Is klimaatwetenschap falsifieerbaar?

Een, ehhh…, interessant stuk op Variable Variability, het blog van Victor Venema: Interesting what the interesting Judith Curry finds interesting. Om misverstanden te voorkomen: ik gebruik het woord “interessant” hier niet als een retorisch, suggestief trucje, maar gewoon om duidelijk te maken dat het een lezenswaardig, goed beargumenteerd stuk is.

Victor Venema gaat in op de klimaatsceptische meme die, vaak ondersteund door de nodige stropoppen, stelt dat wetenschappelijke opvattingen over de menselijke invloed op het klimaat niet falsifieerbaar zouden zijn. Hij laat zien hoe onzinnig die meme is, met enkele voorbeelden van manieren waarop antropogene klimaatverandering te falsifiëren, of – nog veel waarschijnlijker – al lang gefalsifieerd zou zijn, als de wetenschap het mis zou hebben.

In deze blogpost geef ik een wat langere lijst van mogelijkheden tot falsifiëring. Klimaatsceptici die een constructieve bijdrage aan de wetenschap willen leveren zouden zich er door kunnen laten inspireren, en misschien wel een onderzoeksvoorstel maken dat op één van die mogelijke falsifiëringen inhaakt. Zoals echte wetenschappers dat zouden doen.

Eerst nog iets over falsifiëring in het algemeen. Bloggenoot Bart schreef er vier jaar geleden een even verhelderend als beknopt stuk over. De kern van dat stuk: een vliegende vogel is geen falsifiëring van de zwaartekracht. Een ogenschijnlijke weerlegging van een hypothese kan bij nader inzien blijken te berusten op een onjuist of onvolledig begrip van die hypothese. Het bestaan van natuurlijke factoren die het klimaat beïnvloeden sluit menselijke invloed niet uit, en weerlegt die dus niet. Een echte scepticus kijkt niet alleen kritisch naar het bewijs voor een hypothese, maar hij neemt ook het tegenbewijs niet kritiekloos voor waar aan. Klimaatsceptici hebben het graag over de ene zwarte zwaan, die de hypothese dat alle zwanen wit zijn weerlegt. Dat is op zich juist, maar als die ene zwarte zwaan net uit een olievlek is gevist, is het wat voorbarig om de hypothese meteen te verwerpen.

En dan nu: 10 manieren om de “AGW-hypothese” te falsifiëren, als deze onjuist zou zijn.

1. Een wereldwijde en langdurige daling van de temperatuur naar waarden van een halve eeuw of langer geleden, zonder duidelijk aanwijsbare oorzaak.

Temperaturen die wereldwijd door meetstations worden gemeten zijn nu gemiddeld bijna 1 °C hoger dan aan het begin van de 20e eeuw. De (niet zo subtiele en blijkbaar in een WordPress blog niet goed werkende) widget van Skeptical Science zet de hoeveelheid extra energie die zich ophoopt in het klimaatsysteem in perspectief. Zo’n enorme hoeveelheid energie blijft niet zomaar in het klimaatsysteem hangen. Dat dit gebeurt is helemaal in overeenstemming met alles wat er bekend is over het broeikaseffect, en een andere redelijke verklaring hiervoor is er niet. Zou die energie plotseling, zonder dat er iets heel uitzonderlijks gebeurt (een enorme vulkaanuitbarsting, bijvoorbeeld) uit het klimaatsysteem ontsnappen, of zich op een onbekende plek verstoppen, dan moet de wetenschap iets essentieels over het hoofd hebben gezien.

 

2. Een wereldwijde en langdurige daling van de zeespiegel

De stijging van de zeespiegel heeft twee hoofdoorzaken: thermische expansie van zeewater en het smelten van landijs, met daarnaast kleine bijrolletjes voor onttrekking van water aan en (tijdelijke) ophoping van water op land. Thermische expansie is op dit moment de belangrijkste factor. Deze expansie wijst op opwarming van de oceanen. Wanneer de zeespiegel zou dalen, zou dit juist wijzen op afkoeling van het zeewater, wat er op zijn beurt weer op zou wijzen dat het hele klimaatsysteem warmte zou verliezen. Dit geldt natuurlijk ook voor andere aanwijzingen dat de oceanen warmte verliezen, in plaats van accumuleren. Overigens zijn korte termijn schommelingen van de zeespiegel meestal geen gevolg van thermische expansie of contractie en daarmee ook geen falsifiëring van AGW. Er zit bijvoorbeeld ook een behoorlijke seizoensvariatie in de zeespiegel, zoals onderstaande afbeelding van de Sea Level Research Group van de University of Colorado laat zien. Meestal wordt een versie van deze grafiek gebruikt waar de seizoensvariatie uit is gefilterd.

3. Een sterke stijging of daling van de atmosferische CO₂ concentratie

Sinds de late jaren 50 laat de Keeling Curve een gestage stijging van de hoeveelheid CO₂ in de atmosfeer zien. Mocht er, zonder aanwijsbare oorzaak, plotseling een grote verandering in die CO₂-concentratie optreden, dan schiet de kennis van de koolstofcyclus blijkbaar te kort.

Klimaatsceptici laten nog wel eens de grafiek van Ernst-Georg Beck zien, waarin duizenden megatonnen aan CO₂ binnen enkele jaren uit het niets in de atmosfeer terechtkomen en er weer uit verdwijnen, met wild schommelende concentraties tot gevolg. Schommelingen die abrupt stoppen in 1958, precies op het moment dat Keeling met zijn metingen op Mauna Loa begon. Dat wekt het vermoeden dat al die CO₂-moleculen ons nu al meer dan een halve eeuw voor de gek houden. Nog aannemelijker is het dat de grafiek hieronder van Scripps, het instituut van vader en zoon Keeling, het bij het rechte eind heeft. Data van voor 1958 zijn bepaald uit ijskernen.

4. De ontdekking dat forceringen van het klimaat in het verleden veel groter, of temperatuurveranderingen veel kleiner waren dan tot nu toe wordt aangenomen.

Schattingen van de klimaatgevoeligheid zijn onder meer te maken op basis van informatie over veranderingen van de temperatuur die in het verleden hebben plaatsgevonden en de oorzaken daarvan. Het is zeer aannemelijk dat de mate waarin het klimaat afkoelt of opwarmt vooral wordt bepaald door de grootte van een verandering in de stralingsbalans, en in veel minder mate door de exacte oorzaak van die verandering. Anders gezegd: een extra Watt per vierkante meter die van de zon zou komen, zorgt niet voor minder of meer opwarming dan zo’n zelfde Watt per vierkante meter die vastgehouden wordt door het versterkte broeikaseffect. Als zou blijken dat veranderingen in de stralingsbalans in het verleden aanzienlijk groter zijn geweest dan men nu aanneemt, of de temperatuurwisselingen kleiner, dan zal de klimaatgevoeligheid fors naar beneden bijgesteld moeten worden.

Klimaatsceptici claimen vaak dat hele kleine veranderingen in de stralingsbalans in belangrijke mate bijgedragen hebben aan de opwarming in de afgelopen eeuw of halve eeuw, of aan grote wisselingen van de temperatuur in het verleden. Daarmee beweren ze, zonder het zelf te begrijpen, dat de klimaatgevoeligheid juist hoger is dan de wetenschap aanneemt.

5. Opwarming van de stratosfeer

Veel verschijnselen die we in het klimaat zien zijn simpelweg het gevolg van opwarming op zich. Die verschijnselen zeggen dus niets over de oorzaak van die opwarming. Maar er zijn enkele verschijnselen die karakteristiek zijn voor opwarming door het versterkte broeikaseffect. Een daling van de temperatuur in de stratosfeer is er daar één van. De afkoeling van de stratosfeer wordt daadwerkelijk gemeten, zoals de afbeelding hieronder uit “State of the Climate 2012” van het Bulletin of the American Meteorological Society laat zien.

Santer et al. behandelden die vingerafdrukken in het vorig jaar in Proceedings of the National Academy of Sciences verschenen artikel: “Human and natural influences on the changing thermal structure of the atmosphere”. Ze laten zien dat ook andere vingerafdrukken statistisch significant waar te nemen zijn.

6. Grote fouten in apparatuur in satellieten die uitgaande IR-straling meten

De warmte die het broeikaseffect vasthoudt, is te vinden in satellietmetingen van de warmtestraling die de atmosfeer verlaat. In het gemeten spectrum zitten grote “gaten” in de absorptiebanden van broeikasgassen als CO₂, methaan, en waterdamp. De metingen zien er uit zoals onderstaande afbeelding. Wie aan kan tonen dat deze metingen niet kloppen zal de geschiedenisboekjes halen, omdat daarmee de opvattingen over de menselijke invloed op het klimaat – samen met een hele hoop andere fysische theorieën – van tafel kunnen.

7. Bewijs dat de relatieve vochtigheid sterk daalt bij een stijging van de temperatuur

Een aanzienlijke daling van de relatieve vochtigheid bij een stijging van de temperatuur zou betekenen dat de versterkende feedback van waterdamp klein is, of helemaal niet bestaat. Dat zou een lage klimaatgevoeligheid betekenen. De vraag is of we er blij mee zouden moeten zijn als iemand dit zou vinden. De temperatuurstijging als gevolg van onze broeikasgasemissies zou dan misschien mee kunnen vallen, maar hoogstwaarschijnlijk zouden we van de regen in de drup raken, omdat we gigantische problemen zouden krijgen met droogte. Tenzij Clausius en Clapeyron het mis hadden.

8. Een tot nu toe totaal onbekende bron van warmte in het klimaatsysteem

De energie voor de huidige warmte moet ergens vandaan komen. Als we, misschien ergens diep in de oceaan, een mysterieuze en gigantische energiebron vinden die in de loop van de vorige eeuw actief is geworden, dan zal de kijk van de wetenschap op het klimaat totaal veranderen.

9. De ontdekking dat in de hele wetenschap onomstreden en veelvuldig toegepaste opvattingen over straling of thermodynamica onjuist zijn

Als de hele natuurwetenschap er decennia- of zelfs eeuwenlang helemaal naast heeft gezeten, dan zouden de “slayers” die het bestaan van het broeikaseffect in zijn geheel ontkennen, alsnog gelijk kunnen krijgen. We zouden dan elementaire natuurkunde als de wet van Stefan-Boltzman of zelfs de wet van behoud van energie moeten heroverwegen. Alle natuurkundeboekjes kunnen bij het oud papier.

10. De ontdekking dat CO₂-moleculen zich in het wild anders gedragen dan in het lab

Speciaal voor die ene Nederlandse klimaatscepticus, die als hij absorptie van warmtestraling door CO₂-moleculen noemt, meent toe te moeten voegen dat dat “onder laboratoriumomstandigheden” is gemeten. Dat is natuurlijk niet waar, want er zijn ook satellietmetingen, maar dat vergeet ik maar even. Want als moleculen zich in het wild echt anders gedragen, dan kunnen die satellietmetingen ook wel weg. Dan moet de hele natuurwetenschap van voor af aan beginnen. Alle laboratoriumonderzoek wordt waardeloos en we zullen moeten concluderen dat het puur toeval is dat zoveel van onze technologie in de echte wereld blijkt te werken.

Conclusie

Enkele punten uit dit lijstje zijn misschien wat flauw of vergezocht. Dat komt omdat de mogelijkheden tot falsifiëring van opvattingen van de mainstream wetenschap over de menselijke invloed op het klimaat niet zo makkelijk te vinden zijn. Dat komt niet omdat de klimaatwetenschap slordig om zou gaan met wetenschapsfilosofische principes, maar gewoon omdat er zo veel ondersteunend bewijs is voor die opvattingen. Dat blaas je niet zomaar omver. Wie meent dat een grote omwenteling in wetenschappelijke opvattingen makkelijk is, of makkelijk zou moeten zijn, snapt niet hoe wetenschap werkt.

Sterker nog, de bewering: “De AGW-hypothese is niet falsifieerbaar” wijst op groot onbegrip van de ideeën van Popper, in wiens wetenschapsfilosofie falsifieerbaarheid zo’n grote rol speelt. Het is nooit de bedoeling van Popper geweest dat een uit slechts drie woorden – Anthropogenic Global Warming – bestaande hypothese verworpen zou kunnen worden op basis van wat simpele kreten. Popper verwacht een iets grotere intellectuele inspanning van de wetenschapper. Hij verwacht om te beginnen dat een wetenschapper zijn hypothese helder en concreet formuleert. Hij wordt geacht goed na te denken over de consequenties van die hypothese, en op basis daarvan onderzoeken te bedenken die de hypothese kunnen ondersteunen of falsifiëren, om die onderzoeken vervolgens uit te voeren. Als het resultaat van deze hele onderneming de moeite waard is, schrijft de wetenschapper er een artikel over.

Karl Popper

De “AGW-hypothese” is helemaal geen hypothese in de Popperiaanse betekenis. De menselijke invloed op het klimaat is een theorie, die ondersteund wordt door een groot aantal hypotheses die allemaal keurig worden getoetst door de klimaatwetenschap. Helemaal volgens de opvattingen van Popper en van de wetenschapsfilosofen die Poppers ideeën verder hebben ontwikkeld.

En dan nog een laatste punt. Het principe van falsifieerbaarheid en de praktische uitvoerbaarheid van de daarvoor benodigde experimenten zijn twee verschillende dingen. Zo is de wetenschap nu nog steeds bezig met het testen van implicaties van Einsteins ideeën, omdat de technologie die daarvoor nodig is in Einsteins tijd nog niet bestond. En de bedenkers van het Higgsdeeltje konden waarschijnlijk niet eens dromen van de Large Hadron Collider; niemand kon zich 50 jaar geleden immers een voorstelling maken van de technologie die daar nu wordt gebruikt. De wetenschapsfilosofie zegt helemaal niets over de termijn waarbinnen tests uitgevoerd moeten worden. De uitvoerbaarheid van de toetsing van hypotheses is meestal de  allesbepalende factor in het werk van een wetenschapper. In plaats van achterovergeleund steeds weer nieuwe grensverleggende ideeën te bedenken, bestaat de praktijk van het wetenschappelijke onderzoek uit eindeloos worstelen met experimenten, sleutelen aan meetopstellingen, of speuren naar bruikbare data. Het grote probleem voor de klimaatwetenschapper is altijd weer het trage tempo waarin het klimaatsysteem informatie prijsgeeft. Een jaar aan extra informatie is niets. Reageerbuisplaneetjes om experimenten mee te doen zijn er niet. Men moet het doen met wat wel mogelijk is: het observeren van (veranderingen in) het huidige en historische klimaat en het simuleren van de processen in het klimaatsysteem in computermodellen. En dat laatste mag dan ook weer niet van de meeste klimaatsceptici. Ze zouden eens moeten zeggen hoe het dan wel zou moeten.