Fotosynthese en soil respiration domineren de mondiale CO2-huishouding.
28-5-2020
De mondiale CO2-huishouding: mooie getallen, geveinsde zekerheid, maar hoogst twijfelachtig (deel 3)
Een gastbijdrage van Chris Schoneveld.
In de vorige twee delen over CO2 heb ik vraagtekens gezet bij de tunnelvisie van de klimaatwetenschap betreffende het aandeel van de mens in de stijgende maar ook fluctuerende CO2 concentratie. De korte termijn fluctuaties schrijf ik toe aan een oceanische reactie op verandering van temperatuur (El Nino, La Nina en vulkaanerupties), de lange termijn stijging aan mens en natuur. Bij de korte termijn schommelingen is nog een andere factor betrokken: de seizoenen. Omdat dit een variatie is die een jaarlijks voorspelbare cyclus behelst, is die alleen van belang op de korte termijn om te kunnen begrijpen hoe vegetatie reageert op seizoengebonden weersituaties.
Echter, indien we een verandering in de CO2-seizoencyclus kunnen signaleren dan kan dat wel degelijk interessante informatie opleveren over hoe de vegetatie op lange termijn wordt beïnvloed door klimaatverandering en CO2-toename. Voor ik daar verder op inga, eerst een korte uitleg over de oorsprong van die cyclus en hoe die per breedtegraad verschilt.
De cyclus die we bijna altijd voorgeschoteld krijgen, is die van het meetstation op de vulkaan Mauna Loa in Hawaii. Deze heeft de langste reeks metingen van alle stations, namelijk sinds 1958, en wordt beschouwd als representatief voor het gemiddelde CO2 niveau op aarde. Voordat ik me in dit onderwerp verdiepte, dacht ik altijd dat die zogenaamde Keeling curve met haar typische zaagtandpatroon representatief was voor de mondiale CO2 concentratie. Echter dat is bij lange na niet het geval. De CO2 concentratieverdeling is niet homogeen verdeeld over de aarde. Blijkbaar zijn luchtstromingen, wind en turbulenties niet in staat het CO2-gas over de hele planeet uniform te verdelen.
Bijvoorbeeld, meetstations op hoge breedtegraden op het noordelijk halfrond meten een veel grotere seizoenuitslag (amplitude) dan we gewend zijn te zien van Mauna Loa. Daarentegen vertonen meetstations op hoge breedtegraden op het zuidelijk halfrond nauwelijks een zaagtand patroon. In figuur 1 heb ik data (dank aan NOAA) van drie stations, Alaska, Hawaii en Tasmanië, in één grafiek samengebracht:
Door de uitgestrekte bossen op hoge breedtegraden op het noordelijk halfrond zien we daar een veel sterkere seizoensinvloed dan op vergelijkbare breedtegraden op het zuidelijk halfrond, waar nauwelijks vegetatie aanwezig is. De cyclusamplitude op Alaska is bijna 20 ppm, terwijl die op Hawaii slechts 7 ppm en op Tasmanië 1 ppm is. Interessant is ook de faseverschuiving van 180 graden: een dal in Tasmanië correspondeert met een piek in Alaska; niet verwonderlijk daar de seizoenen ook 6 maanden uit de pas lopen. Ook de gemiddelde concentratie op het zuidelijk halfrond is bijna 5 ppm lager dan op het noordelijk halfrond. Er is dus een zeer trage vermenging tussen de twee halfronden. De eerste loopt bovendien ongeveer twee en een half jaar achter op de laatste, ook weer een aanwijzing voor die trage vermenging.
Een ander interessant aspect van de zaagtand is dat de periode waar fotosynthese een netto afname van CO2 veroorzaakt slechts 4,5 maand lang is. De periode van CO2 toename is dus 7,5 maand. Die verhouding was 50 jaar geleden echter anders: 5 en 7 maanden. Daarover later.
Als Mauna Loa het gemiddelde vertegenwoordigt dan zou dat betekenen dat de atmosfeer op dit moment van het jaar het record van 888 GtC (= 417 ppm) heeft bereikt, want rond midden mei bereikt de zaagtand haar jaarlijkse maximum. Het laagste punt dit jaar zal bereikt worden rond 25 september bij een niveau van 410 ppm (= 873 GtC). Men zou daaruit kunnen concluderen dat fotosynthese slechts 7 ppm (=15 GtC) gemiddeld opneemt tijdens het zomerseizoen. Hoe valt dat te rijmen met de 120 GtC die steeds in het carbon budget wordt genoemd? De verklaring ligt in het feit dat die 15 GtC het netto eindresultaat is van twee elkaar tegenwerkende processen. Terwijl fotosynthese op volle toeren draait en veel CO2 opneemt wordt het effect grotendeels weer teniet gedaan door de gelijktijdig opererende afbraakprocessen in de grond en de constante CO2 uitademing van planten, de zgn. soil and plant respiration, respectievelijk. In de zomer wint fotosynthese het van de andere twee processen en daarom is er een netto afname van 15 GtC tussen mei en september.
Het feit dat de zaagtand grafiek in z’n geheel een opgaande lijn vertoont van 2 ppm/jaar betekent ook dat er jaarlijks meer CO2 bijkomt in de atmosfeer dan er uitgaat. Maar hoe zit het dan met die door satellieten, waargenomen vergroening door CO2 fertilisatie (figuur 2 en ref. 1)? De CO2 toename veroorzaakt inderdaad vergroening, maar die is niet voldoende om de uitstoot door de mens en de toegenomen natuurlijke respiration (zie deel 1) op te vangen. Een logische vraag die gesteld mag worden: heeft die vergroening ook een effect op het zaagtandpatroon? Ik heb dat uitgezocht en kwam tot een paar aardige conclusies.
Om te weten of het zaagtandpatroon sinds 1958 een verandering heeft ondergaan, heb ik de laatste 50 jaar in 10 periodes van 5 jaar opgesplitst en – na eerst een detrending te hebben uitgevoerd, – voor iedere periode het gemiddelde berekend. Figuur 3 vergelijkt de gemiddelde cycli van het eerste en het laatste decennium van die 50 jaar periode.
Er vallen twee dingen op. Ten eerste dat de amplitude van de cyclus is toegenomen met 1,4 ppm: van 5,65 ppm naar 7,07 ppm, een toename van 25% (figuur 4). Ten tweede, dat het laagste punt van de cyclus verschoven is van oktober naar september. Na nauwkeurige vergelijking gebruikmakend van de dagelijkse metingen (de maand gemiddelden gaven te weinig detail) bleek dat het dal van de cyclus met bijna 3 weken is vervroegd, terwijl de piek onveranderd is gebleven, rond midden mei. Blijkbaar heeft – in de tweestrijd tussen fotosynthese enerzijds en soil-en plant respiration anderzijds – de afbraak van organisch materiaal (soil respiration) eerder de overhand gekregen dan het geval was 50 jaar geleden.
Dat de amplitude is toegenomen met 25% is niet verwonderlijk als ook het CO2 gehalte in de atmosfeer is toegenomen van 325ppm in 1969 naar 410 ppm in 2019, een toename van 26%. Het is redelijk om aan te nemen dat die toename een maat is voor de toename in fotosynthese en dus ook de vergroening. Als de totale jaarlijkse opname van CO2 door fotosynthese momenteel op 120 GtC wordt geschat, dan zou dat betekenen dat 50 jaar geleden die jaarlijkse opname capaciteit rond 95 GtC bedroeg, dus 25 GtC minder dan nu.
De toename in fotosynthesecapaciteit van 25 GtC/jaar overtreft de toename in de menselijke uitstoot. Die was in 1969 rond 5 GtC/jaar en in 2019 rond 10 GTC/jaar, een toename van “slechts” 5GtC/jaar, tegenover de 25GtC door de vergroening. Als fotosynthese zoveel meer kan opnemen dan de mens uitstoot, dan is dat duidelijk strijdig met de hypothese dat de menselijke uitstoot de oorzaak is van de atmosferische CO2-stijging.
De verklaring voor deze schijnbare tegenstrijdigheid is dat er een andere bron van CO2 moet zijn die nog dominanter is en de opslagcapaciteit van fotosynthese overtreft. Nu is de cirkel rond waar ik in mijn deel 1 mee begon, want het antwoord is “soil respiration”. De laatste 50 jaar is de grondtemperatuur met 1,5 C toegenomen en die toename heeft soil respiration een enorme duw omhoog gegeven. Op basis van in de literatuur beschreven experimenten en waarnemingen heb ik berekend dat de jaarlijkse soil respiration de laatste 50 jaar is toegenomen met 25%, wat een extra 12 GtC toevoegt (of wellicht veel meer) aan de “source” kant van de jaarlijkse CO2-huishouding. De laatste natuurlijke bron is “plant respiration” en die gaat evenredig omhoog met fotosynthese en is ongeveer 50% van de opnamecapaciteit van fotosynthese, i.e 12,5 GtC.
Het IPCC laat de oceaan evenveel opnemen als uitstoten (90 GtC/jaar) met uitzondering van een kleine extra opname (1.25 GtC/jaar vergeleken met 1969) als gevolg van de verhoogde partiële gasdruk van CO2. De eventuele uitstoot door ontgassing als gevolg van de algehele opwarming van de oceaan wordt geschat op 16 ppm per graad opwarming. Zie het waardevolle commentaar van Dirk Visser in deel 2. Opgemerkt moet worden dat voor deze schatting uitgegaan wordt van een evenwichtssituatie die niet noodzakelijkerwijs van toepassing is op de diepe oceaan, waar stromingen en opwelling van koud CO2-rijk water roet in het eten kunnen gooien. De opwarming sinds 1969 is volgens HADCRUT4 0,85 C, wat overeenkomt met een uitstoot van 13,6 ppm (29 GtC) of 0,58 Gt/C/jaar.
Alle getallen op een rijtje gezet:
Jaarlijkse extra uitstoot van CO2 sinds 1969: mens 5 GtC, soil respiration 12 GtC, plant respiration 12,5 GtC en oceaan 0,58 Gt/C: totaal 30 GtC.
Jaarlijkse extra opname van CO2 sinds 1969: fotosynthese 25 GtC, oceaan (volgens IPCC 25% van menselijke uitstoot) 1,25 GtC: totaal 26,25 GtC.
Het verschil: 3,75 GtC moet dan jaarlijks extra in de atmosfeer achterblijven. 3,75GtC/jaar = 1.76 ppm/jaar. Dat komt aardig dichtbij de huidige toename van 2 ppm/jaar,
Chris Schoneveld.
Conclusie: fotosynthese en soil respiration domineren de mondiale CO2-huishouding. De menselijke uitstoot speelt een bijna verwaarloosbaar kleine rol in de strijd tussen deze twee giganten. De oceaan zorgt voor de jaarlijkse fluctuaties bovenop de 2 ppm/jaar stijgende trend, zoals ik in mijn deel 2 heb getracht aan te tonen en wordt dus in dit verhaal bijna een neutrale toeschouwer. Een minieme natuurlijke verandering in soil respiration of fotosynthese zal veel meer invloed hebben op het CO2-huishouden dan welke lock-down of mondiale energietransitie dan ook.
PS. Op het moment van schrijven bereikte de CO2 concentratie op Mauna Loa een record van 218,12 ppm. Dat is 0,52 ppm hoger dan ik had voorspeld op basis van de normale trend, dus zonder het eventuele effect van een lock-down, en mag daarom als een bevestiging worden gezien van mijn conclusie hierboven.
***
Ref. 1. Carbon Dioxide Fertilization Greening Earth. https://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/carbon-dioxide-fertilization-greening-earth
0 reacties :
Een reactie posten