomeen, omdat de fosfaat die door algen wordt gebruikt, door de bacterie-afbraak grotendeels gewoon weer vrij komt. (zie link) om opnieuw gebruikt te worden door de volgende generatie algen.
De ID-wereld heeft deze problemen uiteindelijk (met veel moeite) blijkbaar opgelost door de toen vrijkomende fosfaat op te slaan in bekkens, waar miljoenen jaren lang fosfaat werd gedeponeerd (fosfaaterts is een afzettingsgesteente, gesteente dat ontstaat door lithificatie (gesteentevorming) van afgezet sediment of organisch materiaal).
Maar het is zijn minst alarmerend te noemen dat diezelfde bekkens nu weer worden afgegraven om als kunstmest opnieuw in de ecologische kringlopen te worden opgenomen.
En is het toeval dat de huidige opwarming van de aarde begint rond de jaren tachtig?
