Temperatuur versus CO₂ - een overzicht

Bij het bespreken van 'klimaatverandering' is het noodzakelijk om na te gaan hoe het klimaat op Aarde in het verleden is veranderd. Dat geeft een indicatie voor de vraag of de huidige veranderingen normaal zijn of niet.

De wereldwijde temperaturen varieerden in de afgelopen 500 miljoen jaar enorm. Afhankelijk van de gebruikte tijdschaal is de huidige temperatuur koud of warm, dus als we het hebben over de "normale temperatuur" moet worden aangeven welke tijdschaal als referentie wordt gebruikt.

De rol van CO₂ is de afgelopen eeuw zwaar betwist. In 1970 waren wetenschappers ervan overtuigd dat het broeikaseffect van CO₂ al verzadigd was, zelfs bij concentraties van het begin van de Industriële Revolutie (1850) toen het CO₂ niveau rond de 300 deeltjes per miljoen lag. Verzadiging betekent dat het toevoegen van meer CO₂ geen meetbaar effect meer heeft op de globale temperaturen.
Later begonnen sommige klimaatwetenschappers aan dit feit te twijfelen, hoewel het nooit wetenschappelijk is weerlegd. Het is dus belangrijk om de beschikbare gegevens over de historische CO₂ concentraties op te nemen in dit overzicht.

De geologische tijdschaal - 570 miljoen jaar

Op deze tijdschaal zien we de grootste klimaatschommelingen. De continenten werden gevormd en daardoor veranderden de oceaanstromingen.
De gemiddelde temperatuur was erg hoog, 15 tot 20 °C hoger dan nu. Gedurende het grootste gedeelte van deze periode werden nergens ter wereld temperaturen onder nul gemeten, ijskappen ontbraken.
De CO₂-niveaus waren zeer hoog, meer dan 5.000 deeltjes per miljoen gedurende het grootste deel van deze periode. Dat is 12 keer het huidige niveau. Het leven op aarde groeide voorspoedig, de continenten waren bedekt met dichte bossen en in de oceanen begonnen koraalriffen te groeien. Veel van het beschikbare koolstof werd op natuurlijke wijze opgeslagen in de vorm van diepe oceaansedimenten, koolstofhoudende gesteenten en fossiele brandstoffen zoals steenkool, olie en aardgas.
Het is heel duidelijk dat op deze tijdschaal gezien, zowel de huidige temperaturen als de huidige CO₂-concentraties extreem laag zijn. Er is echter geen duidelijke correlatie tussen temperatuur en CO₂-niveaus. Andere factoren zoals continentvorming, vulkanisme en oceaanstromingen domineerden de klimaatveranderingen.

De tijdschaal van het Kwartair - 2,5 miljoen jaar

Deze tijdschaal wordt gemarkeerd door de huidige ijstijd.

In deze periode zijn er meer dan 30 glaciale periodes geweest. Deze glaciale periodes worden afgewisseld met interglacialen, waarvan elke ongeveer 10 duizend jaar duurt. Het Holoceen is het huidige interglaciaal waarin we leven.
In één volledige glaciale cyclus fluctueren de wereldwijde gemiddelde temperaturen rond de 12 °C tussen het koudste glaciale minimum en het warmste interglaciale optimum.
Gedurende deze hele ijstijd van 2,5 miljoen jaar was er in beide poolstreken van de Aarde permanent landijs aanwezig. Tijdens een glaciale periode kan de ijskap van de Noordpool zich zo ver zuidelijk uitbreiden dat de huidige locaties van New York en Londen erdoor bedekt worden.
De bovenstaande afbeelding geeft de laatste drie glaciale cycli weer.
Op deze tijdschaal gezien leven we momenteel in een warme periode waarin de mensheid zich heeft kunnen ontwikkelen. We zien echter dat het huidige interglaciaal niet zo warm is als de voorafgaande warme periodes. De huidige temperaturen zijn dus niet uitzonderlijk of extreem in deze context.

Tijdens het Kwartair volgen CO₂-concentratie en temperatuur elkaar op de voet. De vraag is dus wat de oorzaak is en wat het gevolg.
Als we de "officiële" broeikasgashypothese volgen, zoals gepubliceerd in de verschillende IPCC-rapporten, volgt de temperatuur de CO₂-concentratie. Dus de relatie zou zijn:


Deze redenatie laat een grote vraag onbeantwoord: wat veroorzaakte de cyclische variatie van de CO₂-concentratie? Welke cyclische invloed veroorzaakte het vrijkomen van koolstof uit de natuurlijke afzettingen zoals diepe zeesedimenten, koolstofhoudende rotsen, fossiele brandstoffen en CO₂ opgelost in zeewater?
Bestaat er bewijs voor... zoiets als cyclische vulkaanuitbarstingen, die zich elke 100 duizend jaar herhalen? Mysterieuze cyclische verticale zeestromingen die koolstofrijke sedimenten iedere de 100 duizend jaar naar de oppervlakte brengen? Of intelligent leven dat elke 100 duizend jaar verschijnt, fossiele brandstoffen verbrandt en dan verdwijnt?
Nee. Er lijkt geen logisch antwoord te zijn op deze vraag voorhanden te zijn.

Als we echter de relatie tussen CO₂ en temperatuur omdraaien, CO₂ volgt temperatuur, krijgen we de volgende redenatie:


Nu valt alles op zijn plaats.
De Milankovitch-cycli zijn kleine veranderingen in de aardbaan rond de zon, zoals de tolbeweging van de aardas (precessie), excentriciteit en variaties in de axiale helling die cyclische variaties in de input van zonne-energie veroorzaken. Deze externe invloeden resulteren in de cyclische temperatuurschommelingen die zich manifesteren als glaciale periodes en interglacialen, min of meer op dezelfde manier als de axiale kanteling van de aarde de jaarlijkse seizoenen veroorzaakt, maar dan met een veel langere cycluslengte.
Warme oceanen kunnen minder CO₂ bevatten, dus wanneer oceanen opwarmen, komt CO₂ uit de oceanen vrij in de atmosfeer.
Omdat aan het begin van iedere opwarmingscyclus de CO₂-niveaus extreem laag zijn, beneden het verzadigingspunt van haar broeikaseffect, kan er een kleine positieve feedback optreden van door CO₂ veroorzaakte opwarming die samen met de andere natuurlijke factoren de Aarde uit iedere glaciale toestand helpt te tillen. Maar als de temperatuur en het CO₂-niveau een bepaald punt bereiken stopt de opwarming.

We moeten concluderen dat CO₂-concentratie de temperatuur volgt. Temperatuurschommelingen zijn de oorzaak, de variaties in het CO₂-niveau zijn het gevolg.

Om de figuur meer perspectief te geven, is de recente CO₂-concentratiepiek helemaal rechts in de grafiek opgenomen. Het is vrij duidelijk dat de CO₂-niveaus de afgelopen 100 jaar fors zijn gestegen, volledig uit de pas met de natuurlijke variatie. Hoogstwaarschijnlijk is deze toename te wijten aan menselijke emissies. Door het verbranden van fossiele brandstoffen komt de koolstof vrij die in die vorm lag opgeslagen. Dit proces is essentieel voor menselijke ontwikkeling in de vorm van voedselproductie, transport, medicijnen en andere verbeteringen voor het welzijn van de mensheid.
Hoewel de CO₂-niveaus met bijna 50% zijn gestegen, is er geen overeenkomstige piek in de wereldwijde temperaturen. Meer over de periode van recente opwarming verderop in dit artikel.

Het Holoceen – 10 duizend jaar

Vijftienduizend jaar geleden begonnen de wereldwijde temperaturen te stijgen en kwam de Aarde uit de afgelopen glaciale periode.

Welkom in het Holoceen!

Dit interglaciaal heeft de mensheid als nooit tevoren de kans gegeven zich te ontwikkelen.
Het Holoceen Optimum werd 8000 jaar geleden bereikt met temperaturen rond de 4 °C hoger dan tegenwoordig. Sindsdien zijn de temperaturen gestaag gedaald, met enkele onderbrekingen zoals de Minoische warme periode (3.500 jaar geleden), de Romeinse warme periode (2.000 jaar geleden), het Middeleeuws klimaatoptimum (1.000 jaar geleden) en een scherpe daling tijdens de Kleine IJstijd die 200 jaar geleden eindigde.
Op deze schaal leven we in een koude periode die herstelt van de extreme kou van de Kleine IJstijd. Meer dan 90% van het Holoceen was warmer dan nu.

Recente opwarming – 200 jaar

De temperaturen zijn zich aan het herstellen van de koudste periode van het Holoceen, de Kleine IJstijd. Er is dus de afgelopen 200 jaar wat opwarming geweest.
Soms was er een duidelijke positieve correlatie tussen CO₂ en temperatuur, maar gedurende twee perioden, van 1940 tot 1975 en sinds 2000 tot nu, is de correlatie omgekeerd. Toenemende CO₂-concentraties in combinatie met dalende temperaturen.
Dit is in tegenspraak met de broeikasgashypothese.

Conclusies

Bekijk de feiten zonder vooroordelen.

Tom van Leeuwen, November 2018.