Een model is een schematische weergave van de werkelijkheid. In een wetenschappelijke context gaat het vaak om doorwerkingen van een mathematisch-logisch systeem. Een model kan formeel zijn (bijvoorbeeld een wiskundige vergelijking, een diagram of een tabel) of informeel (een beschrijving in woorden).
Het denken kan niet zonder beelden en voor de broeikastheorie is zonder twijfel het meest invloedrijke beeld datgene wat in het artikel van J. T. Kiehl and Kevin E. Trenberth uit 1997 is verschenen: “Earth’s Annual Global Mean Energy Budget”. Hieronder in volle glorie weergegeven.
In deze studie bleek ook duidelijk de enorme invloed van het broeikasgas kooldioxide (CO2) wat ervoor zorgde dat niet alle invallende (korte golf) straling ook weer terug wordt gestraald in de vorm van lange-golf (infrarood) straling:
De rode, ten opzichte van een niet door broeikasgassen gehinderde uitstraling (zwarte curve), veel lagere uitstraling is volgens de auteurs, het broeikaseffect wat zorgt voor een leefbare planeet. Tegelijkertijd is deze rode curve ook een rode vlag, want als er verstoringen zijn van de rode curve, dan heeft dit, volgens deze theorie, zonder meer effecten op de gemiddelde temperatuur van de Aarde.
En deze verstoringen waren al op korte termijn te verwachten, want uit laboratoriumproeven was gebleken dat een toename van het gehalte CO2 ook effect had op het absorberende vermogen van deze stof. Deze zou toenemen. Dat heeft effect op de hoeveelheid straling die dan wordt vastgehouden. Ik heb hierover al vaak eerder geschreven en W. Happer heeft dit op de volgende manier grafisch weergegeven:
Verdubbeling van het CO2-gehalte heeft volgens de meest recente inschattingen een effect van 3,7 W/m2. Dat is niet echt heel indrukwekkend wanneer je beseft dat de hoeveelheid ingestraalde energie per vierkante meter door de zon 1.370 W/m2 is op de evenaar, dus gemiddeld over de aangestraalde aardkorst 685 W/m2. Maar hoe kan zo’n kleine bijdrage dan tot zoveel commotie hebben geleid?
Dat heeft alles te maken met diverse terugkoppelingseffecten. Vooral het gehalte waterdamp, het meest krachtige broeikasgas, zoals hierboven ook te zien, zou toenemen, en dat zou (ondanks het feit dat hiervoor geen enkele bewijs is gevonden) zorgen voor een forse verschuiving van de bovenstaande rode curve.
Voor geïnteresseerden verwijs ik graag naar het oorspronkelijke artikel van K&T 97 en de vele IPCC publicaties nadien. In dit artikel wil ik de aandacht richten op een onderliggende vraag. In hoeverre doet dit K&T 97 model recht aan de werkelijkheid?
Iets andere modellen
Er zitten toch wel wat vreemde trekjes aan dit model. Zo lijkt het mij nogal vreemd dat de temperatuur op Aarde blijkbaar wordt bepaald door het verschil in ingekomen straling en uitgaande straling. Dit betekent onder meer dat aan wolkenvorming een groot opwarmend effect toegekend kan worden. Zie afbeelding:
Te zien is dat de uitstraling van de opgewarmde Aarde veel beter gaat bij een wolkeloze lucht. Een verschil van maar liefst 80 graden. Dat zou dus betekenen dat, wanneer het verschil tussen instraling en uitgaande straling bepalend zou zijn voor de temperatuur, bewolking voor een flinke opwarming zou zorgen.
Maar wanneer we vervolgens echt gaan vergelijken, zoals werd gedaan in dit youtube filmpje (zie ook: https://www.youtube.com/watch?v=Y2K1uHvfaek&t=1362s&ab_channel=cbrehmer) dan zien we toch een ander verhaal.
In navolging van een eerdere blog (zie link) wil ik dan ook nog de aandacht vragen voor het waarom in het K&T 97 model op geen enkele wijze onderscheid wordt gemaakt tussen de twee compleet verschillende zon-aarde situaties; nl. het verschil tussen dag en nacht? En dan met name de vraag; hoe kan het dat de gehele onderste laag van de atmosfeer, de troposfeer, nauwelijks wordt beïnvloed door dit verschil?
Er is slechts één atmosferische laag binnen de troposfeer waar wel een verschil kan worden waargenomen (overigens niet eens benoemd in het onderstaande plaatje).
De onderste twee kilometer van de atmosfeer, ook wel de planetaire atmosferische menglaag (PBL) genoemd. Hieronder te zien (als u goed kijkt).
De vraag is dus, hoe kan dat?
Ik heb het antwoord al vaker gegeven op deze webpagina’s. Volgens mij is er maar één redelijk antwoord mogelijk en die volgt uit de gravitatie-theorie (Zie link, etc.)
En, langzaam maar zeker, komen er steeds meer artikelen die deze visie ondersteunen. Op de website van het Duitse Europäisches Institut für Klima und Energie (EIKE e.V.) verscheen onlangs dit artikel waarin een aardige bijdrage voor deze hypothese werd geschreven.
Opgepast wel, want volgens de Duitse wikipedia-pagina moet EIKE vooral niet serieus worden genomen:
“In tegenstelling tot wat de naam doet vermoeden is het Europees Instituut voor Klimaat en Energie (EIKE) geen wetenschappelijk instituut, maar wordt het omschreven als een lobbyorganisatie (volgens S.Haupt, 2020) .
De vereniging wordt door stemmen uit de wetenschap en de pers beschreven als het centrum van de politiek actieve en georganiseerde klimaatontkenningsscène in Duitsland. Zijn doel is om de bevindingen van de klimaatwetenschap systematisch aan te vallen.”
“Stemmen uit de Wetenschap en pers”, veel betrouwbaarder wordt het niet, zou ik zo zeggen… weet waaraan u begint als u toch verder wilt lezen…
Volgens het artikel is de oorzaak van een stijgende wereldtemperatuur niet kooldioxide, maar volgt het uit het veranderende landgebruik van de Aarde sinds 1790.
Volgens het artikel zijn er twee mogelijke oorzaken voor de waargenomen klimaatverandering:
• De toename van de concentratie kooldioxide in de atmosfeer is de oorzaak van de temperatuurstijging, of:
• Een temperatuurstijging veroorzaakt door andere beïnvloedende factoren resulteert in een toename van de concentratie kooldioxide in de atmosfeer. Dit is dan slechts een reactie en volkomen ongeschikt als controlevariabele voor maatregelen om het klimaat te beïnvloeden.
Net zoals ik heb omschreven in dit artikel (link) is er verdacht weinig aandacht voor deze tweede mogelijkheid en dat concludeert de auteur J. Langeheine blijkbaar ook, overigens nog zonder het artikel over de kip en het ei van Demetris Koutsoyiannis te hebben gelezen en waarover ik ook al eerder heb geschreven.
In lijn met (link, etc.) ziet Langeheine dat op grond van de adiabatische compressie (gravitatiecompressie) eigenlijk helemaal geen tegenstraling nodig is, om de afwijkende temperaturen op de Aarde te verklaren. En dat betekent dat de rol van kooldioxide bij de opwarming eigenlijk helemaal geen rol kan/ hoeft te spelen.
Maar waarom stijgt de temperatuur dan de laatste jaren wel? Om zijn these uiteen te zetten gebruikt hij de volgende figuur:
Langenheim gaat vervolgens in op de albedo – veranderingen van de Aarde als gevolg van dit veranderde landgebruik en komt vervolgens uit op vrij goed kloppende temperatuur-stijgingen.
Hij ‘vergeet’ jammer genoeg om ook eens in te gaan op wat volgens mij een grotere invloed heeft op de temperatuur van de Aarde. De verschillende emissiviteits-waarden die samen hangen met dit landgebruik en de veranderingen binnen de belangrijkste part van het landgebruik waarover ik o.a. hier wat meer heb beschreven.
Emissiviteit
Het is te zien in het beeld van de stralingsuitwisseling tussen Zon en Aarde waarmee dit artikel begon. De zon straalt hoogfrequente straling in op de Aardkorst, die daardoor wordt opgewarmd en vervolgens straalt de Aarde laagfrequente straling uit die past bij de opgewarmde temperatuur. Er zijn dan twee zaken om rekening mee te houden. Allereerst is dat dus de zgn. albedo van de Aarde. Niet alle straling wordt door de Aarde opgenomen, maar ook een gedeelte wordt weerkaatst (de zgn. ‘witheid’ van de aardkorst). Vooral het percentage bewolking is hierbij van belang.
Daarnaast wordt niet alle opgenomen straling ook gelijk weer uitgezonden als infrarode straling. De mate waarin een stof in staat is om alle straling ook gelijk weer uit te stralen is een inherente eigenschap van de stof die we de emissiviteit van de stof noemen. Deze eigenschap is weer onafhankelijk van de kleur van de stof, wat ook weer leuke plaatjes oplevert.
Van deze eigenschap wordt bijvoorbeeld ook door de fabrikanten van zonnepanelen gebruik gemaakt, door gebruik te maken van zwarte panelen (lage albedo) met een lage emissiviteit wordt zoveel mogelijk zonlicht opgevangen, terwijl maar weinig energie verloren gaat aan uitgestraalde infrarood straling. Onbedoeld blijkt ook mijn autostuur een slechte uitstraler, waardoor het een pijnlijke bedoening is geworden om bij warme zonnige dagen te gaan autorijden.
In het ‘straling-evenwichtbeeld’ wordt emissiviteit vrijwel nooit meegenomen en wordt de Aarde eenvoudigweg gezien als een zgn. ‘zwarte straler’ waarbij alle inkomende straling ook gelijk weer wordt uitgestraald.
Voor grote delen van de Aarde is dit ook acceptabel; helder water en ijs hebben een emissiviteit van zo’n 96%, waardoor maar weinig energie uit het model verdwijnt, maar vegetatie gaat al van 96 naar 92% uitstraling, sneeuw kan al naar 80% gaan en zand (bij 20 oC) kent een variatie van 90-60%. Ook donkere klei straalt maar 66% uit, terwijl bestratingsmaterialen een emissiviteit kennen die tussen de 70-95% ligt. Basalt heeft een emissiviteit van 72% bij 20 oC.
Wanneer u zich afvraagt waarom het toch zo warm is in de stad?
Algenbloei kan een flink effect hebben op de emissiviteit van zeewater (zie link). De aanwezigheid van het Sargassum-wier kan maar zo zorgen voor een emissiviteit die afneemt van 96 naar 90%.
Emissiviteit kent een flinke relatie met temperatuur. In zijn algemeenheid is te stellen dat hoe lager de emissiviteit van een bepaalde bodem is, hoe hoger de temperatuur van een bepaald gebied is. Logisch misschien ook, omdat infrarode uitstraling van een materiaal ook afhankelijk is van de temperatuur. Hogere temperatuur geeft voor een voorwerp met een lage emissiviteit ook meer uitstraling, waardoor er toch een evenwicht gaat komen tussen in- en uitstraling.
Dat is dus een logische redenering dacht ik, totdat ik dit artikel van F. Demontoux (2008) onder ogen kreeg.
Het artikel gaat over een vergelijk tussen de emissiviteit van bodem met en zonder organische toplaag. Eendachtig de bovenstaande theorie was mijn verwachting dat een organische toplaag gaat zorgen voor een hogere emissiviteit. Dat beek ook te kloppen. Maar Demontoux vat zijn conclusies samen in de volgende grafiek:
Dat had ik dus niet verwacht. Een lagere emissiviteit bij een vochtige bodem? Meer hitte bij een vochtige bodem? Dat is dus niet zo ‘in het echt’.
Er is eigenlijk maar één logische verklaring voor deze ongerijmdheid en dat is dat de ingestraalde hitte ook voor een ander doel wordt gebruikt en dat moet dan wel de verdamping van het bodemwater zijn.
In het artikel over koele bestratingsmaterialen wat ik onlangs las, is te vinden dat bij een doorlatende verharding, waar verdampingskoeling de oppervlaktetemperatuur kan verlagen, onder natte omstandigheden een 15 – 35 oC koelere bodem aanwezig is, dan bij een ondoorlatende verharding. en dit terwijl onder droge omstandigheden de oppervlaktetemperatuur van doorlatende verhardingen zelfs hoger kan zijn dan die van ondoorlatende verharding.
Dat klopt natuurlijk ook met het model van van J. T. Kiehl en Kevin E. Trenberth. Verdamping zorgt voor latente warmte en wolkenvorming en diverse vormen van neerslag; sneeuw, regen, mist en dauw, terwijl ook de wolken zelf nogal eens verdwijnen als ‘sneeuw voor de zon’.
Kiehl en Tenberth hebben echter allen de hoeveelheid regen genomen als maat voor de hoeveelheid ‘latente warmte’ en ik denk dus dat dit voor een behoorlijke onderschatting van de hoeveelheid ‘latente warmte zorgt. Er is natuurlijk nog veel meer mis met dit plaatje, maar daarover een volgende keer meer.
Maar dit betekent ook dat bepaalde vegetatie-oppervlaktes, die zich kenmerken door het vasthouden van een grote hoeveelheid vocht (‘wetlands’), zoals veengebieden (vochtgehalte veengronden is 75%), zullen zorgen voor afkoeling.
Ongeveer 60% van de wetlands op aarde bestaan uit veengronden, die bijzonder effectief zijn in het vastleggen van kooldioxide. Het gaat langzaam (per duizend jaar vormt zich één meter veengrond), maar op geologische schaal zorgt dit dan wel weer voor de enorme voorraden ‘fossiele brandstoffen’ die de aarde rijk is.
De drie procent veengronden die de Aarde op dit moment rijk is, zorgt bijvoorbeeld op dit moment al voor een kooldioxide afvang die twee keer zo groot is als die van alle bossen gezamenlijk. (zie link)
Dat heeft natuurlijk ook bijkomende voordelen; zonder turf was er geen Nederlandse ‘gouden eeuw’ geweest.
Maar belangrijker dan dat is, dat het voorkomen en floreren van de veengronden, een hele goede verklaring biedt voor het gezamenlijke optreden van kooldioxide- en temperatuur pieken en dalen, gedurende de geologische geschiedenis van de aarde, zoals in de vorige bijdrage over de ijstijden (zie link) is uitgewerkt.
Ter illustratie; alleen in Nederland is naar schatting 1.000.000 ha hoogveen aanwezig geweest (net zoveel als nu grasland, zie link), waarvan nu nog maar 8.000 ha is over gebleven.
En dat roept dus weer de belangrijke vraag op: Is dit plantje, wat op de onderstaande foto flink is uitvergroot,
verantwoordelijk voor het komen en gaan van de IJstijden?
Tolkien had het ongetwijfeld een mooi verhaal gevonden…
P.S.
Onlangs heeft Ko van Huissteden op Klimaatveranda ook een bijdrage over veen in Nederland geschreven. Uiteraard met nadruk op de verkeerde zaken wat mij betreft, maar in deze bijdrage ook een mooi plaatje over veengronden in Nederland dat ik u niet wilde onthouden.
Aan het begin van de menselijke invloed op het landschap, ca 500 v Chr: Nederland is een land van veenbodems (bruine kleur op de kaart) https://rce.webgispublisher.nl/Viewer.aspx?map=Paleogeografischekaarten; Vos, P., M. van der Meulen, H. Weerts en J. Bazelmans 2018: Atlas van Nederland in het Holoceen. Landschap en bewoning vanaf de laatste ijstijd tot nu, Amsterdam (Prometheus).
Wat mij betreft bijzonder om te zien dat Nederland dus helemaal nooit een egale bosvlakte is geweest, zoals veelal wordt aangenomen.