home > co2 > co2-oorzaak-of-gevolg

Is CO₂-verandering oorzaak of gevolg?

Over een periode van honderdduizenden jaren is er een duidelijke correlatie tussen CO₂ en temperatuur. De fluctuaties vertonen een grote gelijkenis. Veel mensen zien dit als bewijs dat CO₂ de oorzaak is van de temperatuurstijging. Door gedetailleerder te kijken, blijkt echter klip-en-klaar dat de correlatie alleen te verklaren is met de temperatuur als oorzaak. Bij hogere temperaturen geven de oceanen (op basis van de Wet van Henry) meer CO₂ af aan de atmosfeer.

In het artikel ‘Wat is de samenhang tussen CO₂ en temperatuur?’ hebben we gezien dat er in de afgelopen honderdduizenden jaren sprake is van een duidelijke correlatie tussen de CO₂-concentratie in de atmosfeer en de temperatuur. Onderstaande grafiek op basis van de ijskernmetingen in Vostok (Antarctica) vormde het belangrijkste “bewijs” in de film van Al Gore dat CO₂ opwarming van de aarde veroorzaakt. Ook het IPCC gaat er als vanzelfsprekend van uit dat CO₂ de oorzaak is. Dus een hogere CO₂-concentratie zorgt voor hogere temperaturen. Dat is vreemd, omdat de omgekeerde verklaring, namelijk dat de temperatuur de oorzaak is van de gestegen CO₂, niet weersproken (gefalsificeerd) is.

Correlatie CO₂-concentratie en de temperatuur in Vostok-ijskernmetingen
Afbeelding 1: De Vostok-ijskernmetingen laten een sterke correlatie zien tussen de CO₂-concentratie en de temperatuur. De blauwe lijn geeft de temperatuur en de groene lijn de CO₂-concentratie.

Beïnvloedt CO₂ de temperatuur of beïnvloedt de temperatuur de CO₂?
Afbeelding 2: Beïnvloedt CO₂ de temperatuur of beïnvloedt de temperatuur de CO₂?

Er zijn dus twee hypothesen te geven om de historische gegevens op basis van de ijskernmetingen te verklaren.

  1. CO₂ stuurt temperatuur. Deze redenering is gebaseerd op de broeikastheorie. De broeikasgassen in de atmosfeer als waterdamp en CO₂ hebben invloed op de warmtestraling vanaf de aarde en daarmee op het temperatuurverloop in de atmosfeer. Een verhoging van de hoeveelheid CO₂ in de atmosfeer zorgt voor iets hogere temperaturen aan het aardoppervlak.

  2. Temperatuur stuurt CO₂. De Wet van Henry is een belangrijke gaswet, die zegt dat bij evenwicht de hoeveelheid opgelost gas in een vloeistof recht evenredig is met de concentratie van het gas. Dus bij een hoge CO₂-concentratie in de lucht neemt water meer CO₂ op en bij een lage concentratie is de opname lager. De mate waarin dat gebeurt, hangt af van de temperatuur. Bij een lage temperatuur kan water relatief veel CO₂ bevatten, bij een hoge temperatuur juist minder.

Warm water kan minder koolzuur bevatten dan koud water
De invloed van temperatuur op de CO₂-concentratie laat zich gemakkelijk illustreren aan de hand van een glas bier of Spa Rood. Bij een hogere temperatuur van het water is de koolzuur snel verdwenen en is de concentratie in de lucht erboven juist iets gestegen.

Omgekeerd, zal het verhogen dan de CO₂-concentratie boven het glas water niets veranderen aan de temperatuur van het water. Dit wil niet zeggen dat het broeikaseffect niet zou bestaan, maar het laat wel zien dat de tweede hypothese plausibeler is dan de eerste. Om de waarschijnlijkheid van beide hypothesen in te schatten, is het goed om gedetailleerder te kijken naar de observaties. We kijken hierbij naar de volgende aspecten.

  • In welke volgorde treden de veranderingen in CO₂ en temperatuur op?
  • Is de omvang van het effect goed te verklaren?
  • Leidt de hypothese tot een stabiel proces?
  • Hoe is de correlatie met methaan te verklaren?

CO₂ ijlt na op de temperatuur

De correlatie tussen CO₂ en temperatuur over de afgelopen 420.000 jaar
Afbeelding 4: De temperatuur- en CO₂-variaties over een periode van 420.000 jaar op basis van de Vostok-ijsboringen. De bovenste grafiek geeft het verloop van de temperatuur (blauw) en de onderste het verloop van de CO₂-concentratie (groen). Te zien is dat de veranderingen in de temperatuur net iets eerder plaatsvinden dan de veranderingen in de CO₂-concentratie. Bron: Mario Buildreps.
In het artikel ‘Wat is de samenhang tussen CO₂ en temperatuur?’ is al geconstateerd dat de veranderingen van de CO₂-concentratie in de atmosfeer steeds iets later plaatsvinden dan de veranderingen in de temperatuur. In onderstaande grafiek op basis van de ijsboringen in het Zuidpoolgebied is dit duidelijk te zien. Er is geen enkel voorbeeld waarbij de CO₂-verandering niet achterloopt op de temperatuur. Dit maakt het onmogelijk dat CO₂ de oorzaak is van de temperatuursverandering.

Hiermee is de eerste hypothese al weerlegd. De tweede hypothese blijft wel overeind. Als de temperatuur van het oceaanwater stijgt, kan het minder CO₂ bevatten en zal de concentratie in de atmosfeer juist toenemen. De vertraging van honderden jaren is het gevolg van de warmtecapaciteit van het water in de oceanen; het duurt relatief lang voordat de grote hoeveelheid water is opgewarmd en het effect zichtbaar wordt.

De omvang van het effect

De hierboven gegeven grafiek over de afgelopen 420.000 jaar laat nog iets anders opmerkelijks zien. Bij een stijging van de CO₂-concentratie van 100 ppm (parts per million) neemt de temperatuur toe met ruim 10°C. Dat betekent dat als CO₂ de oorzaak is, dat een verhoging van 10 ppm tot een temperatuurstijging van 1°C leidt. Sinds het begin van de industrialisatie in 1750 is de concentratie CO₂ in de atmosfeer gestegen van ongeveer 275 ppm naar 410 ppm op dit moment. Dat is dus een stijging van 135 ppm. Op basis hiervan zou je verwachten dat de temperatuur met 13 tot 14°C zou zijn gestegen, terwijl de werkelijke stijging 1°C is.

Prof. Peter Stallinga van de Universiteit van Algarve heeft hier nauwkeuriger aan gerekend en ook rekening gehouden dat het broeikaseffect logaritmisch is (je moet kijken naar het effect van een verdubbeling van de concentratie). Hij komt daarbij tot de conclusie dat de temperatuurstijging een factor 70 kleiner is dan de verwachting op basis van de waarnemingen. Ook dit weerlegt de eerste hypothese.

De tweede hypothese op basis van de Wet van Henry blijkt juist opmerkelijk goed overeen te komen met ijskernwaarnemingen. Volgens een onderzoek van Al-Anezi et al. (2008) is de temperatuurafhankelijkheid van zeewater ongeveer 10 ppm per °C. Dit betekent dus dat voor elke graad opwarming de concentratie in de atmosfeer met ongeveer 10 ppm toeneemt.

Terugkoppeling en stabiliteit

Volgens de broeikastheorie leidt een verdubbeling van de CO₂-concentratie tot een opwarming van 0,5 tot 1,2°C. Dat effect is dus veel te klein om een verklaring te bieden voor de ijskernwaarnemingen. Het IPCC veronderstelt echter een grotere opwarming van 1,5 tot 4,5°C bij CO₂-verdubbeling door uit te gaan van positieve terugkoppelingen in het klimaat. De redenering is dat als de temperatuur onder invloed van CO₂ stijgt, dat er dan ook andere processen ontstaan die het effect versterken (o.a. smeltend ijs, meer waterdamp). Maar zelfs 4,5°C stijging is nog onvoldoende ten opzichte van de ijskernmetingen.

Om de historische metingen te verklaren op basis van de broeikastheorie is een nog grotere positieve terugkoppeling nodig. Zonder te weten welke factoren daarvoor kunnen zorgen, is het in principe wel denkbaar dat er zo'n mechanisme is in het klimaat. Een hele kleine verandering van de CO₂-concentratie zou dan door de versterking van andere factoren kunnen leiden tot een grote temperatuursverandering. Stallinga laat echter in een analyse zien dat zo'n positieve terugkoppeling leidt tot instabiliteit. Een kleine verstoring in de hoeveelheid CO₂ of in een van de terugkoppelfactoren kan dan een zichzelf versterkend effect tot stand brengen met een almaar stijgende temperatuur en stijgende CO₂-concentratie.

Grote verschillen in de hoeveelheid ijs op de Noordpool
Afbeelding 5: Grote verschillen in de hoeveelheid ijs op de Noordpool. Ondanks dergelijke grote schommelingen blijkt de natuur erg stabiel
In werkelijkheid is de natuur juist erg stabiel. Er zijn grote periodieke schommelingen, zowel dagelijks als jaarlijks als over nog veel langere perioden en ook andere fluctuaties als El Niños en La Niñas. Zo kan de hoeveelheid ijs op de Noordpool in een jaar tijd met wel 60% toe- of afnemen. De natuur herstelt zich steeds van dit soort schommelingen, wat duidt op een stabiel systeem, dus zonder sterke positieve terugkoppelingen.

In de tweede hypothese, waarbij de stijgende temperatuur verantwoordelijk is voor de CO₂-stijging, is geen positieve terugkoppeling nodig om het kloppend te krijgen. De omvang uitgassing van CO₂ uit de oceanen kan de waarnemingen zonder extra toevoegingen verklaren. Daarbij kan het nog steeds zo zijn dat er ook nog een broeikaseffect is. Dit broeikaseffect zorgt dan wel voor een terugkoppeling, maar deze is zo klein dat het effect te verwaarlozen is (in de orde van 1%) en er geen instabiliteit optreedt.

Correlatie met methaan

De ijskernmetingen laten zien dat er niet alleen een correlatie is tussen CO₂ en temperatuur, maar ook tussen de concentratie methaan (CH4) en CO₂ en temperatuur. Deze samenhang is weergegeven in de linker grafiek.

Correlatie methaan-concentratie en de temperatuur in Vostok-ijskernmetingen
Afbeelding 6: De Vostok-ijskernmetingen laten een sterke correlatie zien tussen zowel de CO₂-concentratie, als de temperatuur, als de methaan-concentratie.
Er is geen verklaring voor de correlatie tussen de CO₂ en methaan uitgaande van de broeikastheorie.
Afbeelding 7: De correlatie tussen de temperatuur en methaan laat zich gemakkelijk verklaren op basis van de Wet van Henry. Maar er is geen verklaring voor de correlatie tussen CO₂ en CH4 als je uitgaat van de broeikastheorie.

In de eerste hypothese waarin CO₂ de oorzaak is van de temperatuurstijging, komt nu de vraag op hoe het kan dat ook de methaanconcentratie zo nauwkeurig gelijk loopt met de CO₂-concentratie. Methaan is weliswaar net als CO₂ een broeikasgas, maar dat verklaart niet de correlatie. De Vostok-onderzoekers (Petit et al., 1999) schrijven hierover “The overall correlation between our CO2 and CH4 records and the Antarctic isotopic temperature is remarkable (..). This high correlation indicates that CO2 and CH4 may have contributed to the glacial–interglacial changes over this entire period(..).” Nederlands“De duidelijke correlatie tussen onze CO2- en CH4-metingen en de isotopische temperatuur op Antarctica is opmerkelijk (..). Deze hoge correlatie geeft aan dat CO2 en CH4 mogelijk hebben bijgedragen aan de glaciale-interglaciale veranderingen gedurende deze hele periode(..).”. Maar ook al ga je uit van de veronderstelling dat zowel CO₂ als CH4 bijdragen aan de stijging van de temperatuur, dan is nog steeds niet verklaard waarom de concentratie van beide gassen zo precies gelijk fluctueren.

In de tweede hypothese waarin temperatuur de oorzaak is van de CO₂-stijging, is de verklaring eenvoudig: net als bij CO₂ zorgt de Wet van Henry voor een grotere uitgassing van methaan bij hogere temperaturen. Ook op dit punt geeft de Wet van Henry dus een eenvoudige en logische verklaring terwijl die verklaring er niet is als je uitgaat van CO₂ als oorzaak van de gestegen temperatuur.

Conclusie

Bij de vraag wat is oorzaak en wat is gevolg, hebben we gekeken naar waarnemingen op basis van de ijskernmetingen in Vostok (Antarctica) en gekeken of deze te verklaren zijn. Hieronder zijn de verschillende aspecten voor de twee hypothesen samengevat.

1. CO₂ stuurt temperatuur2. Temperatuur stuurt CO₂
OnderbouwingBroeikastheorieWet van Henry
CO₂ ijlt na op temperatuurOorzaak kan niet later zijn dan gevolgXGoed verklaarbaarV
Omvang van het effectKlimaatgevoeligheid veel kleiner dan waarnemingenXKomt overeen met temperatuurgevoeligheid in Wet van HenryV
StabiliteitNiet stabiel door grote terugkoppelingenXGeen instabiliteitV
Correlatie methaanGeen verklaring voor correlatie tussen CO₂ en CH4XGevolg van Wet van HenryV

Het is duidelijk dat de breedgedragen veronderstelling dat CO₂ de oorzaak is van de temperatuurstijging niet gesteund wordt door de waarnemingen. Integendeel, de waarnemingen weerleggen deze hypothese. Hiermee is de belangrijkste bewijsvoering voor het opwarmend effect van CO₂ weggevallen. Daarentegen is de verklaring op basis van de Wet van Henry waarbij de temperatuur de oorzaak is van de gestegen CO₂-concentratie volledig te verklaren op basis van de waarnemingen.

Deze conclusie sluit niet uit dat CO₂ nog steeds een opwarmend effect kan hebben. Je kunt beredeneren dat een verdubbeling van de CO₂-concentratie tot ruim 1°C temperatuurstijging leidt. Maar dit broeikaseffect blijft hiermee een theorie zonder empirisch (op waarnemingen gebaseerd) bewijs.