De mondiale CO2-huishouding: mooie getallen, geveinsde zekerheid, maar hoogst twijfelachtig (deel 1)

Grote vraagtekens bij het gesjoemel om de CO2-huishouding kloppend te maken. 23-5-2020

De mondiale CO2-huishouding: mooie getallen, geveinsde zekerheid, maar hoogst twijfelachtig (deel 1)

Een gastbijdrage van Chris Schoneveld.

In de komende weken wil ik in een drieluik aandacht besteden aan een onderwerp dat eigenlijk door klimaatsceptici als weinig controversieel wordt beschouwd en daarom nauwelijks ter discussie wordt gesteld: de mondiale CO2 huishouding (global carbon budget). Dat gebrek aan aandacht is naar mijn mening onterecht, want juist bij dit onderwerp sluipt een vanzelfsprekendheid binnen die de klimaatorthodoxie aanwendt om de menselijke uitstoot als centraal probleem te presenteren.

In dit eerste deel relativeer ik het aandeel en het belang van de menselijke CO2-uitstoot door te betogen dat natuurlijke factoren een overheersende rol spelen. Hierbij gaat het mij nu niet direct om de invloed van CO2 op het klimaat, maar alleen om de verhouding tussen de natuurlijke factoren en de menselijke bijdrage aan de CO2 huishouding.

De klimaatwetenschap lijdt aan een vorm van demagogie en vooringenomenheid die het best geïllustreerd kan worden met de beroemde CO2-flux grafiek in bovenstaande figuur. Dit mooi ingekleurde plaatje is bedacht om te illustreren hoeveel CO2 wordt uitgestoten door de mens (source) en hoeveel, en waar, die CO2 jaarlijks terecht komt (sink). Sinds deze grafiek werd geïntro­duceerd door Le Quéré et al. (ref. 1) zijn er nog vele variaties op dit plaatje gepubliceerd (door de IPCC e.a.) met dezelfde alarmerende boodschap. Ik zal trachten aan te tonen waarom deze grafiek als wetenschappelijke misleiding moet worden aangemerkt.

De basisgegevens waarmee  deze grafiek is samengesteld zijn naar mijn mening wel redelijk betrouwbaar, want gebaseerd op nauwkeurige atmosferische CO2-metingen, berekeningen van fossiel brandstofgebruik, cementproductie en waargenomen ontbossing. Hier houdt echter de betrouwbaarheid van de grafiek op. Boven de horizontale as is de menselijke uitstoot/ontbossing aangegeven, en eronder wat met die uitstoot is gebeurd. De debet en credit kant zijn daarbij in evenwicht gebracht. De suggestie wordt echter gewekt dat de natuur (land, oceaan en lucht) in een steeds variërende verhouding in staat is geweest de menselijke emissies een eigen plekje te bieden. Maar duidelijk af te lezen is dat de oorzaak van de pieken en dalen in de gemeten atmosferische CO2 concentratie (lichtblauw) uitsluitend gezocht moet worden in het sterk fluctuerende absorptievermogen van het land (groen)!

Nu rijst onmiddellijk de vraag hoe men heeft kunnen vaststellen dat het ene jaar het land in staat is bijvoorbeeld 50% van de menselijke uitstoot te absorberen, terwijl in een ander jaar die absorptie geheel afwezig blijkt te zijn. Het antwoord is dat dit verschil niet empirisch is vastgesteld, maar dat het uitsluitend ten doel heeft de opname/uitstoot huishouding kloppend te maken, op basis van een grondveronderstelling dat de jaarlijkse CO2-opname door de oceaan (paars) van de menselijke CO2 uitstoot relatief constant blijft (zij het over de jaren wel geleidelijk toenemend). Wat in deze grafiek (bewust?) volledig wordt genegeerd is de gigantische natuurlijke flux (d.w.z.uitstoot en opname)tussen land, zee en lucht, want dit plaatje beperkt zich immers tot de menselijke uitstoot-(en opname-) geschiedenis sinds 1870.

Door de fluctuerende atmosferische CO2 toename in één grafiek met alleen de menselijke uitstoot weer te geven, zonder de natuurlijke uitstoot, wordt de valse indruk gewekt dat de verandering in de atmosferische CO2-concentratie uitsluitend verband zou houden met de menselijke uitstoot, en dus niets van doen zou hebben met de 20 maal grotere jaarlijkse natuurlijke flux van CO2. De natuurlijke uitstoot (source) en opname (sink) van CO2 is afhankelijk van vele bijzonder ingewikkelde en moeilijk meetbare factoren, vergelijkbaar met de vele factoren die het klimaat/weer zo moeilijk te voorspellen maken.

Ik heb de oceanografische literatuur over de CO2 flux van lucht naar zee en vice versa zo goed en zo kwaad als ik kon doorgenomen, en werd daarbij verbijsterd door het grote aantal factoren en onzekerheden die aan dit verschijnsel kleven: zeestromingen, temperatuur, biogene activiteit (fytoplankton) om er maar enkele te noemen. Dezelfde onzekerheid geldt voor de mate van terrestrische CO2-flux. De fysische, chemische en biologische processen die de gigantisch grote CO2-huishouding beheersen zijn dermate ingewikkeld dat het getuigt van hoogmoed te denken dat men alle oorzaken van de CO2 fluctuaties met enige precisie zou kunnen identificeren of kwantificeren.
In figuur 2 heb ik de menselijke uitstoot van figuur 1 (recent ≈10 GtC) samengebracht met de jaarlijkse natuurlijke uitstoot (≈ 210 GtC) om een indruk te geven van de verhouding tussen die twee. De drie belangrijkste natuurlijke bronnen van atmosferische CO2 zijn (ref. 2):  plantuitademing (plant respiration),  gronduitademing (soil respiration) en zee-uitademing (ocean respiration). De belangrijkste natuurlijke opname­processen zijn: fotosynthese (≈ 120 GtC/jaar) en oplossing in zeewater (≈ 90Gt C/jaar).

Van de natuurlijke CO2 landuitstoot wordt bijna 50% toegeschreven aan gronduitademing (≈ 60 Gt C/jaar). Deze is het gevolg van afbraak van organisch materiaal in de bodem en het uitademen van plantenwortels. De afbraak is afhankelijk van twee belangrijke factoren: bodemtemperatuur en bodemvochtig­heid. Hoe belangrijk bodemtemperatuur is, blijkt uit de volgende grafiek. Het toont een lineaire relatie (empirisch vastgesteld) tussen bodemtemperatuur en uitstoot: 1 °C temperatuurstijging geeft een 16.5 % toename in CO2 uitstoot (bron Wikipedia).

De laatste 55 jaar is de oppervlakteluchttemperatuur op land (op het noordelijk halfrond) gestegen met ≈1.5 °C . Dat is meer dan het wereldgemiddelde, omdat het land op het noordelijk halfrond sterker is opgewarmd dan de aarde als geheel, inclusief de zee. Een Chinese studie (360 locaties) heeft aangetoond dat sinds 1962 de bodem is opgewarmd met een snelheid van 0.031 °C/jaar (ref. 3).  Een onderzoek op Amerikaanse bodem (292 locaties) vond op een diepte van 10 cm de bijna identieke stijging van 0.032 °C/jaar (ref. 4).

Een 1.5 °C stijging van de bodemtemperatuur sinds de jaren zestig is dus een redelijke aanname. Volgens de grafiek moet door opwarming nu jaarlijks 25% meer gronduitademing van CO2 plaatsvinden dan 50 jaar geleden. Als die nu op 60 GtC wordt geschat, dan was die 50 jaar geleden dus 48 GtC.  Dat wil zeggen dat er nu jaarlijks door gronduitademing 12 GtC  meer CO2 uitgestoten wordt dan 50 jaar geleden, puur en alleen door temperatuurstijging. Dat is dus meer dan de totale antropogene jaarlijkse CO2 uitstoot van ≈ 10 GtC.

Ik heb de oorsprong van de Wikipedia-grafiek niet kunnen achterhalen, maar een bevestiging van de mate van extra gronduitademing wordt geleverd door Zhang et al. (2016): Rising soil temperature in China and its potential ecological impact (ref. 5). Zij hebben een toename in gronduitademing van 28% gemeten over een periode van 50 jaar.

In het licht van de grote onzekerheden die de CO2 huishouding parten spelen, moet ik vermelden dat ook over de hoeveelheid gronduitademing grote verschillen worden genoemd in de literatuur. In Bond-Lamberty et al. (ref. 6) wordt gronduitademing op 98 GtC (=/- 12 GtC) geschat. Als de 28% toename van Zhang et al. representatief is voor de gehele aarde en de 98 GtC de werkelijke uitstoot is, dan zou 50 jaar geleden soil respiration 76 GtC/jaar hebben bedragen en was de CO2 toename dus 22 GtC/jaar geweest, meer dan het dubbele van de jaarlijkse menselijke uitstoot.

Een opwarmende aarde wordt ook geacht natter te worden door een toename in waterdamp (een van de belang­rij­ste positieve terugkoppelingen in klimaatmodellen). Derhalve zal ook hierdoor grond­uitademing toenemen, want die is sterk afhankelijk van bodemvochtigheid. Ik heb nog niet kunnen achterhalen hoeveel natter de aarde is geworden en hoe groot het effect is van bodemvochtigheid, maar aangenomen mag worden dat ook deze factor een belangrijke rol speelt in de gemeten atmosferische CO2-stijging.

Samenvattend, de kennis over de processen die de terrestrische CO2-flux bepalen is ontoereikend om te kunnen bepalen wat er precies gebeurt met de antropogene uitstoot. Ik zet daarom grote vraagtekens bij het gesjoemel om de CO2-huishouding kloppend te maken. Dat terrestrische flux bij een verhoging van de  temperatuur zal toenemen in beide richtingen dankzij, aan de ene kant, meer fotosynthese en, aan de andere kant, meer gronduitademing is evident. Maar dat de terrestrische flux de alles overheersende factor is bij het in balans brengen van het huishoudplaatje van figuur 1, met uitsluiting van iedere oceanische invloed, is volgens mij niet gerechtvaardigd.

Het oceanische aandeel in de mondiale CO2 huishouding zal ik apart behandelen in het tweede deel van dit drieluik. Het derde deel zal gaan over de relevantie van de seizoenvariaties in de atmosferisch CO2-concentratie.

Ik hoop dat ik met deze voorbeelden bij de lezer een begin van twijfel heb kunnen zaaien over de (misleidende) stelligheid waarmee de klimaatwetenschap het menselijk aandeel in de  CO2-huishouding presenteert en het belang ervan sterk overdrijft. We zullen daarom ook zien dat de lockdown geen verandering zal brengen in de jaarlijkse CO2 curve van Mauna Loa.

Referenties

1) C. Le Quéré et al.: Global carbon budget 2013. https://www.earth-syst-sci-data.net/6/235/2014/essd-6-235-2014.pdf

2) Global Carbon Budget 2018. https://www.earth-syst-sci-data.net/10/2141/2018/

3) Hui Zhang et al.: Asymmetric Soil Warming under Global Climate Change. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6539193/

4) Qi Hu et al.: A Daily Soil Temperature Dataset and Soil Temperature Climatology of the Contiguous United States. https://doi.org/10.1175/1520-0450(2003)042<1139:ADSTDA>2.0.CO;2

5) Zhang H. et al.: Rising soil temperature in China and its potential ecological impact. https://www.nature.com/articles/srep35530

6) Bond-Lamberty et al.: Temperature-associated increases in the global soil respiration record. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20336143