Hoe de mens een nieuwe ijstijd tegenhield

In Hoe gaan we dit uitleggen beschrijft De Correspondent-journalist Jelmer Mommers een van de grootste problemen van onze tijd: klimaatverandering. Knack biedt u graag een fragment aan.

Tijdens ijstijden, de koude periodes waarin ijskappen een groot deel van de wereld bedekken, is de hoeveelheid zonnestraling op het noordelijk halfrond relatief laag en is er relatief veel CO2 opgeslagen in de oceanen.

Warmere periodes beginnen als de zonnestraling op het noordelijk halfrond geleidelijk toeneemt door schommelingen in de aardbaan. De ijskappen beginnen dan te smelten en de oceanen warmen op.

Naarmate het zeewater warmer wordt, laat het meer CO2 los, zoals prik uit een glas cola sneller verdwijnt als je het in de zon zet. Eenmaal in de dampkring versterkt de vrijgekomen CO2 de opwarming die door de extra zonnestraling in gang is gezet.

Dankzij dit natuurlijke proces brak 11.650 jaar geleden ons warme tijdperk aan. Er zweefden toen ongeveer 260 deeltjes CO2 per miljoen deeltjes in de lucht (de eenheid hiervoor is ‘ppm’, ‘parts per million’ of ‘deeltjes per miljoen’). Het was aangenaam warm, en het klimaat was stabiel genoeg voor de ontwikkeling van de landbouw.

In onze lange mars naar moderniteit hebben we vervolgens als soort iets unieks gepresteerd: we hebben de volgende ijstijd voorlopig tegengehouden.

Bizar! Hoe dan?

Als wij de CO2-concentratie niet hadden opgekrikt, zou de aarde nu op weg zijn naar een nieuwe ijstijd. De planeet krijgt nu ongeveer net zo veel (lees: weinig) energie van de zon als tijdens het hoogtepunt van de laatste ijstijd. En zonder menselijke invloed zou de CO2-concentratie de afgelopen duizenden jaren langzaam zijn gaan dalen.

Vergelijk het met hoe je lever alcohol in je bloed afbreekt. De aarde ontdoet zich van hoge CO2-concentraties door een aantal natuurlijke processen, waarvan de verwering van steen het belangrijkste is.

Dit verweringsproces is extreem traag en machtig: CO2 opgelost in regenwater reageert met gesteente, spoelt in opgeloste vorm via rivieren uit naar zee, en wordt daar door organismen benut om kalkskeletjes te bouwen. Uiteindelijk, als die diertjes sterven, belandt het C-molecuul uit CO2 – de koolstof – op de bodem van de oceaan. Over een periode van tienduizenden jaren verkruimelen zo zelfs de grootste bergen, en tijdens die ‘erosie’ verdwijnt er CO2 uit de lucht.

Kortom: als je lang genoeg wacht, maakt de natuur hoge concentraties CO2 in de lucht onschadelijk, omdat er jaar in jaar uit iets meer CO2 uit de atmosfeer verdwijnt. Het gevolg is afkoeling, groeiende ijskappen, en uiteindelijk – nog weer duizenden jaren later – een nieuwe ijstijd.

Maar op dit moment zijn we juist níét op weg naar een nieuwe ijstijd. Meetstations over de hele wereld laten zien dat het inmiddels ruim een graad warmer is dan vóór het begin van de industriële revolutie. Hoe kan dat, hoe hebben we dat gepresteerd?

De landbouwrevolutie: opwarming 1.0

De huidige opwarming begon met ontbossing. In iedere boom, en in de bodem van een gezond bos, zit koolstof opgeslagen. Maar als we een bos omhakken of afbranden, dan komt een groot deel van die koolstof vrij – in de vorm van het gas CO2.

Het omgekeerde gebeurt als een plant of bos groeit: dan wordt CO2 uit de lucht vastgelegd en door de plant of boom als bouwstof gebruikt. Voilà: een kringloop van leven. Maar als er structureel meer bos verdwijnt dan er aangroeit, stijgt de concentratie van CO2 in de atmosfeer en wordt het warmer.

De Amerikaanse klimatoloog William F. Ruddiman is in 2003 de eerste die met deze hypothese komt: dat onze soort het klimaat al ging beïnvloeden toen we op grote schaal bomen begonnen te kappen om akkers aan te leggen.

Zijn stelling strookt met de reconstructies: zo’n 7.000 jaar geleden begon de CO2-concentratie in de lucht inderdaad te stijgen, van 260 ppm aan het begin van ons warme tijdvak tot 280 ppm vlak vóór het begin van de industriële revolutie.

De concentratie van methaan (CH4), een ander broeikasgas, ging 5.000 jaar geleden ook omhoog. Volgens Ruddiman komt dat door de rijstplantages die mensen rond die periode begonnen aan te leggen. Ze zetten stukken grond onder water, waardoor planten gingen rotten. Rottende planten en rijstplanten stoten methaan uit.

Dat is een venijnig gas: het houdt zeker tachtig keer zo veel warmte vast als CO2, en is verantwoordelijk voor minstens 17 procent van de huidige opwarming. Het enige voordeel van dit gas is dat methaan gemiddeld ‘maar’ negen jaar in de lucht zweeft voor het uit elkaar valt. Maar de reactie waardoor methaan verdwijnt, levert helaas weer CO2 op.

Toen Ruddiman in 2003 zijn hypothese publiceerde, was die nog controversieel. Maar de afgelopen jaren stortten vele wetenschappers zich op Ruddimans bewering en telkens blijkt het bewijs alleen maar sterker.

Langzaam ontstaat er consensus over een van de meest fascinerende feiten uit onze geschiedenis: zonder het te weten zijn we ruim 7.000 jaar geleden al begonnen een nieuwe ijstijd uit te stellen.

De gestaag afnemende zonnestraling op het noordelijk halfrond werd de afgelopen duizenden jaren gecompenseerd door de extra opwarming als gevolg van de uitstoot van landbouwers. Het resultaat was een relatief stabiel klimaat: stabiel genoeg voor de ontwikkeling van moderne beschavingen, arena’s, universiteiten en later kuststeden met miljoenen inwoners.

Natuurlijk: er waren altijd schommelingen. Droogtes konden hele beschavingen te gronde richten – zo kwamen Mesopotamië en de Mayacultuur aan hun einde. Maar die lokale schommelingen vonden altijd plaats binnen een vrij smalle bandbreedte. 10.000 jaar lang varieert de gemiddelde temperatuur op aarde nauwelijks – een maximale afwijking van 0,7 graad Celsius van het gemiddelde, dat was het summum. Deze omstandigheden bleken voor ons optimaal om ons te ontwikkelen van jager-verzamelaars tot de mensen die we nu zijn.

Als we het bij die relatief beperkte CO2-uitstoot van vóór de industriële revolutie hadden gelaten, waren de gevolgen waarschijnlijk gunstig. Noem het opwarming 1.0, de milde variant. Het resultaat was een aangenaam stabiel klimaat. Genoeg CO2 en methaan in de lucht om een nieuwe ijstijd tegen te houden. Knap gedaan.

Maar we schoten door.

Fossiele brandstoffen: opwarming 2.0

Met de komst van de industriële revolutie gingen we fossiele brandstoffen gebruiken, in gigantische hoeveelheden. Dit resulteerde in opwarming 2.0 – meer, sneller, gevaarlijker.

Waarom is het gebruik van olie, gas en kolen zo link voor het klimaat? Even terug naar het begin: fossiele brandstoffen ontstaan als boom- en plantenresten, plankton en ander organisch materiaal in de aardkorst worden samengeperst. Dit gebeurt onder extreem hoge druk en gedurende extreem lange periodes – duizenden tot miljoenen jaren.

De CO2 die planten tijdens het groeien uit de lucht hebben opgenomen, verdwijnt zo als koolstof in de grond. Veilig opgeborgen. Naast de verwering van steen – de verkruimelende bergen die koolstof afvoeren – is dit de tweede manier waarop de natuur CO2 onschadelijk maakt.

Maar deze veilige opslag wordt tenietgedaan als mensen deze brandstoffen opgraven en verbranden – want tijdens de verbranding wordt die koolstof weer omgezet in CO2. Tussen 1750 en 2018, in krap 270 jaar, steeg de CO2-concentratie door ons toedoen met ruim 50 procent – van 280 tot 410 ppm. Dat is een krankzinnig snelle groei.

Als je het tempo waarin wij broeikasgassen uitstoten vergelijkt met eerdere klimaatveranderingen in de geschiedenis van de aarde, zie je goed hoe uitzonderlijk onze invloed is. Tijdens het laatste deel van de vorige ijstijd, bijvoorbeeld, steeg de CO2-concentratie gedurende een periode van ruim 7.000 jaar van 190 naar ruim 260 ppm aan het begin van ons warme tijdvak. Dat is een stijging van ongeveer 0,01 ppm per jaar. De verschuiving die wij hebben ingezet vanaf de industriële revolutie, is ongeveer 0,5 ppm per jaar. Wij gaan dus vijftig keer zo snel.

Als langzaam stromende lava het tempo van de natuur is, dan zijn wij een skydiver in vrije val.

CO2 is het belangrijkste broeikasgas dat we uitstoten, het veroorzaakt bijna twee derde van de huidige opwarming. Maar het is niet alleen CO2: ook de concentratie van methaan, lachgas en andere broeikasgassen is in de afgelopen 150 jaar flink gestegen. In de 66 miljoen jaar geologische geschiedenis waarover we enigszins betrouwbare reconstructies hebben, is geen precedent te vinden voor dit tempo van klimaatverandering. Vergeleken met 1750 stevenen we nu af op een gemiddelde wereldwijde opwarming van 3 à 4 graden Celsius aan het einde van deze eeuw.

Dat lijkt een kleine verandering – de lokale temperatuurschommelingen tussen dag en nacht zijn een stuk groter. Maar zo’n variatie in de gemiddelde wereldtemperatuur heeft gigantische gevolgen.

Vergeet niet dat het verschil tussen een wereld van sneeuw en ijs – de vorige ijstijd – en het begin van ons comfortabel warme tijdvak ‘slechts’ 3 tot 8 graden was. De 3 à 4 graden extra opwarming die wij nu dreigen te veroorzaken, kunnen ons naar een toekomst voeren waarin grote delen van de aarde onleefbaar warm zijn, zoals grote delen van de aarde tijdens een ijstijd onleefbaar koud zijn.

Vergelijk het met je lichaamstemperatuur: constant 37 graden, met maximaal een halve graad variatie. Binnen die supersmalle marge werken onze lijven. Daarbuiten liggen onderkoeling, koorts, permanente breinschade en dood op de loer.

Een beetje verhoging of een tijdelijke rilling: dat hebben we in de recente geschiedenis al wel meegemaakt. Voortdurende hoge koorts? Dat is nieuw. En gevaarlijk.

Meestal merken we pas hoe nuttig een evenwicht is als het wegvalt.

(On)zekerheid in de klimaatwetenschap

Hoe vast staat dit allemaal? Zoals elke wetenschap heeft de klimaatwetenschap haar onzekerheden. Hoe warm het de komende eeuwen precies wordt, weten we niet. Dat hangt voor een belangrijk deel af van de hoeveelheid broeikasgassen die we de komende decennia uitstoten. Specifieke gevolgen op specifieke plekken zijn moeilijk te voorspellen.

En er is veel dat wetenschappers nog niet weten. Hoe wolkvorming in een warmer klimaat de opwarming verergert of vermindert, bijvoorbeeld. Het recente onderzoek dat ik eerder noemde – de voorspelling dat een deel van de wolken zou kunnen verdwijnen – suggereert welke kant het eventueel op kan gaan, maar het laatste woord is hier nog niet over gezegd. En hoe innovatief mensen de komende eeuwen op de opwarming reageren, is natuurlijk ook nog onvoorspelbaar.

Maar over de basale principes van klimaatverandering is sinds eind negentiende eeuw, toen Tyndall aan zijn experimenten begon, veel zekerheid en consensus ontstaan.

Een belangrijke reden daarvoor is dat onderzoekers steeds meer zijn gaan meten. In 1958 installeerde de Amerikaan Charles David Keeling een CO2-meetstation op een observatorium in Hawaï. De metingen die daar sindsdien gedaan zijn, geven een betrouwbaar beeld van de gemiddelde hoeveelheid CO2 in de dampkring. De ‘Keelingcurve’ die naar hem vernoemd is, laat zien hoe de CO2-concentratie voortdurend verder omhoog kruipt.

Weer andere meetstations, verspreid over de hele aarde, laten zien dat de wereldwijde temperatuur slaafs meebeweegt met de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer. Precies zoals je zou verwachten.

In de jaren zestig bouwden handige nerds de eerste moderne klimaatmodellen. Ook in virtuele nabootsingen van het wereldwijde klimaat blijkt het kwik mee te bewegen als je de variabele CO2 omhoogschroeft. Oliebedrijven bevestigden al vroeg wat er speelde: de Amerikaanse gigant Exxon concludeerde op basis van eigen onderzoek in 1977 onomwonden dat de wereld opwarmt door de verbranding van fossiele energie.

Vanaf eind jaren zeventig is de klimaatwetenschap steeds volwassener geworden, en werden de conclusies steeds robuuster. Overheden begonnen zich in toenemende mate zorgen te maken. In 1988 leidde dat tot de oprichting van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), een wetenschappelijke organisatie van de Verenigde Naties die eens in de vijf à zes jaar een rapport uitbrengt dat alle klimaatwetenschap samenvat die in voorgaande jaren in peer-reviewed tijdschriften is gepubliceerd. Per rapport worden honderden deskundigen uitgenodigd om mee te werken en worden duizenden studies geanalyseerd.

Door nog eens kritisch te kijken naar alle wetenschappelijke claims die in voorgaande jaren zijn gedaan, kunnen de deskundigen van het IPCC de balans opmaken. In zo’n vijf-zesjaarlijks IPCC-rapport staat precies aangegeven over welke klimaatfenomenen nu grote zekerheid is, en wat er nog verder moet worden uitgezocht. Het recentste IPCC-rapport, uit 2018, werd geschreven door 91 onderzoekers uit 40 landen, en vervolgens nog eens gecheckt door 489 deskundigen uit 61 landen. Zij leverden 12.895 commentaren op het concept.

Perfect is dat proces niet; mensen zijn feilbaar. Het is zelfs niet uit te sluiten dat het wereldwijde klimaatonderzoek de grootste groupthink uit de geschiedenis is: dat de duizenden klimaatwetenschappers die elk jaar nieuwe studies publiceren elkaar steeds weer bevestigen in ongefundeerde denkbeelden, en dat er zo gaandeweg een beeld is ontstaan dat helemaal niet strookt met de werkelijkheid. Dan is het wachten op een nieuwe Galileo Galilei die alle dogma’s verplettert met één baanbrekende nieuwe theorie.

Maar dat is extreem onwaarschijnlijk. Want de basis van de moderne wetenschap is nu juist: kritische analyse van elkaars werk, continu debat, steeds weer scheiden van zin en onzin. Door de jaren heen zijn alle mogelijke oorzaken van de huidige opwarming tegen het licht gehouden. De meetinstrumenten zijn afgesteld en nog eens afgesteld, alle waarnemingen zijn getoetst en nog eens getoetst. En juist door al dat werk en door al die discussies, door het vergelijken van verschillende bewijzen en verschillende metingen, is de robuustheid van de klimaatwetenschap zo enorm gegroeid. We zijn nu op het punt dat 97 procent van de deskundigen – de auteurs van peer-reviewed artikelen in de wetenschappelijke bladen – het erover eens is: menselijke uitstoot van broeikasgassen veroorzaakt de huidige opwarming. Geen andere factor kan verklaren waarom het klimaat nu zo gevaarlijk opwarmt. De statistische kans dat de opwarming toevallig is – en dus niet door de mens komt – is kleiner dan 1 op 3,5 miljoen. Oftewel, 0,00003 procent.

De kleine groep mensen die hier nog aan twijfelt is luid, maar heeft het klimaat bijna nooit zelf bestudeerd. Doen alsof er in de wetenschap nog serieus ‘debat’ bestaat over de oorzaken of de ernst van de huidige opwarming, zoals sommige politici doen, is dus pure onwetendheid. Of misleiding.

Waarom CO2 ons eeuwenlang zal achtervolgen

Hadden de zelfbenoemde sceptici maar gelijk, denk ik soms. Toen ik opgroeide in de jaren negentig, heerste er in het Westen hoop voor de toekomst. Als we vooruit keken, zagen we een weg die steeds breder zou worden – dat was ons beeld van vooruitgang. Ik had een Nintendo en een Eastpak en negenennegentig problemen waarvan ‘het klimaat’ er niet één was.

Waarschijnlijk is het nostalgisch van me, maar ik zou het fantastisch vinden als ik de onbezorgdheid van toen kon terugkrijgen. Ik zou willen dat iemand me een steekhoudend argument gaf om het hele klimaatdebat links te laten liggen. Maar het probleem is nu juist dat onze CO2-uitstoot ons nog eeuwenlang zal achtervolgen. Omdat die uitstoot zo absurd groot is.

Om je een gevoel van de schaal te geven: mensen dumpen nu jaarlijks ongeveer 41 miljard ton CO2 in de atmosfeer. Alleen dat gewicht is al bijna onvoorstelbaar. 1 ton is duizend kilogram. Er is geen object op aarde te vinden dat 41 miljard ton weegt. Als je alle 8 miljoen personenauto’s in Nederland op een weegschaal zou zetten, zouden ze samen nog maar 0,01 miljard ton wegen. Elk jaar blazen we dus een ondenkbaar zwaar object de lucht in, in de vorm van triljoenen moleculen CO2.

We bereiken dit immense volume doordat overal waar fossiele brandstoffen worden verbrand CO2 opstijgt: het komt uit schoorstenen en auto’s, uit fabrieken en vliegtuigen, uit elektriciteitscentrales en containerschepen. Driekwart van alle uitstoot is hier het gevolg van. De verbranding van steenkool de meeste CO2-uitstoot, dan aardolie, dan gas. En zo’n 5 van de 41 miljard ton CO2 gaat de lucht in door het verlies van bos.

Een deel van al deze CO2 wordt ieder jaar weer opgenomen door groeiende planten en bomen en door de oceaan. Jaarlijks verdwijnt er door deze natuurlijke ‘gootstenen’ zo’n 21 miljard ton CO2 uit de lucht. Dat is ongeveer de helft van onze uitstoot – behoorlijk veel. En het goede nieuws is dat deze gootstenen de afgelopen decennia al méér CO2 zijn gaan opnemen omdat er ook meer CO2 in de lucht zit. Logisch: veel planten groeien harder bij hogere CO2- concentraties.

Sceptici wijzen hier vaak op om te beweren dat CO2 goed is voor het leven op aarde, en deels hebben ze gelijk. Het leven op aarde kan niet zonder CO2.

Delen van China, Rusland, Europa, India en Noord-Amerika zijn de afgelopen decennia inderdaad aanzienlijk groener geworden. Dat is deels te danken aan de hogere CO2- concentratie, en deels aan herbebossing en landbouw. Maar dit positieve effect wordt deels weer teniet gedaan door kap van oerbos in tropische gebieden, en door de degradatie van bossen in noordelijke streken.

Sowieso is een airbag niet genoeg om een ongeluk te voorkomen. Hoe hard de bossen en de zeeën ook werken om onze uitstoot weer op te zuigen, ze kunnen niet eigenhandig opboksen tegen dat enorme volume van 41 miljard ton per jaar – een volume dat tot op heden bijna continu toeneemt.

We kunnen wel proberen het afbraakproces van CO2 uit de atmosfeer te versnellen, bijvoorbeeld door op massale schaal nieuwe bossen aan te planten. Maar ook deze nieuwe airbags zitten op enig moment vol – hun potentie om de opwarming te temperen is dus tijdelijk, en beperkt. De concentratie CO2 zal daarom jaar in jaar uit blijven stijgen, en dat zal pas stoppen als we (bijna) geen extra broeikasgas meer aan de dampkring toevoegen.

Zelfs als we een magische manier zouden vinden om morgen alle CO2-uitstoot te beëindigen, hangt over duizend jaar 15 tot 40 procent de CO2 die wij hebben geproduceerd nog in de lucht. Het zal tienduizenden jaren duren voordat de natuur al dat broeikasgas onschadelijk heeft gemaakt, net zo lang als het duurt voordat radioactief afval onschadelijk is geworden.

Technologie kan dit niet voor ons ‘oplossen’: er bestaat geen technologie die jaarlijks miljarden tonnen CO2 uit de lucht kan schrobben. Er wordt wel aan gewerkt: wereldwijd bouwt een handvol onderzoeksteams aan CO2-filters, maar de spaarzame succesvolle experimenten slagen er hoogstens in om enkele tonnen CO2 per dag vast te leggen. Als we deze techniek in de toekomst op grote schaal zouden willen gebruiken, zou de hele aarde moeten worden volgebouwd met CO2-afzuigers, in feite gigantische luchtwassers. Met de huidige stand van de techniek zou het verwijderen van één procent van de jaarlijkse uitstoot dan zo’n 400 miljard dollar per jaar kosten.

Het onder de grond opslaan van de CO2 zou nog meer kosten met zich meebrengen. Toch zouden we er eeuwenlang mee door moeten gaan om onze uitstoot te compenseren. Niet erg aantrekkelijk, en de komende decennia niet eens haalbaar.

Een veel makkelijkere oplossing? Stoppen met het uitstoten van broeikasgassen. Zolang we dat niet doen, zullen de gevolgen zich opstapelen.