Twee punten gescoord door Svante Arrhenius

In de winternacht
sterft de kou en de toekomst?
IJsbeer huilt, rob lacht

Svante Arrhenius is te beschouwen als de vader van het broeikaseffect. De Zweedse scheikundige ontving aan het begin van de vorige eeuw een Nobelprijs. Weliswaar niet voor zijn werk over de opwarming door CO2, dat vraagstuk begon hij pas later in zijn carrière te bestuderen. Hoewel het broeikaseffect al bekend was, door Joseph Fourrier een eeuw eerder, benoemde hij het als zodanig en was hij de eerste die er berekeningen aan wijdde.

Aanleiding voor dit stuk is de jaarlijkse klimaattop, ditmaal in Qatar, die begint op maandag 26 november. De verwachtingen zijn bijzonder laaggespannen voor deze ‘COP18’. Dit geldt vooral sinds de resultaten van de top in Kopenhagen, drie jaar geleden, waarop duidelijk werd dat mondiale maatregelen tegen CO2-uitstoot weinig kans van slagen hebben.

Voor somberheid lijkt me evenwel nog niet direct aanleiding. Daarvoor haal ik ideeën aan van Svante Arrhenius. Hij mag als onpartijdige in de klimaatdiscussie worden opgevoerd, simpelweg omdat de discussie over de opwarming toen nog niet bestond. Arrhenius probeerde objectief naar de gevolgen van het broeikaseffect te kijken. In zijn boek Världarnas utveckling (Engelse vertaling: Worlds in the Making) dacht hij na over gevolgen. Twee argumenten vind ik nog altijd valide.

Ten eerste schreef hij: “Hoe weinig belang stellen we in een kaal eiland binnen de poolcirkel, waarop geen enkele plant groeit, vergeleken met een tropisch eiland dat wemelt van leven in zijn meest wonderbaarlijke vormen.” (p.38; mijn vertaling.) En: “Door de invloed van het toenemende percentage koolzuurgas in de atmosfeer, mogen we tijdperken verwachten met gelijkmatigere en betere klimaten, vooral in de koudere gebieden van de aarde, tijdperken waarin de aarde een rijker hoeveelheid aan gewassen voortbrengt, ten gunste van de zich snel voortplantende mensheid.” (p. 63; mijn vertaling.) Arrhenius verloochende zijn Zweedse afkomst niet. Het noordelijke land kent koude winters en koude streken, die de meeste mensen weinig heuglijk stemmen. Permafrost bevindt zich naar schatting onder 20 procent van de aardse landmassa. Dat is veel. Wat meer warmte en meer levensvariëteiten in die gebieden kunnen geen kwaad.

Ten tweede bedacht hij: “Als het percentage kooldioxide wordt verdubbeld, wordt de absorptie ervan ook verdubbeld. Als tegelijkertijd de temperatuur 4 graden stijgt, zal de vitaliteit in de verhouding van 1:1½ toenemen, zodat de verdubbeling van het percentage CO2 zal leiden tot een toename van de absorptie van koolzuurgas door de plant in de verhouding van 1:3.” (p. 56; mijn vertaling.) Of de cijfers precies kloppen, is niet relevant. Koolzuurgas wordt in kassen gebruikt om de productie van gewassen te doen toenemen. Het broeikaseffect zal leiden tot een wereldwijde verhoging van de opbrengst van gewassen.

Kunnen we een spoedige opwarming verwachten? Arrhenius gaf een formule* voor de opwarming die nog steeds in gebruik is. Als ik daar een paar eenvoudige berekeningen op loslaat, mogen we de komende 100 jaar nog niet al te veel verwachten. De berekeningen zijn natuurlijk heel ruw, maar ze geven wel een indicatie. Twee graden temperatuurstijging vanaf het begin van de Industriële Revolutie, met andere woorden 1,2 graad vanaf heden, zou aangenaam zijn. Dat halen we misschien. Waarschijnlijk zullen intussen de fossiele koolwaterstoffen, zoals olie, aardgas en steenkool, ver op zijn. Die zijn dan zo duur dat de zon als voornaamste energiebron wordt gebruikt en er nauwelijks meer uitstoot van kooldioxide voorkomt.

*Appendix

Arrhenius’ formule luidt: ΔF = α ln(C/C0)
Hierbij is:
Δ is het symbool voor toename;
F is de radiatieve forcing, het effect van straling;
α is een constante;
ln is de natuurlijke logaritme;
C is de huidige concentratie CO2 in de atmosfeer;
C0 is de oorspronkelijke concentratie CO2 in de atmosfeer.

Aan F, het effect van straling, hebben we op zich niet zoveel. Interessant is in welke mate de temperatuur toeneemt. De daarbij horende formule is: ΔT = λs ΔF.
Hierbij is:
T is de temperatuur;
λs is een variabele die afhangt van de plek op aarde.

De volgende vergelijking is voor het gemiddelde op te stellen: ΔT = λα ln(C/C0), waarbij λ dan fungeert als constante voor het gemiddelde van alle plekken op aarde.

Voor de Industriële Revolutie bedroeg de concentratie CO2: 280 ppm (parts per million). Tegenwoordig rekenen we met ongeveer 391 ppm.
In de periode van de industriële revolutie tot heden is de temperatuur met ongeveer 0,8 graden toegenomen.
Invulling in de formule geeft: 0,8 = λα ln(391/280). Daaruit volgt: λα = 2,40.

Twee graden opwarming geeft volgens invulling, waarbij c de benodigde concentratie CO2 is: 2 = 2,40 ln(c/280). Dit levert op: c = 645 ppm.

Nu stijgt de laatste tien jaar de concentratie CO2 gemiddeld met circa 2,07 ppm per jaar. Over honderd jaar is dat bij voortzetting van de huidige trend 207 ppm. Dit gevoegd bij de 391 ppm, komt de concentratie uit op zo’n 600 ppm. Dat is nog geen 645 ppm, maar het komt in de buurt. Met enige mazzel halen we over honderd jaar de twee graden temperatuurstijging sinds het begin van de Industriële Revolutie, of 1,2 graad vanaf nu.