Het was eigenlijk niet de bedoeling om van deze blogreeks nog een deel III te maken, maar gelet op de aardige discussie die onlangs was ontstaan tussen Ned Nikolov en Roy Spencer, over de aard van de opwarming in de troposfeer (die ik in de vorige blog nog graag onbehandeld wilde laten om het niet al te ingewikkeld te laten worden), voel ik me toch min of meer verplicht om hier toch nog even op terug te komen. De troposfeer zelf is misschien wel de meest onbegrepen luchtlaag van onze atmosfeer.
Welke discussie? Volgens de broeikastheorie is de Aardse atmosfeer warmer dan kan worden verwacht op basis van een ‘stralingsevenwicht’, doordat broeikasgassen voorkomen dat de infrarode warmtestraling van de aardkorst zomaar in het universum verdwijnt. Volgens Nikolov en Zeller wordt de Aarde echter warmer dan verwacht omdat de onderste lagen van de atmosfeer worden samengedrukt, met opwarming als gevolg. Het verschil wordt hier mooi uitgedrukt in een afbeelding door Nikolov gemaakt in 2017.
Roy Spencer (aanhanger van de broeikastheorie) ging blijkbaar (weer) in discussie met Ned Zikolov over diens theorie, raakte blijkbaar zwaar geïrriteerd en besloot om deze discussie, overtuigd van zijn eigen gelijk, aan de openbaarheid prijs te geven.
Het begon ermee (volgens Nikolov) dat Spencer het nodig vond om de email correspondentie te delen met de CLINTEL groep. Het is mij onduidelijk waarom dit gebeurde, het zal toch niets te maken hebben met een gesprek wat ik (mede) hierover met Marcel Crok voerde een aantal jaar geleden?
Hoe dan ook; Nikolov ging vervolgens met de hele discussie naar de Tallbloke website en Spencer publiceerde vervolgens zijn bijdrage op zijn eigen website (zonder de bijdrage van Nikolov).
Deze bijdrage is vervolgens ook weer op Wattsupwiththat (WUWT) gekomen, terwijl de Duitse EIKE-website de complete Tallbloke discussie ging vertalen (zie link) en later ook de bijdrage van WUWT (zie link).
Het mooie van al die publicaties is dat er ook heel veel reacties op zijn gekomen, waarschijnlijk met name door het verrassend felle taalgebruik van Spencer, die zijn opponent min of meer als een idioot neerzet (kop: “Pressure Causes Temperature? It’s Time to Climb Down from “Mount Stupid”).
De website van Spencer ontlokte bij de lezers 210 reacties, op het Eike-verhaal kwamen 177 commentaren en Tallbroke bleef wat achter, 28 reacties, de discussie werd hier waarschijnlijk toch wat doodgeslagen werden door nogal dominante en verder ook onbegrijpelijke reacties van een van de deelnemers.
Waar gaat het over?
Eerlijk gezegd begrijp ik niet goed waarom de theorie van Nikolov en Zeller weer tot leven is gekomen. Het is een nogal wilde verzameling van formules die tot de volgende conclusies zouden moeten leiden volgens de auteurs zelf (hieronder de losjes vertaalde leken-samenvatting van hun theorie uit 2018):
– de broeikastheorie is nooit experimenteel vastgesteld;
– het thermische effect van de Aardse atmosfeer is al meer dan 40 jaar verkeerd berekend, het zou 90 graden moeten zijn in plaats van 18-33 graden Kelvin;
– deze negentig graden opwarming kan worden verklaard door twee factoren: zonnestraling en luchtdruk (adiabatische opwarming);
– de opwarming van de planeet is hierdoor volledig onafhankelijk van de chemische samenstelling van de atmosfeer;
– De voorspelde kooldioxide effecten komen alleen voor in klimaatmodellen.
Luchtdruk bepaalt dus de temperatuur op Aarde en dat geldt volgens de auteurs ook voor het verleden. In een Youtube presentatie over de theorie (zie link), kun je onder meer de volgende figuren terugvinden:
Nog verder terug in de tijd heeft dit gegolden volgens Nikolov en Zeller:
De uiteenzettingen van Nikolov en Zeller zijn al een hele poos geleden keurig weerlegd door Willis Eschenbach (zie link) en onze eigen Tinus Pulles (zie link). Ook Spencer zelf heeft al een poos geleden commentaar gegeven op deze theorie en vervolgens is het jaren stil geweest rondom deze theorie.
Ik persoonlijk wordt altijd wat narrig als dingen logischerwijs niet te volgen zijn en dat gevoel is er altijd bij de uiteenzettingen van Ned Nikolov. Dus in die zin kan ik de reactie van Spencer wel begrijpen, maar ja, het wordt wel persoonlijk als de hele theorie van de adiabatische opwarming wordt aangevallen (en dus niet alleen die van Nikolov en Zeller).
De overwegingen van Spencer
Ik neem de uitdaging van het Spencer artikel dan ook serieus, waarin ‘dwalenden’ wordt aangemoedigd om van de pieken van ‘Mount Stupid” af te dalen, klaarblijkelijk om de waarheid van Guru Spencer te kunnen omarmen?
Allereerst, hoe verzin je zo’n theorie. Mogelijk een middeleeuws relict uit een klooster ten aanzien van ‘heidenen’ die geconfronteerd werden met het Christendom?
Hoe dan ook; het echte verhaal van Spencer verloopt via de volgende lijnen:
Ik werk al 40 jaar als klimatoloog; onduidelijk is wat de wetenschappelijke verdiensten zijn van Nikolov. Vervolgens wordt met een gedachten experiment de vloer aangeveegd met de Nikolov-theorie:
Stel dat je inderdaad een extra atmosfeer kunt toevoegen aan onze atmosfeer. Wat gebeurt er dan? Spencer geeft het volgende aan:
(1) Allereerst zal de temperatuur flink toenemen, maar daarna zal zich een nieuw evenwicht instellen. De energie balans (zonnestraling vs energieverlies) zal immers de temperatuur van de lagere atmosfeer bepalen, onduidelijk is daarom waarom er een relatie zou bestaan tussen de temperatuur van een planeet en de luchtdruk?
(2) Wat er op andere planeten gebeurt heb ik nooit bestudeerd en interesseert me ook niet. Het is niet van belang voor het begrip van onze atmosfeer. Wanneer Nikolov gelijk heeft wat betreft de statistische relatie tussen verschillende planetaire temperaturen en luchtdruk, dan vermoed ik dat dit zo is omdat wanneer er daar meer atmosfeer is, er ook meer broeikasgassen aanwezig zullen zijn.
(3) Wanneer Nikolov gelooft dat gassen infrarode straling kunnen opnemen en uitstralen zal het broeikas-effect een noodzakelijke consequentie hiervan zijn.
(4) Het adiabatische vervalpercentage (‘lapse rate’) wordt veroorzaakt door de convectieve processen in de atmosfeer. Stijging van lucht zorgt voor afkoeling, daling van lucht zorgt voor verwarming, maar dat vertelt niet wat de temperatuur zou moeten zijn.
(5) Het is onduidelijk of het broeikaseffect deze ‘lapse rate’ veroorzaakt, maar zonder de convectie van atmosferische gassen zou deze lapse rate extreem groot zijn, met zeer hoge oppervlakte temperaturen en zo mogelijk nog koudere stratosferische temperaturen. Het broeikaseffect is, (per definitie) datgene wat gebeurt zonder convectieve stromingen.
(6) Wanneer een planeet een atmosfeer zou hebben die geen infrarode straling zou absorberen of emitteren, zou de gehele atmosfeer opwarmen tot het niveau van de temperatuur van de oppervlakte van de planeet.
Ten aanzien hiervan ben ik eigenlijk stomverbaasd over het feit dat iemand 40 jaar lang als (gerespecteerd) klimatoloog werkzaam kan zijn en dan nog geen enkel interesse heeft in de astronomische ontdekkingen van de laatste 40 jaar. We hebben immers inmiddels een aardig zicht op wat de atmosferische omstandigheden en temperaturen zijn van onze buurplaneten, waar de natuurkunde precies zo werkt als op onze planeet. Dit gebrek wreekt zich, zoals ik in het onderstaande zal uitwerken.
Ik heb al eerder uiteengezet dat er wel degelijk een belangrijke relatie bestaat tussen luchtdruk en temperatuur wordt op de planeten met een dichte atmosfeer (zie link).
De gasvormige atmosfeer van Jupiter is ongeveer 5.000 kilometer dik en bestaat voornamelijk uit waterstof (geen waterdamp!) en helium. Beide geen broeikasgassen. De bovenste wolkenlagen hebben een temperatuur van -120 ºC, op 3.000 km diepte is de temperatuur, bij een druk van negentigduizend atmosfeer, gestegen tot 5.500 ºC, dat is gelijk aan de oppervlaktetemperatuur van de zon! Deze planeet zendt meer licht en warmtestraling uit dan hij van de zon ontvangt.
Voor Venus geldt iets vergelijkbaars, maar wat minder extreem. Berekend kan worden dat het stralingsevenwicht, gelet op het albedo van Venus, moet liggen op 132 W/m2. Dit terwijl de temperatuur op het oppervlakte van deze planeet moet zorgen voor een uitstraling van 16.000 W/m2. Hierbij is opvallend dat de temperatuur van de atmosfeer bij 1 atmosfeer (de ‘aardse druk’) precies op het niveau ligt van de temperatuur op Aarde, gecorrigeerd voor de kortere afstand van Venus naar de zon.
Ik vrees dat deze waarnemingen (harde fysica) weinig heel laten van de overwegingen ten aanzien van het gedachten-experiment van Spencer.
Nikolov en Zeller
Maar heeft Nikolov dan gelijk? Op basis van wat ik van deze theorie kan volgen natuurlijk ook niet. Het is onzin om te beweren dat alleen de zonnestraling en adiabatische opwarming (zwaartekracht) zorgen voor de temperatuur op Aarde. In mijn vorige blogs over dit onderwerp is duidelijk dat de hogere luchtlagen wel degelijk worden opgewarmd/ afgekoeld door de absorptie/ uitstraling van stralingsenergie van de zon. Maar met Nikolov en Zeller geloof ik dat de opwarming van de ‘vrije’ troposfeer (boven de atmosferische menglaag) wel belangrijk is en voornamelijk wordt bepaald door adiabatische processen. Dit blijkt ook uit vergelijkbare temperatuur profielen van de planeten uit ons zonnestelsel met een aanzienlijke atmosfeer. Telkens kan worden gevonden dat bij een grotere dichtheid van de luchtlagen het adiabatische proces begint (bij ongeveer 0,1/ 0,2 bar, juist ter hoogte van onze tropopauze). De deeltjes moeten natuurlijk wel druk op elkaar kunnen uitoefenen, waardoor ook de draaiing van de Aarde, en de invloed hiervan op de atmosfeer, uitgedrukt in ‘potentiële vorticiteit’ (zie ook link) van belang moeten zijn.
Dat andere lagen van onze atmosfeer verschillende opwarmingsmechanismen hebben, wordt niet gezien door Nikolov en Zeller. Maar het lijkt wel logisch dat de adiabatische opwarming van de vrije troposfeer uiteindelijk zorgt voor een constante en behaaglijke temperatuur van onze Aarde.
Het is niet alleen convectie die hier voor verantwoordelijk is, maar het gegeven dat de temperatuur in en energetisch afgesloten atmosfeer (tussen de ondoordringbare tropopauze en de atmosferische menglaag) direct afhankelijk is van de luchtdruk van die atmosfeer. Iets wat aan de hand van basale natuurkunde vrij simpel kan worden aangetoond (zie link).
Een diepere atmosfeer zorgt voor een diepere troposfeer, waar de universele (hij geldt ook voor de andere planeten als Venus en Jupiter) droog adiabatische temperatuursgradient (lapse rate)-formule (dT/dz = g/Cp, waarbij T de temperatuur is, z de afstand in meter en g staat voor de zwaartekrachtconstante en Cp staat voor de warmtecapaciteit van een gas bij constante druk) zorgt voor opwarming/ dan wel afkoeling, afhankelijk van de richting van z.
Voor de Aarde kom je dan uit op een temperatuursverval van g (= 9,81 m/s²)/ Cp (= 1005 J/(kg.K)) = 0,0098 K/m, ofwel 9,8 °C per kilometer.
Naast de droge adiabatische temperuursgradient is er ook een ‘natte’ adiabatische temperatuursgradient, aangezien de troposfeer nogal wat waterdamp in zich heeft wat de neiging heeft om te condenseren bij lagere temperaturen, wat weer energie kost. In de troposfeer is de adiabatische temperatuursgradient daarom meestal 6,5 ºC per kilometer.
In de atmosferische menglaag (tussen de 200 en 2000 meter boven Nederland) hebben we echter weer te maken met hele andere processen, waar opwarming van de aardkorst door zonnestraling, ozon, bewolking, frontvorming, convectie en onvoorspelbare natuurlijke processen (de biosfeer, inclusief wijzelf) zorgt voor het weer wat we kennen (zie link en link). En dus ons klimaat.
Dit maakt dat ik me toch zorgen blijf maken over “ons klimaat” en dus niet overtuigd ben van de claims van de ‘luke-warmers’, dat het allemaal wel meevalt met die opwarming van de laatste decennia, en we over kunnen gaan tot de ‘orde van de dag’.
Het mooie van de Spencer-Nikolov controverse is dat er een aantal mooie reactie kwamen van lezers, die een aantal vrij basale opmerkingen maakten die vragen om verdieping.
De meest simpele en misschien wel belangrijkste is wat mij betreft die van MarkW (May 30, 2026 9:05 am) op WUTH:
“The air pressure in the tropics is the same as the air pressure at the poles.”
Dat klopt, maar in het uitstekende artikel van Pengfei Xia et al (2021, zie link) is ook te zien dat de tropopause bij de polen te vinden is op een hoogte van 8-9 km boven de aardoppervlakte, terwijl die boven de “tropics” kan stijgen tot 17-18 kilometer. Met de adiabatische ‘lapse rate’ kan dan een temperatuurverschil worden verwacht van 9*6,5 = 58,5 graden (gemiddelde temperatuur Noordpool is -20 ºC, die van de tropen ligt tussen de 25 en 30 ºC). Klopt aardig zou ik zeggen. De temperatuur van de Zuidpool is hier niet gebruikt, omdat dan ook het hoogteverschil moet worden meegenomen (Antarctica is met een gemiddelde hoogte van 2.500 meter het hoogstgelegen continent ter wereld).
Uit het bovenstaande kan overigens ook de conclusie worden getrokken dat ook de troposfeer ei-vormig moet zijn, waarbij de vorm afhankelijk is van de seizoenen (in de bovenstaande afbeelding wordt de hoogte niet per maand maar per seizoen weergegeven).
Heeft u zich ook weleens afgevraagd waarom een zonnige dag in de winter in Nederland voor volledig andere temperaturen zorgt dan eenzelfde zonnige dag in de zomer? Op Google is het volgende antwoord te vinden:
Het verschil kan dan ongeveer 4,5 kilometer vrije troposfeer bedragen (*6,5= 29,25 ºC).
Een andere mooie reactie is die van Dave Burton (May 30, 2026 5:31 am). Een mooie kritiek op de Nikolov en Zeller theorie, maar ik blijf daar verre van. Het is voor mij overduidelijk dat de processen in de mengzone voldoende catastrofaal kunnen zijn om klimaatveranderingen te kunnen bewerkstelligen (zie o.a. link).
Maar goed, ik denk dat ik mijn punt wel heb gemaakt. Zowel stralings- als adiabatische druk processen zijn van belang voor de temperatuur op Aarde. Graag hoor ik commentaren die een beter inzicht in deze troebele materie bieden (jerikan.1@gmail.com).