home  > co2  > correlatie-co2-temperatuur

Wat is de samenhang tussen CO₂ en temperatuur?

Bij de vraag of er een duidelijke samenhang (correlatie) is tussen CO₂ en temperatuur is belangrijk om te kijken naar de tijdschaal. Over een periode van honderden miljoenen jaren blijkt er geen correlatie te zijn, maar die correlatie is er wel over de afgelopen honderdduizenden jaren en over de afgelopen tientallen jaren. Daar waar er sprake is van correlatie ijlt de CO₂ na op de temperatuur. CO₂ kan dus niet de dominante oorzaak zijn van de temperatuurvariaties.

De toename van CO₂ in de atmosfeer wordt vaak beschouwd als de oorzaak van de opwarming van de aarde. Alle beleidsdoelstellingen zijn ook geformuleerd in termen van de hoeveelheid CO₂-uitstoot in plaats van dat het is uitgedrukt in de maximaal acceptabele temperatuurstijging in Nederland. Op het eerste oog lijkt er inderdaad een verband tussen de temperatuurstijging op aarde en de toename van CO₂ in de atmosfeer.

De correlatie tussen CO₂ en temperatuur over de afgelopen 170 jaar
Afbeelding 1: De blauwe lijn geeft het temperatuurverloop over de afgelopen 170 jaar weer. De groene lijn laat het verloop zien van de CO₂-concentratie in dezelfde periode.

De afgelopen 100 jaar is de temperatuur op aarde met ongeveer 1°C gestegen. Tegelijkertijd is de concentratie van CO₂ in de atmosfeer gestegen van ongeveer 0,03% naar ruim 0,04% (415 ppm, parts per million). Het IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change van de Verenigde Naties) vindt de opwarming zo extreem dat het concludeert dat deze niet uitsluitend door natuurlijke factoren te verklaren is.

Maar dat betekent niet automatisch dat die twee zaken ook echt een verband (correlatie) hebben, laat staan dat CO₂ de oorzaak is van de temperatuurstijging. Uit het plaatje hierboven lijkt er een verband te zijn tussen de temperatuur en de CO₂-concentratie, maar het stelt in werkelijkheid niet zo veel voor. Het gaat hier om twee redelijke gelijkmatige stijgende lijnen. Die correleren inderdaad, maar dat geldt voor alles wat in die periode geleidelijk is gestegen (of gedaald: negatieve correlatie), bijvoorbeeld de prijs van woningen, de toename van de wereldbevolking of de verkoop van ijslolly's. Zo zijn er vele voorbeelden van onzinnige correlaties. Een hoge correlatie is pas echt interessant wanneer het verloop van pieken en dalen van de twee lijnen samenvallen. Maar zelfs dan weet je alleen nog dat er een samenhang is tussen de verschijnselen; het is nog niet duidelijk of de een de oorzaak is van de ander, of andersom, of dat er misschien een derde aspect in het spel is waarvan beide verschijnselen afhankelijk zijn, of dat het gewoon toeval is.

Overigens geldt voor de huidige opwarming dat deze al veel eerder is begonnen dan de stijging van de CO₂-concentratie. Zoals te zien is in de laatste grafiek in het artikel over Hockeystick, stijgt de temperatuur op aarde al sinds het eind van de 17e eeuw, lang voor de industrialisatie.

Historische samenhang

De samenhang tussen CO₂ en temperatuur is op verschillende tijdschalen uitgebreid wetenschappelijk onderzocht. De resultaten hiervan staan hieronder beschreven. Het blijkt dat er op een tijdschaal van miljoenen jaren in het geheel geen correlatie is. Op kortere tijdschalen is er wel een duidelijke correlatie zichtbaar, maar daarbij is het zo dat de veranderingen van de CO₂-concentratie altijd met enige vertraging volgen op de temperatuurveranderingen. Veranderingen in de CO₂-concentratie kunnen dus nooit de oorzaak zijn, maar alleen het gevolg van de temperatuursveranderingen.

De afgelopen 425 miljoen jaar

Professor W. Jackson Davis van de Universiteit van Californië (Santa Cruz) heeft onderzoek gedaan naar de relatie van CO₂-concentratie en temperatuur over de afgelopen 425 miljoen jaar. Zijn conclusie: "The principal findings of this study are that neither the atmospheric concentration of CO2 nor ΔRFCO2 is correlated with T over most of the ancient (Phanerozoic) climate" Nederlands"De belangrijkste bevindingen van deze studie zijn dat noch de atmosferische concentratie van CO2 noch ΔRFCO2 gecorreleerd is aan de temperatuur over het grootste deel van het Phanerozoïsche klimaat". Dus noch de CO₂-concentratie in absolute zin, noch de verandering van CO₂ is gecorreleerd aan de temperatuur. Zie Davis, 2017 Om in het verre verleden een inschatting te kunnen doen van de temperatuur en de CO₂-concentratie wordt bij dit type onderzoek gebruik gemaakt van indirecte metingen (proxies) op basis van isotopen van koolstof en zuurstof. In onderstaande figuur is het verloop van de temperatuur (rode lijn) en de CO₂-concentratie (groene lijn) in de tijd weergegeven. De tijdas gaat terug tot 450 miljoen jaar geleden.

Geen correlatie tussen CO₂ en temperatuur over de afgelopen 450 miljoen jaar
Afbeelding 2: Geen correlatie tussen CO₂ en temperatuur over de afgelopen 450 miljoen jaar. Horizontaal is de tijdas aangegeven die teruggaat tot 450 miljoen jaar geleden. De rode lijn geeft het verloop van de temperatuur aan, de groene lijn geeft het verloop van de CO₂-concentratie in de atmosfeer.

Geen correlatie tussen CO₂ en temperatuur over de afgelopen 450 miljoen jaar
Afbeelding 3: Geen correlatie tussen CO₂ en temperatuur over de afgelopen 450 miljoen jaar. Elke rode punt is een meetwaarde, met verticaal de temperatuur en horizontaal de bijbehorende CO₂-concentratie
Het ontbreken van een duidelijke correlatie blijkt direct uit bovenstaande grafiek uit de publicatie van Davis: de fluctuaties van de CO₂-concentratie vertonen geen verband met de temperatuur. In afbeelding 3 zijn alle meetwaarden als rode punten getekend, met verticaal de temperatuur van de meting (op basis van het zuurstof-isotoop) en horizontaal de bijbehorende CO₂-concentratie. Hierin is een flauwe negatieve trendlijn zichtbaar; dus een hogere CO₂-concentratie is vaker gekoppeld aan een lagere temperatuur dan aan een hogere. Maar het effect hiervan is zwak: minder dan 4%. Davis concludeert daarom dat meer dan 95% van de variatie in de temperatuur verklaard moet worden door andere (onbekende) invloeden dan die van CO₂. Davis merkt in zijn onderzoek nog fijntjes op dat correlatie geen oorzakelijk verband impliceert, maar de afwezigheid van correlatie wel bewijst dat er geen oorzakelijk verband is tussen temperatuur en CO₂-concentratie.

De afgelopen 420.000 jaar

Onderzoekscentrum Vostok Antarctica
Afbeelding 4: Onderzoekscentrum Vostok Antarctica
Het onderzoek van Davis kijkt naar een hele lange periode van 425 miljoen jaar. Wat er precies gebeurt in periodes die kleiner zijn dan 2,5 miljoen jaar is daarmee niet zichtbaar. Het is daarom interessant om ook te kijken naar periodes die minder ver terug gaan. Dat is uitgebreid onderzocht aan de hand van boringen in de dikke ijslaag op Antarctica en Groenland. Met name in het Russische onderzoekscentrum Vostok op ongeveer 1000 km van de Zuidpool is in 1998 een van 's werelds grootste ijsonderzoeken verricht. Een team van Russen, Fransen en Amerikanen boorde tot 3623 m diep in het ijs en onderzocht de boorkernen. De oudste ijslagen bleken meer dan 420.000 jaar oud te zijn.

Op basis van de gegevens van de ijsboringen waren wetenschappers (Petit et al, 1999) in staat een inschatting te maken van de temperaturen en de variaties in de CO₂-concentraties over een periode tot 420.000 jaar geleden. Zoals te zien is in de volgende figuur is sprake van een duidelijke samenhang tussen deze twee variabelen. Het opmerkelijke is alleen dat alle veranderingen in de CO₂-concentratie steeds iets later plaatsvinden dan de temperatuursveranderingen. De tijdvertraging varieert van 600 tot 1500 jaar en is gemiddeld ongeveer 900 jaar (Indermühle et al., 2000). Er is geen enkel voorbeeld waarbij de CO₂-verandering niet achterloopt op de temperatuur. CO₂ volgt dus de temperatuur en niet andersom. Dit betekent dat als er een oorzakelijk verband is, temperatuur de oorzaak is en CO₂ het gevolg.

De correlatie tussen CO₂ en temperatuur over de afgelopen 420.000 jaar
Afbeelding 5: 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.

Afgelopen tientallen jaren

Ook op een kortere termijn is een vergelijkbare samenhang zichtbaar. De Noorse hoogleraar Ole Humlum heeft aan de hand van actuele nauwkeurige metingen de relatie onderzocht van de CO₂-concentratie ten opzichte van de (lucht)temperatuur en de temperatuur van het zeewater. Zie Humlum et al., 2013. Hij heeft daarbij niet gekeken naar de absolute waarden van die variabelen, maar naar de verandering ten opzichte van het jaar ervoor. Op die manier elimineert hij de jaarlijkse seizoensvariaties. In onderstaand plaatje zijn die veranderingen weergegeven.

correlatie tussen CO₂ en temperatuur over een periode van 30 jaar
Afbeelding 6: Recente temperatuur- en CO₂-variaties. Ook hier volgt de CO₂-concentratie (groen) de temperatuur (blauw). Bron: Humlum et al., 2013.

De relatie tussen CO₂ en temperatuur over de afgelopen 40 jaar.
Afbeelding 7: De relatie tussen CO₂ en temperatuur over de afgelopen 40 jaar. Bron: WoodforTrees
Het is duidelijk te zien dat ook hier de verandering van de CO₂-concentratie achterloopt op die van de temperatuur. De CO₂-verandering loopt ongeveer 10 maanden achter op die van de luchttemperatuur en 11 tot 12 maanden op die van de zeewatertemperatuur. Ook voor de veranderingen op deze tijdschaal is duidelijk dat CO₂ nooit de dominante oorzaak van de temperatuursverandering kan zijn.

Op de website woodsfortrees.org is het mogelijk interactieve grafieken te maken op basis van vele verschillende actuele datasets. Onderstaande grafiek is gemaakt door de veranderingen van de temperatuur (Hadcrut4) te vergelijken met de veranderingen van CO₂-concentratie. Het is mooi te zien hoe CO₂ na-ijlt op de temperatuur. Als er een oorzakelijk verband is tussen CO₂ en temperatuur, dan is de verandering van de CO₂-concentratie het gevolg van de opwarming of afkoeling en niet de oorzaak. Klik op deze link om op de site van woodfortrees.org de grafiek te bewerken.

Oorzaak of gevolg?

Beïnvloedt CO₂ de temperatuur of beïnvloedt de temperatuur de CO₂?
Afbeelding 8: Beïnvloedt CO₂ de temperatuur of beïnvloedt de temperatuur de CO₂?
Er zijn 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. Vanuit land is er een vergelijkbaar effect: bij hogere temperaturen is de emissie vanuit de grond groter dan bij lagere temperaturen.

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.

Tijdvolgorde

Een belangrijke aanwijzing dat de tweede hypothese veel aannemelijker is, blijkt uit het naijlen van de CO₂-concentratie op temperatuurveranderingen. In alle periodes waarin gegevens beschikbaar zijn over temperatuur en CO₂ is te zien dat veranderingen in de concentratie steeds enige tijd later plaatsvinden dan veranderingen in de temperatuur. Voor de ijskernboringen is dat te zien in afbeelding 5 en voor de meer recente periode in de afbeeldingen 6 en 7. Hiermee is feitelijk hypothese 1 weerlegd; het gevolg kan eenvoudigweg niet eerder plaatsvinden dan de oorzaak.

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 10: 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 11: 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. Bron: Stallinga, 2018

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. 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.

CO₂ ➜ Temperatuur of Temperatuur ➜ CO₂ ?

Demetris Koutsoyiannis van de Technische Universiteit van Athene heeft in onderzoeken uit 2020 en 2023 statistische analyses uitgevoerd op de samenhang van de temperatuurverandering ten opzichte van de verandering in de CO₂-concentratie in de afgelopen decennia. Hij heeft hierbij gebruik gemaakt van verschillende wiskundige analyses Nederlands Onder andere de zogenaamde Granger-causaliteitstest en een stochastische analyse waarin de causaliteit wordt onderzocht met behulp van een Impuls Response Functie. Zie Wikipedia om te kunnen bepalen wat oorzaak is en wat gevolg. De kern van dit soort analyses is altijd het kijken naar de volgorde waarin veranderingen plaatsvinden; de oorzaak gaat vooraf aan het gevolg. De belangrijkste conclusie luidt: "All evidence resulting from the analyses suggests a unidirectional, potentially causal link with T as the cause and CO2 as the effect. This direction of causality holds for the entire period covered by the observations (more than 60 years)." Nederlands"Al het bewijsmateriaal dat uit de analyses voortkomt, suggereert een unidirectioneel, potentieel causaal verband met T als oorzaak en CO2 als gevolg. Deze richting van causaliteit geldt voor de gehele periode die door de waarnemingen wordt bestreken (meer dan 60 jaar).".

Koutsoyiannis baseert zijn conclusies niet op ingewikkelde modellen of analyses over hoe we denken dat klimaatveranderingen tot stand komen, maar puur op een analyse van de CO₂- en temperatuurmetingen. Het wijdverspreide idee dat de CO₂-stijging de oorzaak is van de opwarming, blijkt niet uit de metingen, maar het omgekeerde juist wel.

In het onderzoek gaat hij ook in op de correlatie en causaliteit van de hogere temperaturen met respectievelijk de opwarming van de oceanen, de natuurlijke El Niño–Southern Oscillation (ENSO) en de verandering van de albedo (weerkaatsing van het zonlicht) door de afnemende hoeveelheid bewolking. De bevindingen zijn samengevat in afbeelding 12. De rode pijlen (van ENSO en luchttemperatuur richting CO₂-concentratie) geven een eenduidig potentieel causaal verband aan. Bij de paars gestippelde lijnen is er causaliteit in beide richtingen en bepaalt de richting van de pijl de dominante richting. Andere processen, die niet zijn onderzocht (dunne blauwe pijlen), kunnen intern of extern van het klimaatsysteem zijn. De CO₂-variatie blijkt voor het grootste deel het gevolg van temperatuursveranderingen in de atmosfeer en in de oceanen (inclusief ENSO).

Schematische weergave van de onderzochte mogelijke causale verbanden in het klimaat
Afbeelding 12: Schematische weergave van de onderzochte mogelijke causale verbanden in het klimaat, plus de richting ervan. De rode pijlen geven een eenduidig potentieel causaal verband aan. Bij de paars gestippelde lijnen is er causaliteit in beide richtingen en bepaalt de richting van de pijl de dominante richting. Andere processen, die hier niet zijn onderzocht, kunnen intern of extern van het klimaatsysteem zijn. Bron: Koutsoyiannis, 2023



De invloed van CO₂ volgens Patrick Moore

Patrick Moore, een van de oprichters van Greenpeace, geeft in de volgende video een samenvatting van de twijfel die er is over de invloed van CO₂ op het klimaat.

Referenties

Davis, W. ‘The Relationship between Atmospheric Carbon Dioxide Concentration and Global Temperature for the Last 425 Million Years’. Climate 5, nr. 4 (29 september 2017): 76. https://doi.org/10.3390/cli5040076.

‘Granger Causality’. In Wikipedia, 7 juli 2023. https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Granger_causality&oldid=1164085560.

Harlin, Ky. ‘The 10 Most Bizarre Correlations’. BuzzFeed News, 11 april 2013. https://www.buzzfeednews.com/article/kjh2110/the-10-most-bizarre-correlations.

Humlum, Ole, Kjell Stordahl, en J.-E Solheim. ‘The phase relation between atmospheric carbon dioxide and global temperature’. Global and Planetary Change 100 (31 januari 2013): 51-69. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2012.08.008.

Indermühle, Andreas, Eric Monnin, Bernhard Stauffer, Thomas F. Stocker, en Martin Wahlen. ‘Atmospheric CO2 Concentration from 60 to 20 Kyr BP from the Taylor Dome Ice Core, Antarctica’. Geophysical Research Letters 27, nr. 5 (2000): 735-38. https://doi.org/10.1029/1999GL010960.

‘Isotoop’. In Wikipedia, 9 juni 2023. https://nl.wikipedia.org/w/index.php?title=Isotoop&oldid=64452528.

Koutsoyiannis, Demetris, en Zbigniew Kundzewicz. Atmospheric Temperature and CO2: Hen-or-Egg Causality? (Version 1). Sci. Vol. 2, 2020. https://doi.org/10.3390/sci2030072.

Koutsoyiannis, Demetris, Christian Onof, Zbigniew W. Kundzewicz, en Antonis Christofides. ‘On Hens, Eggs, Temperatures and CO2: Causal Links in Earth’s Atmosphere’. Sci 5, nr. 3 (13 september 2023): 35. https://doi.org/10.3390/sci5030035.

Petit, J. R., J. Jouzel, D. Raynaud, N. I. Barkov, J.-M. Barnola, I. Basile, M. Bender, e.a. ‘Climate and Atmospheric History of the Past 420,000 Years from the Vostok Ice Core, Antarctica’. Nature 399, nr. 6735 (juni 1999): 429-36. https://doi.org/10.1038/20859.

Stallinga, Peter. ‘Signal Analysis of the Climate: Correlation, Delay and Feedback’. Journal of Data Analysis and Information Processing 06, nr. 02 (2018): 30-45. https://doi.org/10.4236/jdaip.2018.62003.

‘Wet van Henry’. In Wikipedia, 9 augustus 2022. https://nl.wikipedia.org/w/index.php?title=Wet_van_Henry&oldid=62585206.

‘Wood for Trees: Home’. Geraadpleegd 24 juli 2023. https://woodfortrees.org/.


< Vorige Gewijzigd: 26-09-2023 Volgende >