De invloed van temperatuur op natuurlijke CO₂-stromen
Het klinkt in eerste instantie plausibel dat de menselijke uitstoot de oorzaak is van de toename. Ook het IPCC schrijft de volledige stijging van 135 ppm toe aan de menselijke uitstoot van CO₂. Bij nadere bestudering blijkt echter dat het erg onaannemelijk is dat deze redenering klopt. Dat heeft enerzijds te maken met de kleine omvang van menselijk CO₂ ten opzichte van de natuurlijke stromen. Anderzijds is het zo dat de natuurlijke CO₂-uitstroom richting atmosfeer onder invloed van de temperatuur sterk is gegroeid, veel meer dan de totale emissie van menselijke CO₂.
Omvang menselijk CO₂ is relatief klein
Het beeld dat veel mensen hebben en dat het IPCC ook uitdraagt, is dat de menselijke uitstoot van CO₂ cumuleert in de atmosfeer. Oftewel dat jaarlijks de menselijke uitstoot van CO₂ aan de atmosfeer wordt toegevoegd, en dat in ieder geval een deel daar niet meer weggaat.
Zowel via de oceanen als het land is er een veel grotere in- en uitstroom van CO₂. Jaarlijks stroomt er zo'n 80 Petagram koolstof in en uit de oceanen richting atmosfeer. De oceanen vormen een grote buffer voor CO₂: 98% van alle CO₂ op aarde bevindt zich in de oceanen. Naast de uitwisseling met het zeewater zorgen planten, dieren en de bodem jaarlijks voor een in- en uitstroom van 120 Petagram koolstof.
Geen verklaring voor natuurlijke variatie
De theorie van de ophoping van CO₂ in de atmosfeer gaat ervan uit dat de natuur slechts ongeveer 55% van de door de mens uitgestoten CO₂ kan opnemen, zodat 45% in de atmosfeer achterblijft als de ‘airborne fraction’. Op basis van die aanname zou men verwachten dat de atmosferische groei gelijke tred houdt met de jaarlijkse antropogene emissies. Zoals te zien is in figuur 3, varieert de atmosferische groeisnelheid echter aanzienlijk. De jaarlijkse toename in ppmv per jaar (blauwe lijn) varieert van minder dan 0,5 ppm/jaar in 1993 tot meer dan 4 ppm/jaar in 2016, terwijl de door de mens veroorzaakte emissies (grijze balken) regelmatig en gestaag toenemen van 3 ppmv in 1979 naar ongeveer 5 ppmv in 2020/2021. Hoewel de airborne fractie gemiddeld 45% is, fluctueert deze sterk: van 5% tot 94%.
Het is duidelijk dat antropogene emissies alleen de gemeten jaarlijkse CO₂-toename niet kunnen verklaren. De grote variabiliteit is in tegenspraak met de theorie dat fossiele brandstoffen 100% van de CO₂-toename in de atmosfeer zouden verklaren, zoals gemeten in Mauna Loa.
De invloed van temperatuur op de CO₂-verandering
Klimaatopwarming blijkt een veel betere verklaring te zijn voor de fluctuaties in de jaarlijkse CO₂-groei (Hocker, 2010). Voor de periode vanaf 1979 zien we in Figuur 4 dat als de temperatuur (oranje lijn) hoog is in een periode, de CO₂-concentratie (blauwe lijn) toeneemt en als de temperatuur laag is de concentratie veel minder stijgt.
De correlatie is nu veel significanter. De grafiek is ook te reproduceren op de interactieve website WoodForTrees. Met een correlatie van 0,78 voor het 12-maands voortschrijdend gemiddelde is de klimaatopwarming een goede voorspeller van de concentratieverandering. Aangezien CO₂-veranderingen de natuurlijke El Niño-pieken volgen, is het duidelijk dat de temperatuurverandering niet het gevolg kan zijn van door de mens veroorzaakte CO₂-stijging. Als er een oorzakelijk verband is, dan is klimaatopwarming de oorzaak.
Toegenomen uitstoot vanuit zee
Sinds 1850 is de gemiddelde temperatuur op aarde met ruim 1 °C toegenomen. Dit geldt ook voor de temperatuur aan het zeeoppervlak. Op basis van de Wet van Henry is gemakkelijk uit te rekenen dat door deze temperatuurstijging de uitstroom naar de atmosfeer nu ruim 5 PgC/j hoger is dan in 1850. Dat is ongeveer de helft van de jaarlijkse menselijke CO₂-stroom door de verbranding van fossiele brandstoffen en ander landgebruik. De berekening hiervan (inclusief bronvermeldingen) is terug te vinden in het artikel van Harde uit 2019.
Toegenomen uitstoot vanuit land
Ook voor de CO₂-uitstoot vanuit de bodem (de zogenaamde soil-respiration of bodemademhaling) blijkt temperatuur een bepalende factor. Van de natuurlijke uitstoot vanuit land is ongeveer de helft (60 PgC/jaar) afkomstig van de grond. Het gaat hierbij om de afbraak van organisch materiaal in de bodem en het uitademen van plantenwortels. De afbraak is afhankelijk van twee belangrijke factoren: bodemtemperatuur en bodemvochtigheid. Voor de bodemtemperatuur geldt dat 1 graad temperatuurstijging zorgt voor 16,5% toename in CO₂-uitstoot (Bron: Wikipedia).
Door de mondiale temperatuurstijging van 1 °C van de afgelopen tijd is ook de temperatuur van de grond aan het aardoppervlak is gestegen. Het is belangrijk om te vermelden dat we het hier niet hebben over seizoensgebonden variaties, maar om de absolute stijging die het gevolg is van de recente opwarming. Als dat gemiddeld ook 1 °C is, heeft dat gezorgd voor de toename van de uitstoot vanuit land van bijna 10 PgC per jaar. Dat is dus hoger dan alle jaarlijkse antropogene uitstoot.
In werkelijkheid is de uitstoot waarschijnlijk nog hoger. De onderzoekers Zhang et al. in China (Rising soil temperature in China and its potential ecological impact) hebben een toename van de gronduitademing gemeten van 28% over een periode van 50 jaar (1962-2011). Indien de trend die in China is gemeten ook van toepassing is in de rest van de wereld, gaat het (alleen al in die periode) om een jaarlijkse extra uitstoot van 17 PgC, bijna 2 keer zo veel als de jaarlijkse menselijke uitstoot.
Meer CO₂-opname op land en op zee
Door deze vergroening is de netto opname van CO₂ in de periode van 1960 tot 2010 toegenomen van 54,95 tot 66,75 Petagram (of Gigaton) koolstof per jaar. Dr. Craig Idso beschrijft dit op basis van een onderzoek van Peng Li uit 2017. Planten nemen dus op dit moment jaarlijks 11,8 Petagram méér koolstof op dan in 1960.
De hogere concentratie in de atmosfeer zorgt er ook voor dat de oceanen meer CO₂ opnemen. Zoals hierboven aangegeven is de Wet van Henry hiervoor bepalend. De hoeveelheid opgelost gas in het water is recht evenredig is met de concentratie in de atmosfeer. Dus bij een hoge CO₂-concentratie in de lucht nemen oceanen meer CO₂ op.
Natuurlijk evenwicht?
Dat het IPCC de schuld van de CO₂-stijging volledig bij de menselijke uitstoot legt, is gebaseerd op de veronderstelling dat de natuurlijke stromen met elkaar in evenwicht zijn. Het IPCC refereert daarbij aan het CO₂-niveau uit 1750 van 280 ppm dat een soort natuurlijk evenwichtsniveau is. De menselijke uitstoot van CO₂ zou die balans hebben verstoord.
Het IPCC gaat ervan uit dat, ondanks de grote onzekerheden over de absolute omvang, de natuurlijke stromen altijd met elkaar in evenwicht zijn. In het AR5-rapport staat daarover: “Therefore, to achieve an overall balance, the values of the more uncertain gross fluxes have been adjusted so that their difference matches the Net land flux and Net ocean flux estimates.” 
Het ‘aanpassen’ van meetwaarden zoals het IPCC doet, zou alleen toegestaan zijn als je zeker weet dat de ingaande en uitgaande natuurlijke stromen altijd precies met elkaar in evenwicht zijn. Maar voor die veronderstelling is geen onderbouwing. Zoals hierboven toegelicht, zijn de onderliggende oorzaken van de variaties per CO₂-stroom zijn heel verschillend.
De veronderstelling dat de natuurlijke CO₂-stromen zonder verstoring door de mens altijd met elkaar in evenwicht zijn, heeft het IPCC nodig om aannemelijk te maken dat de stijging van de concentratie in de atmosfeer volledig het gevolg is van menselijk CO₂. Het heeft daarmee het karakter van een doelredenering: de gestegen concentratie moet wel het gevolg van de menselijke uitstoot, dus de natuurlijke stromen zijn volledig met elkaar in evenwicht.
In het tweede artikel dat gaat over de vraag ‘Hoopt menselijk CO₂ zich op in de atmosfeer?’ gaan we uitgebreider is op het model dat het IPCC hanteert om die conclusie te trekken.