Antropogene vs natuurlijke klimaatverandering: welke is het snelst?

Spanje werd begin dit jaar bedolven onder een halve meter sneeuw. Daarna werd het geteisterd door ongewoon zware regenval en wind. Wereldwijd maken weerstations het ene na het andere extreme fenomeen bekend en schrijven ze toe aan de klimaatverandering. Maar hoe snel verandert het klimaat eigenlijk? Wat zeggen de statistieken? Hoe verhouden de extreme weersverschijnselen van de laatste decennia zich tot de klimaatuitschieters uit het geologische verleden?

Auteurs: Kathelijne Bonne / Dorothea Eue, 2021.

2020 was het warmste jaar ooit. De noordpunt van het Antarctisch Schiereiland bereikte in februari 2020 een record zomertemperatuur van 18,3 °C. In Patagonië trekken de gletsjers zich terug aan een tempo van 30-44 m per jaar, sneller dan elders. De Grote Meren in de VS bevriezen niet langer. En permafrost ontdooit wereldwijd, waardoor er sinds 2003 elke winter 1,7 miljard ton kooldioxide vrijkomt in de atmosfeer.

Hebben we echt te maken met een versnelde antropogene opwarming van de aarde?

In dit artikel bekijken de menselijke invloed op het klimaat en vergelijken die met de klimaatverandering in het geologische verleden van onze planeet. Daarna bekijken we enkele oorzaken van de wereldwijde, natuurlijke klimaatverandering en geven we enkele voorbeelden.

Smeltwater in Groenland (Ian Joughin on imaggeo.egu.eu / CC BY-NC-SA 3.0)
Smeltwater in Groenland (Ian Joughin on imaggeo.egu.eu / CC BY-NC-SA 3.0)

Menselijke invloed op klimaat: enkele statistieken

De antropogene opwarming van de aarde begon rond 1750 tijdens de industriële revolutie, met het verbranden van fossiele brandstoffen waarbij CO2 vrijkomt. Het CO2-niveau is blijven stijgen en de gemiddelde temperatuur op aarde ligt nu 1,5 °C boven de pre-industriële waarde. Recente modellen tonen aan dat we tegen het einde van de eeuw tegen een stijging van 4° aankijken als we een business-as-usual traject volgen, en niets doen om de klimaatverandering in te perken.

Op basis van deze cijfers zou de gemiddelde temperatuur wereldwijd vanaf de industriële revolutie tot 2100 elke 100 jaar met meer dan 1° stijgen.

De video van NASA hieronder toont de gemiddelde temperatuuranomalieën op aarde sinds het einde van de 19e eeuw. Rood kleuren liggen boven het gemiddelde en blauwe eronder. 

In het Klimaatakkoord van Parijs van 2015 staat dat de gemiddelde temperatuur niet boven de 1,5 °C mag stijgen om binnen de veilige planetaire grenzen te blijven, deze grenzen beschrijven negen drempels die zijn bepaald door het Stockholm Resilience Centre.

Keeling Curve: CO2 toename sinds 1958.

De wereldwijde toename van CO2 in de atmosfeer wordt geïllustreerd door de beroemde Keeling Curve, gebaseerd op continue metingen op Mauna Loa (Hawaï) sinds 1958, begonnen door de chemicus Charles Keeling. De Keeling Curve bracht de stijging van CO2 onder de aandacht van de wereld, maar er was al veel eerder, door de chemicus Svante Arrhenius (1859-1927), gewezen op een verband tussen stijgende temperaturen en CO2-niveaus.

De CO2-concentratie in de atmosfeer wordt uitgedrukt in deeltjes per miljoen (parts per million, ppm) en de dagelijkse metingen die iedereen kan lezen worden gepubliceerd door het Scripps Intitution of Oceanography, waarvoor Dr. Keeling werkte.

Nu een paar getallen om de menselijke invloed te illustreren.

In pre-industriële tijden bedroeg het berekende CO2-niveau in de atmosfeer ongeveer 228 ppm. Deze concentratie is de laatste 10.000 jaar, d.w.z. sinds het einde van de laatste ijstijd, betrekkelijk stabiel geweest (zie de grafiek met Holocene concentraties hieronder). In de vroege jaren zestig van de vorige eeuw was het CO2-niveau opgelopen tot 320 ppm, en in december 2020 maten we 414 ppm; bijna het dubbele van de pre-industriële waarde in minder dan 300 jaar.

Het belangrijkste (maar niet het enige) effect van de toename van CO2 is de opwarming van de aarde. Een onmiddellijk zichtbaar gevolg is het smelten van poolijs. Volgens modellen van de Universiteit van Londen zal het Noordpoolgebied tegen 2040 in de zomer ijsvrij zijn.

De opwarming van het Noordpoolgebied verstoort nu al de Straalstroom en de polaire vortex, waardoor op het noordelijk halfrond grillige weerpatronen ontstaan, zoals bijvoorbeeld de inwoners van het door sneeuw geteisterde Spanje in januari 2021 ten zeerste hebben gevoeld.

Maar hoe abnormaal is dit nu eigenlijk?

Willekeurige uitschieters of een gestage trend?

En wat als deze extreme gebeurtenissen slechts toevallige uitschieters zijn? We bekijken hoe de snelle opwarming van de aarde zich verhoudt tot andere klimaatgebeurtenissen in de geschiedenis van de aarde.

Klimaatverandering in het verleden

Door de geologische tijd heen is het klimaat voortdurend veranderd. De aarde heeft extreme klimaten gekend en is meer dan eens getransformeerd van een koude ijswereld ("ice house") met ijstijden, naar een warme broeikas of "hot house" wereld. Tijdens een ijswereld zijn de polen volledig bedekt met ijs, dat zich vaak uitstrekte tot op veel lagere breedtegraden dan nu, terwijl in een broeikas de polen ijsvrij zijn. Tijdens deze natuurlijke klimaatveranderingen konden niet alle soorten zich aanpassen aan de veranderingen en zijn vele soorten uitgestorven.

Vandaag bevinden we ons in een ijswereld: zowel het noordpoolgebied als Antarctica zijn bedekt met ijs ... tot nu toe.

Sommige van de belangrijkste ijstijden uit het verleden hebben duizenden tot miljoenen jaren geduurd. Tijdens het Proterozoïcum bijvoorbeeld (van 2,5 miljard tot 541 miljoen jaar geleden) kende de aarde een aantal zware ijstijden waarin zij bijna volledig bedekt was met sneeuw en ijs. Wetenschappers verwijzen hiervoor naar de Sneeuwbalaarde hypothese. Het duurde miljoenen jaren voordat er voldoende broeikasgassen (bijv. uitgestoten door vulkanen onder het ijs) in de lucht verzamelen om het ijs te doen smelten.

Tijdens andere perioden kon het verschrikkelijk heet worden, bijvoorbeeld tijdens de overgang van het naar het Eoceen, zoals we zullen zien.

Interpretatie van de sneeuwbalaarde tijdens de Huronische IJstijd (Paleoproterozoïcum) (Oleg Kuznetsov / CC BY-SA 4.0)
Interpretatie van de sneeuwbalaarde tijdens de Huronische IJstijd (Paleoproterozoïcum) (Oleg Kuznetsov / CC BY-SA 4.0)

Oorzaken van natuurlijke klimaatverandering

De oorzaken van natuurlijke klimaatveranderingen zijn complex en met elkaar verweven. Er zijn 3 hoofdoorzaken:

  1. Natuurlijke veranderingen in CO2-niveaus. CO2 en andere broeikasgassen houden warmte van de zon vast. Minder of meer CO2 zal daarom de temperatuur doen dalen of stijgen. Een stijging of daling van CO2 kan het gevolg zijn van meer of minder vulkaanuitbarstingen, fotosynthese, afstervende en ontbindende organismen, en veranderingen in de erosie van het land. (Het vrijkomen van antropogene CO2 is het gevolg van de verbranding van organismen die in het verleden niet zijn ontbonden en hun CO2 toen niet afgaven).
  2. Plaattektoniek: wanneer grote landoppervlakten op andere plaatsen gaan liggen, wordt de instraling van de zon anders over land en zee verdeeld. Daardoor veranderen ook de oceaanstromingen, waardoor warmte en vochtigheid anders worden verdeeld. Het duurt vele miljoenen jaren voordat klimaatveranderingen ten gevolge van platentektoniek zich voltrekken.
  3. Astronomische factoren: de regelmatige veranderingen in de stand van de rotatie-as van de aarde, die schommelt, werken ook in op het klimaat. Deze schommelingen van de aarde veroorzaken klimaatveranderingen op een schaal van enkele duizenden tot een miljoen jaar. Voorbeelden hiervan zijn de Pleistocene ijstijden, en de Groene en Woestijn Sahara fasen (lees meer over dit fenomeen in ons artikel over de paleo-Niger rivier).

Snelle, catastrofische klimaatveranderingen (van minuten tot weken of maanden) kunnen worden veroorzaakt door inslagen van asteroïden of massale vulkaanuitbarstingen (lees ons artikel over de supervulkaan Campi Flegrei en het veronderstelde einde van de Neanderthalers in Italië). De aërosolen die bij dergelijke gebeurtenissen vrijkomen, blokkeren het zonlicht en veroorzaken een korte maar hevige, koude periode. Normaal gesproken leiden deze veranderingen niet tot een permanente verandering van het klimaat, maar veel levende wezens vinden de dood of sterven volledig bij zulk proces.

Laten we eens kijken naar een vroegere ijswereld en een vroegere broeikaswereld.

Extreme kou: De Carboonijstijd

Tijdens het Carboon werd het land overwoekerd door landplanten (niet lang ervoor was er alleen leven in de zee). De aarde was eindelijk groen. Daarom was een ongelooflijke toename in fotosynthese. Dit is het proces waarbij groene planten (en micro-organismen) CO2 omzetten naar zuurstof, als onderdeel van hun metabolisme. Zij onttrekken CO2 aan de atmosfeer, waardoor het CO2-niveau daalt, met lagere temperaturen als gevolg. Door de lagere temperaturen werden de ijskappen aan de polen groter, en deze grote witte vlakten kaatsten meer zonlicht terug de ruimte in. Het resultaat: het werd nog kouder. Er waren vermoedelijk ook andere oorzaken zoals gewijzigde zeestromingen. Deze grote ijstijd duurde ongeveer 40 miljoen jaar.

Extreme hitte: Het Paleoceen-Eoceen Thermisch Maximum

55 miljoen jaar geleden, bij de overgang van het Paleoceen- naar het Eoceentijdperk, onderging de aarde haar heetste temperatuur. Over een periode van 20.000 tot 50.000 jaar lang kwam er een grote hoeveelheid CO2 vrij uit de oceanen, waardoor de gemiddelde temperatuur 5 tot 8 graden hoger kwam te liggen dan vandaag. Deze periode staat bekend als het Paleoceen-Eoceen Thermisch Maximum (PETM). Het CO2-gehalte bedroeg ongeveer 2000 ppm (vijf keer meer dan vandaag). De warme periode duurde in totaal ongeveer 200.000 jaar.

Op basis van de bovenstaande cijfers zouden de temperaturen tijdens het PETM elke 2500 tot 10.000 jaar met 1° zijn gestegen.

En dit brengt ons terug bij de oorspronkelijke vraag van dit artikel: Welke is sneller, antropogene of natuurlijke klimaatverandering?

Versnelde antropogene opwarming

Hoewel de extreme opwarming van de aarde tijdens het PETM catastrofaal genoeg was voor veel soorten, is volgens een recente studie (Gingerich, 2019, zie bronnen hieronder) de snelheid waarmee de mens tegenwoordig CO2 produceert tien keer zo hoog als tijdens de PETM-piek.

En op basis van onze snelle berekeningen in dit artikel, met een stijging van 1° per 100 jaar voor de postindustriële opwarming, ten opzichte van 1° per 2500 tot 10.000 jaar voor de PETM, lijkt de opwarming van de aarde vandaag nog sneller te verlopen dan door Gingerich wordt gesteld.

Veel grillige weersverschijnselen die vandaag de dag worden waargenomen, kunnen dan ook worden toegeschreven aan het vrijkomen van CO2 door menselijke activiteiten. We staan voor ongekende klimaatveranderingen en de repercussies ervan, als we doorgaan op een business-as-usual en niet op een build-back-beter traject.

Had je last van Filomena of was het bij jou te warm, te koud, te droog of te nat? Hopelijk kon je ertegen want het is maar een voorproefje.

Afkalvende gletsjer.
Afkalvende gletsjer.

Lees andere artikelen ivm klimaat en omgeving.

Gerelateerde artikelen:

Sources:

NASA Earth Observatory. 2020, Great Lakes, not so great ice., https://earthobservatory.nasa.gov/images/146317/great-lakes-not-so-great-ice

NASA Earth Observatory. 2020. Antarctica Melts Under Its Hottest Days on Record. https://earthobservatory.nasa.gov/images/146322/antarctica-melts-under-its-hottest-days-on-record

NASA Earth Observatory. 2020. Permafrost Becoming a Carbon Source instead of a Sink. https://earthobservatory.nasa.gov/images/145880/permafrost-becoming-a-carbon-source-instead-of-a-sink

NASA Earth Observatory. 2019. Is HPS-12 the Fastest Thinning Glacier?

Julienne Stroeve and Dirk Notz 2018 Environ. Res. Lett. 13 103001 Changing state of Arctic sea ice across all seasons.

Gingerich, P. D. (2019). Temporal scaling of carbon emission and accumulation rates: Modern anthropogenic emissions compared to estimates of PETM onset accumulation. Paleoceanography and Paleoclimatology, 34, 329- 335. https://doi.org/10.1029/2018PA003379.

The Royal Society: Basics of climate change. https://royalsociety.org/topics-policy/projects/climate-change-evidence-causes/basics-of-climate-change/