koraalrif

Dit is deel zes van zeven artikelen over kantelpunten in klimaatverandering. Hierin kijken we naar de mogelijke kantelpunten door verzuring en verwarming van het oceaanwater.

Bij klimaatopwarming door het broeikaseffect wordt meestal over CO2 gesproken, in mindere mate over methaan en soms over een paar andere heel vervelende gassen zoals N2O, Ozon en Freonen.

Vraag Offerte aan

Toch is waterdamp eigenlijk het allerbelangrijkste gas voor de temperatuurregeling van de aarde. Hoewel de absorptie van warmtestraling per kilogram niet zo groot is als die van de andere boosdoeners, is de concentratie in de atmosfeer wel circa 125 keer groter dan van CO2 zodat uiteindelijk 60 % van de totale hoeveelheid geabsorbeerde warmte door waterdamp wordt veroorzaakt. In sommige publicaties wordt zelfs gesproken over 95%.

Dat water toch meestal niet als broeikasgas wordt beschouwd, komt enerzijds doordat waterdamp binnen enkele dagen tot weken op grotere hoogte door de lage temperatuur condenseert en weer als sneeuw en water terugkeert naar de aarde. Anderzijds komt dit doordat wolken ook een Albedo effect hebben, waardoor zonlicht terugkaatst. Die hoeveelheid teruggekaatst licht door wolken verandert natuurlijk met de dag en de wolken verplaatsen zich voortdurend over de aardbol zodat het totale effect moeilijk is te kwantificeren. Tenslotte is het verleidelijk om te veronderstellen dat er altijd al eenzelfde hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer geweest is en lijkt het evident dat de mens op geen enkele manier in staat is de hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer te reguleren.

Hogere luchtvochtigheid

Desondanks is er een hypothese die stelt dat waterdamp wel een belangrijke positieve terugkoppeling veroorzaakt. Om dat te kunnen bepalen is op zijn minst nodig dat we weten of de vochtigheid wel of niet toeneemt. Dat is helaas nog niet zo eenvoudig.

Omdat de bovenste waterlaag van de oceanen gemiddeld 0,5 tot 1 graad warmer is geworden, is er wat meer energie beschikbaar voor verdamping. Dat kan echter alleen als ook de lucht boven het wateroppervlak warmer wordt zodat die lucht meer waterdamp kan bevatten. Per graad opwarming van de lucht kan die 7% meer waterdamp bevatten.

Voor zowel water als lucht geldt dat de temperatuur zeer ongelijk verdeeld is. Van de evenaar tot de polen verloopt de temperatuur van de oceanen van 30 naar 0 graden. De temperatuur van de lucht verloopt in horizontaal vlak zelfs van 25 graden naar min 30 graden. In verticale richting verloopt die volgens een grillig patroon. Tot 5 km hoogte wordt de temperatuur per 100 meter een graad kouder, maar op grotere hoogte tot op 50 km is de lucht weer warmer en op nog grotere hoogtes verlopen de temperaturen weer anders. De meeste waterdamp zal niet hoger komen dan 5 km, maar soms, zoals boven orkanen kan vochtige lucht tot 15 km opstijgen. Het is daarom erg moeilijk te berekenen hoeveel waterdamp er in de totale luchtkolom zit en het is al helemaal moeilijk te bepalen of dit is toegenomen.

Toch zijn er knappe koppen die hebben berekend dat dit laatste het geval is. Sinds 1970 zou, berekend over de totale luchtkolom, 4 % meer vocht in de atmosfeer zitten. De terugkoppeling door verhoging van de luchtvochtigheid met 4 % zou betekenen dat de opwarming twee keer zo snel verloopt als alleen door CO2. Door moderne meetapparatuur op nieuwe satellieten hoopt men meer zekerheid te verkrijgen over de rol van waterdamp als positieve terugkoppeling.

Bewolking

Bewolking ontstaat doordat warme vochtige lucht opstijgt naar gebieden met een lagere temperatuur zodat de waterdamp condenseert tot kleine druppels. Iedereen weet dat het in een heldere nacht kouder wordt dan in een bewolkte nacht, doordat de bewolking als een deken werkt en de warmte uitstraling vermindert. Dus als er meer bewolking zou komen doordat de oceanen warmer zijn en er meer water verdampt zou de aarde nog warmer worden. Dit lijkt een duidelijk en betrekkelijk eenvoudig mechanisme dat zorgt voor positieve terugkoppeling. Maar zo eenvoudig is het niet. Bewolking kaatst ook het zonlicht terug zodat de aarde minder straling krijgt. Men schat dat de aarde zonder bewolking daardoor minstens 10 graden warmer zou zijn.

Vanwege deze reflectie van zonlicht zou het dus tot een negatieve terugkoppeling leiden indien er door warmer oceaanwater meer bewolking zou komen. Het is echter helemaal nog geen uitgemaakte zaak dat er ook meer bewolking komt. Daarvoor zouden langjarige metingen over het gehele aardoppervlak beschikbaar moeten zijn. Ook moeten instraling en uitstraling per breedtegraad tegen elkaar worden afgewogen.

Het is natuurlijk denkbaar dat moderne satellieten dit kunnen meten, maar door de sterke variatie van dag tot dag en de beweging van het wolkendek over de aarde valt dit nog niet mee. Dan maakt het ook nog uit hoe dik het wolkendek is en op welke hoogte de bewolking zich bevindt. Tenslotte is er nog de invloed van ijskristallen in het wolkendek. Sommige wolken bevatten meer ijskristallen dan andere.

Boven Antarctica ligt vaak een wolkendek met veel ijskristallen en die kaatsen het zonlicht sterker terug dan waterdruppels. Zou de luchttemperatuur boven Antarctica 4 graden warmer worden dan verdwijnen die ijskristallen zodat de reflectie zonlicht met 10% afneemt en dan hebben we weer een positieve terugkoppeling. Men heeft berekend dat de opwarming van de aarde dan net zo veel zal toenemen als door alle CO2 die mensen hebben toegevoegd.

Hoewel de invloed zeer groot kan zijn, kunnen positieve en negatieve terugkoppelingen elkaar meer of minder opheffen. De wetenschap is er nog niet uit wat het wordt en verschillende modellen komen tot verschillende resultaten.

Toename van orkanen door hogere watertemperatuur

Uit een recente studie naar 4000 tropische cyclonen in de afgelopen 39 jaar blijkt met 95% betrouwbaarheid dat in de gebieden met de hoogste klimaatopwarming meer tropische stormen uitgroeien tot orkanen en meer orkanen tot extreem sterke orkanen.

Deze trend ligt erg voor de hand omdat orkanen alleen ontstaan als de temperatuur van het zeewater hoger is dan 25 graden. Toch is het moeilijk te bewijzen omdat orkanen van alle tijden zijn en de variatie in aantal, kracht en koers enorm groot is.

Er is daarentegen geen reden om te verwachten dat meer en sterkere orkanen ook weer een positieve terugkoppeling veroorzaken op de opwarming. Eigenlijk zou er zelfs een negatieve terugkoppeling kunnen zijn omdat door condensatie van water op grote hoogte meer dan 99 % van de energie in een orkaan naar de ruimte wordt afgevoerd. Ondanks dat het per orkaan om een enorme hoeveelheid energie gaat, is de bijdrage aan de totale hoeveelheid energie die de aarde aan de ruimte afgeeft echter zeer gering.

Toename zuurstofloze (anaerobe) zones en verandering van de grote circulatie

Een uitgebreid onderzoek gepresenteerd tijdens IUCN COP 25 te Madrid heeft aan het licht gebracht dat er een dramatische toename plaatsvindt van het aantal zones in de oceanen dat weinig of geen zuurstof bevat, zogenaamde dead zones.

dead zones

Image: UN Intergovernmental Oceanographic Commission GO2NE working group

Deze toename wordt in verband gebracht met klimaatverandering. Het mechanisme lijkt simpel en we kennen het van de spronglaag in zoetwatermeren: Doordat het water aan de oppervlakte sterker opwarmt dan in de diepte, wordt de soortelijke massa lager zodat het warme water op het koude water drijft en er een sterkere scheiding optreedt tussen de bovenlaag en het diepe water. Toch is het te simpel om de toename van het aantal dead zones alleen aan dit mechanisme toe te schrijven.

ocean current

Oceaan stromen - bron: sron

De menging van al het water in de oceanen op aarde is een buitengewoon ingewikkelde zaak. Volledige menging door de zogenaamde MOC (Meridional Overturning Circulation ook wel genoemd Global Conveyor Belt) neemt ongeveer duizend jaar in beslag en wordt niet alleen beïnvloed door temperatuurverschillen maar ook door verschillen in zoutconcentraties, ijsmassa’s, smeltwater, wind, hoeveelheid neerslag, de periodieke omkering van de verdeling tussen warm en koud (El Nino ), door de positie van de continenten en door de seizoenen.

De MOC is onderhevig aan tal van natuurlijke fluctuaties op korte en lange termijn en is bovendien verre van ideaal in die zin dat niet alle wateren op aarde even goed met elkaar gemengd worden. Daardoor zijn er van nature grote gebieden waar de zuurstofconcentraties relatief laag zijn. Door de grote natuurlijke variatie en de vele factoren die van invloed zijn, kan met de beste klimaatmodellen van de wereld niet bewezen worden dat de huidige opwarming hier al invloed op heeft of op afzienbare termijn zal krijgen.

Er bestaat weliswaar een hypothese dat de MOC lang geleden (laatste ijstijd tussen 80.000 en 15.000 jaar geleden) tijdelijk is afgeremd of zelfs tot stilstand is gekomen, met dramatische gevolgen voor het klimaat. Maar vrijwel geen enkele wetenschapper denkt dat dit in deze eeuw weer zal gebeuren.

Ook de mogelijkheid dat in de zuurstofloze gebieden zo veel methaan wordt gevormd dat dit in de atmosfeer tot een versterking van het broeikaseffect kan leiden, wordt voor deze eeuw niet waarschijnlijk geacht. Deze hypothese zou eventueel wel één of meer van de grote uitstervingsgolven van honderden miljoenen jaren geleden kunnen verklaren.

Geen klimaatprobleem maar milieuprobleem

De zuurstofarme gebieden langs de kusten zijn bovendien niet veroorzaakt door temperatuurverandering of door fluctuaties in de mondiale circulatie, maar door uitspoeling van meststoffen. Daardoor treedt er versterkte groei van algen op en als die biomassa weer afsterft en naar de bodem zakt verbruikt dat alle zuurstof op die diepte. De uitspoeling van meststoffen kan overigens wel indirect door klimaatopwarming zijn beïnvloed.

Dit is te verklaren door de buitengewone toename van enorme overstromingen in kustgebieden door orkanen en sterke neerslag. Zelfs de beste rioolstelsels zijn daar niet op berekend en veel bemeste landbouwgrond spoelt na hevige regenval uit via de rivieren. Ook de sterke ontbossing kan door een combinatie van hevige regenval na lange droogte via aardverschuivingen en modderlawines tot verhoogde afspoeling van meststoffen leiden.

Koraalsterfte

Verspreid over de regio’s waar het oceaanwater de juiste temperatuur heeft om koralen te kunnen laten groeien is waargenomen dat grote delen van het koraal verbleken en tenslotte afsterven. Er zijn tal van oorzaken waardoor een koraal kan doodgaan, maar men denkt toch unaniem dat een verhoging van de temperatuur de belangrijkste oorzaak is voor de grootschalige verbleking. Vooral een snelle stijging zou fataal zijn.

Door plotselinge omkering van de verdeling tussen warm en koud water ten gevolge van El Nino kan ook de temperatuur van het water in koraalgebieden plotseling meer dan 2 graden warmer zijn dan in de voorafgaande periode. Grootschalige koraalsterfte is het eerst waargenomen in 1998, daarna weer in 2010, 2014 en 2017 steeds in samenhang met de El Nino cyclus.

De gedachte ligt voor de hand dat klimaatverandering waarbij de oceanen 2 graden warmer worden zal leiden tot totale sterfte van alle koraalriffen. De gevolgen daarvan zouden een groot verlies van de biodiversiteit betekenen en ook rampzalig zijn voor de visserij en het duiktoerisme.

Omdat koralen via opname van opgelost CO2 een skelet vormen van calciumcarbonaat en ongeveer de helft van alle kalk in de oceanen uit de kalkskeletten van koraal bestaat, zou men ook kunnen denken dat koralen een belangrijke rol spelen bij het opnemen van CO2. Dit zou betekenen dat het afsterven van koralen een positieve terugkoppeling geeft naar het broeikaseffect. Nader inzicht in de chemie van de reactie laat echter zien dat dit niet het geval is. De rol van koralen op de totale CO2 balans is verwaarloosbaar klein.

Verzuring van oceanen

Van alle CO2 die door menselijk toedoen sinds de industriële revolutie is uitgestoten, is ongeveer 30 tot 40 % in de oceanen opgenomen. Het oplossen van CO2 in zeewater heeft invloed op de chemische evenwichten, met als gevolg dat de zuurgraad toeneemt.

Indien dit langzaam gebeurt kan dat gecompenseerd worden door het oplossen van kalk uit de grote hoeveelheden die in de oceaanbodem en in kalkhoudende gesteenten aanwezig zijn. Ook wordt CO2 voortdurend opgenomen door algen en wieren en vastgelegd in biomassa. Een deel van deze biomassa komt in een voedselketen die na afsterving uiteindelijk naar diepere delen van de oceaan zinkt. In de diepe sedimenten wordt de organische stof weer verder omgezet tot methaan of uiteindelijk gefossiliseerd tot aardolie. Al deze processen verlopen echter zeer langzaam.

Door de grote hoeveelheid van circa 525 miljard ton CO2 die in relatief korte tijd sinds de industriële revolutie is uitgestoten, zijn deze trage processen onvoldoende om de verzuring te compenseren. Sinds 1751 is de pH dan ook gedaald van 8,25 tot 8,07. Bij onverminderde voortzetting van de emissies zou die in 2050 zelfs tot 7,9 kunnen dalen. Men heeft kunnen vaststellen dat de snelheid van deze pH daling groter is dan ooit in 300 miljoen jaar is voorgekomen.

Verzuring heeft meerdere zeer ernstige gevolgen. Allereerst vormt zelfs een klein beetje verzuring een belemmering voor koralen, kalkwieren en schaaldieren om kalk af te zetten voor hun in- en uitwendige kalkskeletten. Dit effect is in combinatie met de hogere temperatuur mede verantwoordelijk voor de enorme sterfte van koralen. Het leidt uiteindelijk ook tot het uitsterven van talloze andere soorten.

Bij een lagere pH (verzuring) en een hogere temperatuur van het zeewater zal er ook minder CO2 vanuit de atmosfeer in het water kunnen oplossen, waardoor een groter deel in de atmosfeer zal blijven en het broeikaseffect sterker wordt. Dit laatste proces is op dit moment nog niet duidelijk waarneembaar.

Samenvatting

Samengevat kan gesteld worden dat warmer oceaanwater diverse zeer grote en ernstige gevolgen kan hebben, maar dat er alleen sprake kan zijn van een sterke positieve terugkoppeling via de toegenomen luchtvochtigheid van de atmosfeer. Dit mechanisme is veel complexer dan het lijkt en het verdient daarom nader onderzoek om te bepalen in hoeverre dat dit ook werkelijk aan de hand is.

Lees de overige delen van de serie via de inleiding.

Bijna iedereen voelt de crisis, ook wij bij Duurzaamnieuws. Een groot deel van onze inkomsten is weggevallen en we vallen buiten de steunmaatregelen. Toch gaan we door, want als dit voorbij is wordt een duurzame opbouw harder nodig dan ooit. Kun jij ons meehelpen om er doorheen te komen? Word dan lid, of help ons met een donatie. - Hier kun je lid worden. - En hier kun je doneren.

Alvast bedankt - en blijf gezond!
Team Duurzaamnieuws