Het klimaat is hot. Bijna dagelijks lezen wij over het broeikaseffect en de gevolgen die dat voor miljarden mensen zal hebben. Alle commotie is gebaseerd op klimaatmodellen die uitwijzen dat de temperatuur op aarde de komende honderd jaar zal stijgen. Meer stormen en overstromingen zullen het gevolg zijn. Maar klimaatmodellen zijn veredelde weermodellen. Hoe kan het dan dat klimaatvoorspellingen zo serieus genomen worden terwijl niemand erop rekent dat de weersvoorspelling voor volgende week zal uitkomen?
Het antwoord op die vraag ligt in het verschil tussen weer en klimaat.
‘Weer’ is de toestand van de atmosfeer op een bepaalde plaats en een bepaald moment. Edward Lorentz, een Amerikaanse meteoroloog, ontdekte waarom weer zo moeilijk is te voorspellen, toen hij begin jaren zestig werkte met een simpel computer model om weerpatronen te simuleren. Hij besloot een oude simulatie te herhalen vanaf een bepaald punt, maar voor het gemak gebruikte hij voor de nieuwe simulatie startwaarden met drie cijfers achter de komma in plaats van de gebruikelijke zes. Tot zijn grote verbazing waren de voorspelde weerpatronen na een maand totaal verschillend. Uit dit experiment bleek dat weer een chaotisch systeem is, wat betekent dat het onmogelijk is te voorspellen op lange tijdschalen als de aanvankelijke voorwaarden niet met oneindige zekerheid bekend zijn. De kleinste onnauwkeurigheid in de aanvankelijke voorwaarden groeit en groeit, en kan leiden tot heel verschillende uitkomsten voor het weer over een aantal weken. Lorentz omschreef dit met de beroemde woorden ‘kan de vleugelslag van een vlinder in Brazilie een tornado in Texas veroorzaken?’
‘Klimaat’ is de gemiddelde toestand van het weer over meerdere jaren, en dat is veel beter te voorspellen. Als je 100 keer een weersvoorspelling van het komende jaar zou maken, met telkens minimale andere aanvankelijke voorwaarden, krijg je wel 100 verschillende uitkomsten van het weer, maar al deze uitkomsten zullen bepaalde patronen volgen. De herfst in Nederland is bijna altijd nat, bijvoorbeeld. Ook kan zo de kans op een najaarsstorm worden berekend, bijvoorbeeld in 42 van de 100 voorspellingen.
Het is mogelijk te reconstrueren hoe het klimaat vroeger was. Zo weten we bijvoorbeeld dat er in Nederland gedurende de laatste tussenijstijd, zo’n 120 duizend jaar geleden, zo warm was dat er nijlpaarden in de overijsselse Vecht rondliepen. Toen de dinosaurussen hier rondliepen was de zee rond de polen 15 graden en 600 miljoen jaar geleden had onze Blauwe Planeet meer weg van een sneeuwbal. Maar of het regende in Amersfoort op 1 september 118.567 v. Chr. zullen we nooit weten.
Het klimaat op aarde wordt gedreven door energie van de zon en de draaiing van de planeet. Omdat er veel meer zonnestraling rond de evenaar valt dan op de polen, ontstaat er een luchtcirculatie. Warme lucht stijgt in de tropen op en wordt richting de polen getransporteerd. Eigenlijk hetzelfde dat gebeurt met een grote pan soep die in het midden wordt verwarmd: in het midden stijgt de opgewarmde soep op, en aan de randen zinkt de afgekoelde soep. Maar omdat de aarde draait wordt de luchtstroom afgebogen wat resulteert in niet één, maar drie convectiecellen aan beide kanten van de evenaar, die typische windsystemen en klimaatgordels veroorzaken: natte warme tropen, warme droge woestijnen, koude droge polen en de gematigde zone gedomineerd door hoge- en lagedruk gebieden waarin Nederland ligt. Nederland is daardoor een van de leukste gebieden om weerman te zijn. Als je van afwisseling houdt, tenminste.
Het beschreven patroon van windsystemen en klimaatgordels is niet perfect door de verdeling van land en zee. Aangezien water langzamer opwarmt en afkoelt dan land, krijg je regionale variaties zoals moessons in India en relatief warme winters in Nederland. De oceaanstromingen op aarde zijn ook belangrijk voor de herverdeling van zonne-energie. De stromingen worden aangedreven door de windsystemen, maar ook door variaties in temperatuur en saliniteit, en daarmee verschillen in dichtheid van oceaanwater. Dankzij de broeikasgassen in de atmosfeer is de gemiddelde temperatuur op aarde 15 graden. Dat is maar goed ook, want als deze gassen geen zonnewarmte vasthielden, zou het -18 graden zijn. IJs, sneeuw en wolken hebben het tegenovergestelde effect. Zij reflecteren een deel van de zonnestraling die de aarde kan opwarmen. Vegetatie absorbeert juist wel veel zonnestraling.De combinatie van de bovengenoemde factoren, de atmosfeer, oceanen, landmassa’s, biosfeer en land en zeeijs, en de interactie ertussen vormen het klimaatsysteem. Een klimaatverandering is een verstoring in dit systeem.
Doordat het klimaat wordt gedreven door zonne-energie, beïnvloeden variaties in zonnesterkte het systeem. De kleine ijstijd, de koude periode in de 15de tot de 19de eeuw waarin opvallend veel winterlandschappen geschilderd zijn, is waarschijnlijk het gevolg van een lichte afname in zonnesterkte. Ook variaties in de baan van de aarde om de zon en schommelingen in de stand van de aardas veroorzaken veranderingen in de intensiteit en verdeling van zonne-energie. Deze veranderingen volgen vaste cycli, die precies kloppen met het regelmatige patroon van ijstijden en tussenijstijden. Volgens dit patroon is over zo’n 50 duizend jaar een volgende ijstijd te verwachten.
Ook van binnenuit kan het klimaatsysteem verstoord worden. Natuurlijk door het gehalte aan broeikasgassen in de atmosfeer; hoe meer CO2, methaan en waterdamp, hoe meer warmte wordt vastgehouden. Maar uitbarstingen van vulkanen hebben ook invloed: fijnstof en gassen die vulkanen uitstoten, houden namelijk zonlicht tegen. De uitbarsting van de Tambora op Indonesië in 1815 is daarvan een mooi voorbeeld. Het jaar daarop staat bekend als het ‘het jaar zonder zomer’. Zelfs in de zomermaanden sneeuwde het in Europa en de VS.
De factoren die het klimaat beïnvloeden, hebben onderling vaak een sterke wisselwerking. Soms wordt een verstoring afgezwakt (negatieve terugkoppeling) zoals bij de toename van broeikasgassen, die het warmer maakt, meer waterdamp geeft, meer wolken, minder zonnestraling, en dus afkoeling. Maar omdat waterdamp ook een broeikasgas is, geldt ook de positieve terugkoppeling: toename broeikasgassen, meer warmte, meer waterdamp, opwarming.
Zo zijn er talloze positieve en negatieve terugkoppelingen. Allemaal werken ze op verschillende tijd- en ruimteschalen. Het is onmogelijk om uit het hoofd te berekenen wat er bij een bepaalde verstoring precies gebeurt. Maar als je alle processen in een computermodel stopt, blijkt dat een kleine verstoring kan leiden tot abrupte verschuivingen, van de ene gemiddelde toestand naar de andere. Er worden hierbij kritische drempelwaarden overschreden. Dit is te vergelijken met een bal die tussen twee bulten heen en weer rolt. Met een klein zetje op het juiste moment (een verstoring) wordt de bal de bult (de drempel) overgeduwd waarna hij tussen de volgende twee bulten heen en weer blijft rollen (de nieuwe gemiddelde toestand).
Abrupte klimaatveranderingen in het verleden, zoals de overgang van de laatste koude periode in de ijstijd naar de huidige warme periode, waarin Groenland binnen vijftig jaar zo’n 7 graden warmer werd, duiden op het bestaan van zulke drempelwaarden in het klimaatsysteem. Er is dus een mogelijkheid dat we het klimaat met het versterkte broeikaseffect over zo’n drempelwaarde heen duwen naar een nieuwe toestand. Maar zelfs als we het volledige klimaatsysteem perfect zouden kennen, is het exacte moment waarop de kritische drempelwaarde overschreden wordt, onmogelijk te berekenen. Dat hangt namelijk samen met de onvoorspelbaarheid van het weer.
Tekst: Ane Wiersma (1979)
Relevante boeken
Worden in de loop van 2020-2021 toegevoegd (3 september 2020)
Homepage Bètacanon
(maandag 16 april 2007)
