home  > co2  > broeikastheorie  > kritiek-op-broeikastheorie

Kritiek op de broeikastheorie

De kritiek op de broeikastheorie spitst zich vooral toe op het effect van de stijgende CO₂-concentratie op de gemiddelde temperatuur. Het IPCC gaat uit van grote terugkoppeleffecten, waarmee een verdubbeling van de concentratie leidt tot een verwachte stijging van 3,4°C. Veel onderzoekers gaan uit van een veel kleiner effect, enkele ontkennen het zelfs volledig.

De zorgen die er zijn over de opwarming van de aarde zijn volledig gebaseerd op de broeikastheorie. De klimaatmodellen die het IPCC gebruikt om hiervoor te waarschuwen, zijn helemaal gebaseerd op de veronderstelling dat een toename van de hoeveelheid broeikasgassen in de atmosfeer een opwarmend effect heeft. In het artikel Wat is de samenhang tussen CO₂ en temperatuur? is al aangetoond dat hiervoor geen empirisch (op waarnemingen gebaseerd) bewijs bestaat. Ook over de omvang van het broeikaseffect is in de wetenschap echter allerminst overeenstemming. Hieronder zijn de belangrijkste kritiekpunten samengevat.

Omvang van het CO₂-effect

De invloed van CO₂-concentratie op het temperatuur noemt men de klimaatgevoeligheid. Deze wordt uitgedrukt in de temperatuurstijging bij een verdubbeling van de CO₂-concentratie. Nederlands Het gaat hierbij om de zogenaamde evenwichtsklimaatgevoeligheid (Equilibrium Climate Sensitivity, ECS), dat wil zeggen de klimaatgevoeligheid nadat de diepe oceanen in evenwicht zijn gekomen met de atmosfeer. In de beschrijving van het broeikaseffect is aangegeven dat een verdubbeling van de CO₂-concentratie ruim 1°C temperatuurstijging tot gevolg heeft. Het IPCC schat op basis van de verschillende positieve terugkoppelingen in, dat de klimaatgevoeligheid 3,4 °C is, met een ondergrens van 1,5°C en een bovengrens van 4,5°C. De klimaatmodellen zijn ingesteld (geparametriseerd) met deze relatief hoge klimaatgevoeligheid.

De meeste wetenschappers ontkennen niet dat de CO₂-concentratie enige invloed heeft op de gemiddelde temperatuur, maar veel van hen schatten in dat de klimaatgevoeligheid veel lager moet zijn dan wat het IPCC aangeeft. De discussie gaat daarbij voor een deel over het directe effect van CO₂, maar vooral over de terugkoppeleffecten.

Terugkoppeleffecten

Als de temperatuur verandert onder invloed van CO₂ kunnen ook andere processen veranderen die het effect versterken (positieve terugkoppeling) of verzwakken (negatieve terugkoppeling). De drie belangrijkste terugkoppelingen zijn waterdamp, albedo (de reflectie van het zonlicht) en wolken.

  • Een warmere atmosfeer kan meer waterdamp bevatten en waterdamp is zelf ook een krachtig broeikasgas. Waterdamp versterkt in principe dus het effect van CO₂ en zorgt daarmee voor een positieve terugkoppeling. Het effect wordt ongeveer even groot ingeschat als dat van CO₂ zelf. Uit een recente studie van Koutsoyiannis blijkt echter dat de luchtvochtigheid in werkelijkheid veel minder sterk stijgt dan tot nu wordt aangenomen. In plaats van een stijging van 6 tot 7% per graad Celcius laten de gegevens van drie verschillende satellietsystemen in de periode 1948 tot 2020 geen stijging of zelfs een daling zien. Het belangrijkste argument van het IPCC voor de hoge klimaatgevoeligheid staat hiermee op losse schroeven.
  • De opwarming onder invloed van CO₂ kan tot gevolg hebben dat de sneeuw- en zeeijsbedekking afneemt. Het algemene idee is dat de aarde hierdoor minder zonlicht reflecteert en daarmee ook voor een postieve feedback zorgt. Ook het IPCC gaat hiervan uit. Peter Stallinga heeft in een onderzoek uit 2017 laten zien dat de reflectie van water afhankelijk is van de hoek waarmee het licht invalt. Als het licht onder een kleine hoek invalt (zoals in de buurt van de polen), dan is de reflectie van water groter dan van ijs. Zie afbeelding 1. Omdat ijs meer in de buurt van polen is dan nabij de evenaar, zorgt het in praktijk dus voor een negatieve terugkoppeling.
  • De meeste onduidelijkheid in de wetenschap is de terugkoppeling als gevolg van wolken. Het blijkt zeer lastig te zijn om wolken te simuleren, laat staan om te voorspellen hoe de wolkenbedekking in de toekomst zal veranderen. In dit en dit artikel is de invloed van bewolking uitgebreider beschreven.

Op hogere breedtegraden heeft zeewater een hogere albedo dan ijs.
Afbeelding 1: Op hogere breedtegraden staat de zon over het algemeen laag en heeft zeewater een hogere albedo dan sneeuw en ijs. Op de foto is goed te zien dat het water lichter 'oogt' dan de sneeuw. In de grafiek is in rood de mate van reflectie van water aangegeven afhankelijk van de breedtegraad.

De processen in het klimaat zijn bijzonder complex, waardoor het moeilijk te voorspellen is wat de gevolgen zijn van een enkele verandering. Door de grote interactie tussen de vele factoren die het klimaat bepalen, treden er vaak onverwachte effecten op. Daar komt bij dat er naast CO₂ andere factoren zijn die mogelijk een veel grotere invloed hebben. Het gaat daarbij met name om de zon en daarmee samenhangend de hoeveelheid bewolking.

Het IPCC baseert zich bij zijn aannames op wetenschappelijk onderzoek. De verschillende onderzoeken over dit onderwerp zijn alleen niet eensluidend. Op de klimaatwebsite NoTricksZone zijn samenvattingen van meer dan 110 wetenschappelijke artikelen te vinden die allemaal uitkomen op een klimaatgevoeligheid die veel lager ligt dan het IPCC veronderstelt, in de meeste gevallen minder dan 1°C. Het illustreert het wetenschappelijk debat dat hierover nog volop gaande is.

Historische gegevens

Het is relatief eenvoudig om een grove schatting van de maximale klimaatgevoeligheid te maken op basis van de beschikbare waarnemingen van de temperatuur en de CO₂-concentratie. Sinds 1850 is de concentratie CO₂ gestegen van ongeveer 280 ppm naar 410 ppm, dus met een factor van bijna 1,5. In diezelfde periode is de temperatuur met 1°C gestegen. Als je aanneemt dat alle opwarming in die periode veroorzaakt is door CO₂, leidt een verdubbeling van de concentratie (560 ppm) tot een opwarming van 1,8°C. Nederlands Bij de berekening van de klimaatgevoeligheid (KG) moet je rekening houden met het feit dat het verband tussen temperatuur en CO₂ logaritmisch is (het gaat om de verdubbeling van de CO₂-concentratie). Dat betekent dat de temperatuurstijging ΔT gelijk is aan KG * log(c2/c1). Hierbij is c1 de oude concentratie en c2 de nieuwe concentratie; log is de logaritme met het grondtal 2. KG is dus 1°C / log(410/280) = 1,8°C.

Klimaatgevoeligheid berekend op basis van historische CO₂- en temperatuurreeksen
Afbeelding 2: Klimaatgevoeligheid berekend op basis van historische CO₂- en temperatuurreeksen. Verticaal is de waarschijnlijkheid aangegeven voor de klimaatgevoeligheid. De piek ligt bij 1,64°C, terwijl het IPCC uitgaat van 3,4°C

De wetenschappers Nic Lewis en Judith Curry hebben in een onderzoek in 2014 de klimaatgevoeligheid op een meer nauwkeurige manier berekend. Hierbij hebben zij zich gebaseerd op historische CO₂- en temperatuurreeksen. De onderzoekers nemen daarbij aan dat alle opwarming sinds 1850 door broeikasgassen is veroorzaakt; mogelijke andere opwarmende factoren hebben ze buiten beschouwing gelaten.

Lewis en Curry komen uit op een klimaatgevoeligheid van 1,64°C, dus veel lager dan de 3,4°C van het IPCC. Op basis van deze klimaatgevoeligheid kom je voor het jaar 2100 uit op een verwachte temperatuurstijging ongeveer 0,8°C ten opzichte van nu, dus ruim binnen de doelstellingen van het Klimaatakkoord van Parijs. In 2018 is het onderzoek bevestigd met meer gegevens en analyses.

Het is zeer aannemelijk dat er ook andere factoren hebben bijgedragen aan de opwarming sinds 1850 (zoals de zon). Dat betekent dat de werkelijke klimaatgevoeligheid lager is dan 1,64°C. Met name het onderzoek van prof. Hermann Harde van de Universiteit van Hamburg heeft op basis van een transparant rekenmodel meer duidelijkheid verschaft over de verschillende factoren. Het effect van de belangrijkste broeikasgassen waterdamp,kooldioxide, methaan en ozon heeft hij afgeleid van gedetailleerde berekeningen. Hieruit blijkt dat de klimaatgevoeligheid slechts 0,7°C is. Verder concludeert hij dat CO₂ voor 40% en veranderingen in het zonlicht voor 60% verantwoordelijk zijn voor de temperatuurstijging van de afgelopen eeuw.

Temperatuur op aarde zonder atmosfeer

Berekening van de hoeveelheid zonlicht en de temperatuur in de broeikastheorie
Afbeelding 3: Berekening van de hoeveelheid zonlicht en de temperatuur in de broeikastheorie
Een ander punt van kritiek op de broeikastheorie betreft de onderliggende berekening. De broeikastheorie is gebaseerd op een gedachtenexperiment dat veronderstelt dat de temperatuur van de aarde zonder broeikasgassen 33°C lager zou zijn dan nu het geval is, dus ongeveer -18°C. Deze waarde van -18°C is berekend met de Stefan-Boltzmann-vergelijking waarbij de hoeveelheid lichtstraling van de zon van 1360W/m² door 4 is gedeeld als het gemiddelde over het hele bolvormige oppervlak van de aarde. Met deze vereenvoudiging wordt er gedaan alsof elke plaats op aarde op elk moment van de dag continu een hoeveelheid licht ontvangt van 240W/m². Dat is een hoeveelheid licht vergelijkbaar met een schemertoestand.

Deze berekening is – ook als eerste orde benadering – onjuist, zoals is aangetoond door onder meer Volokin en ReLlez in 2014. De berekening zou goed zijn geweest als de hoeveelheid straling en de temperatuur een recht evenredige verhouding zouden hebben, maar dat is niet zo. De Stefan-Boltzmann-vergelijking schrijft voor dat om een 2 keer zo hoge temperatuur te krijgen, er 16 keer zo veel straling nodig is. De 'winst' die je overdag aan temperatuurstijging maakt is daarmee veel kleiner dan het 'verlies' in de nacht. Een voorbeeld kan dit direct duidelijk maken. Stel dat de aarde een plat vlak was met de ene zijde loodrecht gericht op de zon en dan andere zijde permanent verduisterd, en er geen warmte stroomt van de zonnige naar de donkere zijde. De zonnige kant zou dan een temperatuur krijgen van ongeveer 88°C (361K) en de donkere kant een temperatuur van ongeveer -270°C (3K). Dat is gemiddeld -91°C (182K). Het verschil is in dit extreme geval geen 33°C, maar 106°C.

De berekening van de temperatuur van -18°C is alleen correct als je veronderstelt dat de temperatuur op aarde overal en op elk moment van de dag gelijk is, waarmee direct duidelijk is dat de berekening weinig realiteitswaarde heeft. Het temperatuursverschil dat het broeikaseffect moet overbruggen is óf veel groter dan 33°C, óf er zijn andere factoren die ervoor zorgen dat de gemiddelde temperatuur op aarde hoger is dan je op basis van het energiebudget kan berekenen. Hierbij kan je bijvoorbeeld denken aan de grote warmtecapaciteit van de oceanen, die de verschillen tussen dag en nacht erg beperken.

Warmteopslag in de oceanen

De broeikastheorie kijkt alleen naar de effecten in de atmosfeer en berekent zo de temperatuur aan het aardoppervlak. De warmteopslag in de oceanen speelt in de berekeningen geen rol. De broeikastheorie berekent de opwarming van de atmosfeer, maar doet dat niet voor de opwarming van de oceanen. Het IPCC refereert echter wel aan een studie van Levitus et al., 2012, waaruit blijkt dat oceanen door hun enorme warmtecapaciteit voor 93% van de opwarming verantwoordelijk zijn. Levitus geeft aan dat als alle warmte van de oceanen in een keer zou vrijkomen in de atmosfeer, dat een temperatuurstijging van 36°C zou veroorzaken. Dit zal in werkelijkheid nooit gebeuren, maar het geeft wel aan hoe groot de invloed is van de oceanen op de opwarming. Ook Le Pair en De Lange (2019) stellen in hun artikel dat de broeikastheorie onvolledig is door het buiten beschouwing laten van de warmteopslag in de oceanen.

Het effect van broeikasgassen

In de beschrijving van het broeikaseffect is aangegeven dat het verticale temperatuursverloop in de atmosfeer (de lapse rate) onder invloed van de luchtdruk verantwoordelijk is voor de aangename temperatuur aan het aardoppervlak. De berekende emissietemperatuur van -18°C bevindt zich op 5km hoogte. In dit deel van de verklaring is de samenstelling van de atmosfeer en dus de aan- of afwezigheid van broeikasgassen niet relevant. De broeikastheorie veronderstelt dat broeikasgassen bepalend zijn voor de hoogte in de atmosfeer waar de temperatuur gelijk is aan de emissietemperatuur van -18°C.

Nikolov - de temperatuur van de hemellichamen is alleen afhankelijk van de luchtdruk en de hoeveelheid zonnestraling
Afbeelding 4: Nikolov - de temperatuur van de hemellichamen is alleen afhankelijk van de luchtdruk en de hoeveelheid zonnestraling
Enkele wetenschappers betwijfelen of de aanwezigheid van broeikasgassen daarvoor een noodzakelijke voorwaarde is. Zo hebben de Amerikaanse onderzoekers Nikolov en Zeller in 2017 een onderzoek gepubliceerd waarin zij de temperatuur op aarde verklaren aan de hand van uitsluitend de luchtdruk op aarde en de hoeveelheid zonnestraling. Zij onderbouwen hun hypothese met een onderzoek naar verschillende hemellichamen in ons zonnestelsel. De temperatuur aan het oppervlak blijkt bij al deze hemellichamen alleen afhankelijk te zijn van de hoeveelheid zonnestraling en de luchtdruk. In de grafiek is de relatie aangegeven van het opwarmend effect van de atmosfeer ten opzichte van de luchtdruk. De onderzoekers hebben ook gekeken naar andere factoren zoals bijvoorbeeld de hoeveelheid broeikasgassen. Op die factoren kon geen vergelijkbaar verband worden vastgesteld.