1.1 > Verschillende componenten van het klimaatsysteem reageren met verschillende snelheden op verstoringen. De diepe oceaan, bijvoorbeeld, is een belangrijke oorzaak van de trage reactie van het klimaat. Het gekleurde gebied op de bovenste schaal vertegenwoordigt de korte tijdspanne van een mensenleven.
De traagheid van het klimaat
Zoals we allemaal op school hebben geleerd, zijn de oceanen van de wereld een van de belangrijkste elementen in het mondiale klimaatsysteem. Maar wat betekent “klimaat” eigenlijk? Het verschil tussen weer en klimaat kan in één zin worden uitgedrukt: “Klimaat is wat je verwacht; weer is wat je krijgt.” Hieruit blijkt een fundamenteel verschil tussen weer en klimaat. Weeronderzoek houdt zich bezig met de vorming, beweging en voorspelling van de afzonderlijke elementen van het weer, zoals een bepaald lagedruksysteem of een orkaan. Klimaatonderzoek daarentegen houdt zich bezig met het meer omvattende geheel van lagedruksystemen en orkanen, en is gewijd aan de behandeling van vragen zoals hoeveel middenstormen of orkanen er volgend jaar zullen voorkomen, en of zij de komende jaren frequenter of intenser zullen worden ten gevolge van de opwarming van de aarde. De term “weer” heeft dus betrekking op kortetermijngebeurtenissen in de atmosfeer, terwijl “klimaat” betrekking heeft op langere perioden. Voor de beschrijving van het klimaat wordt in de regel een tijdspanne van 30 jaar als referentiekader gebruikt. Mensen vatten klimaatverandering vooral op als veranderingen in atmosferische variabelen, bijvoorbeeld variaties in temperatuur of neerslag. In principe kan de atmosfeer zelf, door haar chaotische dynamiek, veel natuurlijke klimaatveranderingen teweegbrengen. Een voorbeeld hiervan is de Noord-Atlantische oscillatie (NAO), die het klimaat boven delen van Europa en Noord-Amerika sterk beïnvloedt. Het is een soort drukschommeling tussen het IJslandse Laag en het Azorenhoog die bepalend is voor de sterkte van de westenwinden in de winter over de Noord-Atlantische Oceaan. Als deze sterk zijn, is het resultaat zacht en regenachtig weer in West-Europa; als ze zwak zijn, is het droog en koud. Dit soort natuurlijke oscillaties maakt het moeilijk antropogene klimaatveranderingen ten gevolge van een versterkt broeikaseffect te herkennen.
De atmosfeer is geen geïsoleerd systeem. Er is interactie met andere componenten van het systeem aarde – de oceanen, bijvoorbeeld. Maar zij staat ook in contact met de cryosfeer (ijs en sneeuw), de biosfeer (dieren en planten), de pedosfeer (bodem) en de lithosfeer (gesteenten). Al deze elementen samen vormen het klimaatsysteem, waarvan de afzonderlijke componenten en processen met elkaar verbonden zijn en elkaar op diverse manieren beïnvloeden. 1.2 > Het klimaatsysteem, zijn subsystemen en relevante processen en interacties.
De atmosfeer is geen geïsoleerd systeem. Het staat in wisselwerking met andere componenten van het systeem aarde – de oceanen, bijvoorbeeld. Maar zij staat ook in contact met de cryosfeer (ijs en sneeuw), de biosfeer (dieren en planten), de pedosfeer (bodem) en de lithosfeer (gesteenten). Al deze elementen samen vormen het klimaatsysteem, waarvan de afzonderlijke componenten en processen met elkaar verbonden zijn en elkaar op diverse manieren beïnvloeden.
Extra InfoHoe moeilijk het is om antropogene klimaatverandering te detecteren 
Deze componenten reageren allemaal in een verschillend tempo op veranderingen. De atmosfeer past zich binnen enkele uren tot dagen aan de omstandigheden aan het aardoppervlak aan, zoals de temperatuur van de oceaan of de ijsbedekking. Bovendien is het weer veranderlijk en kan het slechts enkele dagen van tevoren worden voorspeld. Er is zelfs aangetoond dat de theoretische grens van de voorspelbaarheid van het weer ongeveer 14 dagen bedraagt. Stromingen in de diepzee hebben echter verscheidene eeuwen nodig om volledig te reageren op veranderende randvoorwaarden, zoals variaties in de Noord-Atlantische oscillatie, die veranderingen in temperatuur en neerslag aan het zeeoppervlak veroorzaken en zo bewegingen op grotere diepten aansturen. Een grote continentale ijsmassa zoals de Antarctische ijskap ondergaat als gevolg van de klimaatverandering vermoedelijk vele millennia lang veranderingen, en zal zonder tegenmaatregelen op deze tijdschaal geleidelijk smelten. De voorspelbaarheid van het klimaat is gebaseerd op de interacties tussen de atmosfeer en de meer inerte klimaatsubsystemen, met name de oceanen. Binnen dit schema bewegen de verschillende componenten van het klimaatsysteem met totaal verschillende snelheden. Lagedruksystemen kunnen zich binnen enkele dagen honderden kilometers verplaatsen. Oceaanstromingen daarentegen kruipen vaak met een paar meter per minuut. Bovendien hebben de afzonderlijke componenten verschillende warmtegeleidingscoëfficiënten en warmtecapaciteiten. Water, bijvoorbeeld, slaat grote hoeveelheden zonnewarmte gedurende lange perioden op.
Klimaatveranderingen kunnen op twee verschillende manieren in gang worden gezet – door interne en externe krachten. Tot de interne krachten behoren:
- Verschuivingen in een enkele klimaatcomponent, bijvoorbeeld een afwijkende oceaanstroming;
- Verschuivingen in de interacties tussen verschillende klimaatcomponenten, bijvoorbeeld tussen de oceaan en de atmosfeer.
Vergeleken hiermee lijken de externe mechanismen op het eerste gezicht niets met het klimaatsysteem te maken te hebben. Deze omvatten:
- De zeer langzame drift van continenten, waardoor landmassa’s in de loop van miljoenen jaren naar verschillende klimaatzones worden verplaatst;
- De veranderende intensiteit van de door de zon uitgezonden straling. De stralingsenergie van de zon schommelt in de tijd en verandert de temperaturen op aarde;
- Volkaanuitbarstingen, die as en zwavelverbindingen in de atmosfeer injecteren, beïnvloeden het stralingsbudget van de aarde en daarmee het klimaat.
Koolstofdioxide en het broeikaseffectDe atmosfeer raakt steeds meer verrijkt met koolstofdioxide (CO2), of om precies te zijn met koolstofdioxide en andere voor het klimaat relevante sporengassen. In eerste instantie laten zij de inkomende kortgolvige straling van de zon door. Deze energie wordt aan het aardoppervlak omgezet in warmte en vervolgens weer uitgestraald als langgolvige straling. De gassen in de atmosfeer voorkomen, net als de ruiten van een broeikas, dat deze langgolvige straling naar de ruimte ontsnapt, en het aardoppervlak warmt op.
Hoe de mens het klimaat verandert
De invloed van de mens op het klimaat is de afgelopen honderd jaar sterk toegenomen. Wij stoten enorme hoeveelheden klimaatrelevante sporengassen uit in de atmosfeer. Dit verandert de stralingsbalans van de atmosfeer en leidt tot de opwarming van de aarde.
Naast kooldioxide omvatten deze sporengassen methaan, distikstofoxide (lachgas), gehalogeneerde fluorkoolwaterstoffen, geperfluoreerde koolwaterstoffen, en zwavelhexafluoride. Maar kooldioxide (CO2) is vooral belangrijk voor het klimaatsysteem van de aarde omdat de wereldwijde uitstoot zo enorm is. Het komt voornamelijk vrij bij de verbranding van fossiele brandstoffen (olie, aardgas en steenkool) in elektriciteitscentrales, voertuigmotoren of in verwarmingssystemen in huishoudens. Het gehalte ervan in de atmosfeer is gestegen tot bijna 390 deeltjes per miljoen (ppm) vandaag, vergeleken met de pre-industriële waarde van 280 ppm. Met deze stijging is ook de temperatuur in de loop van de twintigste eeuw gestegen. De intern aangedreven veranderingen in de oceanen, zoals veranderingen in de Golfstroom, doen zich ook voor binnen een tijdsbestek van tientallen jaren of enkele eeuwen. Deze hebben een beslissende invloed op het klimaat en op de concentratie van broeikasgassen in de atmosfeer omdat zij sterk betrokken zijn bij wereldwijde massakringlopen zoals de koolstofcyclus. CO2 lost bijvoorbeeld gemakkelijk op in water. De oceanen hebben echter ongeveer de helft van alle kooldioxide opgenomen die sinds het begin van de industriële revolutie door de verbranding van fossiele brandstoffen is geproduceerd en die de natuurlijke schommelingen duidelijk heeft overheerst. Of het klimaat in de toekomst zal veranderen, en met hoeveel, kan dus ook worden afgeleid uit de oceanen. Het klimaat zal in de toekomst zeer langzaam veranderen omdat de oceanen met hun immense watermassa’s zeer geleidelijk op veranderingen reageren. Daarom zullen veel, maar niet alle gevolgen van de door menselijke activiteit teweeggebrachte klimaatverandering slechts geleidelijk merkbaar worden. Sommige van deze gevolgen zouden zelfs onomkeerbaar kunnen zijn wanneer bepaalde drempels worden overschreden. Op een bepaald moment zal het bijvoorbeeld niet meer mogelijk zijn om het volledige smelten van de Groenlandse ijskap en de daaruit voortvloeiende stijging van de zeespiegel met zeven meter tegen te houden. De plaats van de drempel is echter niet precies bekend. Maar één ding is zeker: Zelfs als de uitstoot van kooldioxide op het huidige niveau zou worden gestabiliseerd, zou dat niet leiden tot een stabilisatie van de kooldioxideconcentratie in de atmosfeer, omdat kooldioxide een extreem lange levensduur heeft en de putten voor kooldioxide, voornamelijk de oceanen, het niet zo snel absorberen als wij het produceren.
De situatie is anders voor kortlevende sporengassen als methaan (CH4). Als de methaanuitstoot op het huidige niveau zou worden gestabiliseerd, zou de methaanconcentratie in de atmosfeer zich ook stabiliseren, omdat methaan in de atmosfeer ongeveer even snel afneemt als het wordt uitgestoten. Om de kooldioxideconcentratie op een bepaald niveau te houden, moeten de emissies tot een fractie van de huidige hoeveelheden worden teruggebracht. 1.4 > Zelfs indien het mogelijk is de uitstoot van broeikasgassen, en van CO2 in het bijzonder, tegen het einde van deze eeuw aanzienlijk te verminderen, zullen de gevolgen nog aanzienlijk zijn. CO2 heeft een lange levensduur en blijft vele eeuwen in de atmosfeer. Daardoor zal de temperatuur op aarde nog een eeuw of langer met enkele tienden van een graad blijven stijgen. Omdat warmte zeer langzaam doordringt in de diepten van de oceanen, zet het water ook langzaam uit en zal het zeeniveau over een lange periode geleidelijk blijven stijgen. Het smelten van de grote continentale ijskappen op Antarctica en Groenland is ook een zeer geleidelijk proces. Het smeltwater van deze ijskappen zal eeuwenlang of zelfs millennia lang in de oceaan stromen, waardoor de zeespiegel zal blijven stijgen. De figuur illustreert het principe van stabilisatie bij willekeurige CO2-niveaus tussen 450 en 1000 deeltjes per miljoen (ppm), en toont daarom geen eenheden op de respons-as
Een dreigende catastrofe
Lang na de stabilisatie van de kooldioxideniveaus zal het klimaat nog verder blijven veranderen als gevolg van zijn traagheid. Klimaatmodellen geven aan dat de temperatuur van de lucht nabij het aardoppervlak nog minstens honderd jaar zal stijgen. Het zeeniveau zal nog verscheidene eeuwen blijven stijgen omdat het zeewater langzaam uitzet als gevolg van de geleidelijke opwarming van de diepzee, en omdat de continentale ijskappen in het Noord- en Zuidpoolgebied waarschijnlijk zeer traag zullen reageren op de opwarming van de atmosfeer, en de gletsjers nog vele millennia zullen blijven smelten. Het zal dus nog lang duren voordat het zeeniveau een nieuw evenwicht bereikt. Maar wetenschappers geloven ook dat het mogelijk is dat, als de opwarming sterk is, de Groenlandse ijskap binnen dit millennium volledig kan smelten en in de oceaan verdwijnen. De ijskap zou zelfs uit elkaar kunnen vallen en reusachtige stukken zouden in zee kunnen vallen. De enorme hoeveelheden zoet water zouden een kritieke verandering in de oceaancirculatie kunnen veroorzaken, bijvoorbeeld in de Golfstroom. In een extreem scenario zou de zeespiegel met meer dan een meter per eeuw kunnen stijgen, regionaal zelfs met nog meer.
De traagheid van het klimaatsysteem en het gevaar dat de trend onomkeerbaar is, zouden voldoende redenen moeten zijn om toekomstgerichte maatregelen te nemen. Men moet steeds voor ogen houden dat de effecten van de klimaatverandering die vandaag meetbaar zijn, nog niet de totale omvang weerspiegelen van de klimaatverandering die reeds in het verleden door de mens is veroorzaakt. De mensheid zal deze effecten pas over enkele decennia sterk beginnen te voelen, maar moet nu al maatregelen nemen.
1.5 > Om de aandacht te vestigen op de dreiging van de opwarming van de aarde heeft de regering van de Republiek der Maldiven in het najaar van 2009, vlak voor de top van Kopenhagen, een bijeenkomst op de zeebodem gehouden.