Categorie archief: aerosols

Zin en onzin over de rol van stofdeeltjes bij het ontstaan van wolken

Er zijn de laatste tijd zo hier en daar weer verhalen verschenen over de rol van aerosolen bij het ontstaan van wolken, waarin niet zelden feit en fictie door elkaar worden gehaald. Dit naar aanleiding van drie nieuwe artikelen (zie voor meer informatie over deze onderzoeken het nieuwsbericht van Nature) die diep ingaan op het ontstaan van die aerosolen. Omdat hier zoveel misverstanden over bestaan, kan het geen kwaad om eens wat zaken op een rijtje te zetten.

Om bij het begin te beginnen: de eerste factor die bepaalt of er wel of geen wolken ontstaan op een bepaalde plek is de luchtvochtigheid. Als lucht niet verzadigd is met waterdamp, ofwel bij een relatieve vochtigheid beneden de 100%, kunnen er geen wolken ontstaan. Als lucht wel verzadigd is kan dat wel, maar er is nog iets nodig.

De complicatie zit ‘m in het fenomeen faseovergang. De overgang van een stof tussen vaste, vloeibare en gasfase heeft vaak een duwtje in de rug nodig om op gang te komen. Dat is bijvoorbeeld te zien in een glas bier of frisdrank: de koolzuurbelletjes ontstaan alleen op bepaalde plekken, waar ze zich kunnen ontwikkelen bij microscopisch kleine oneffenheden in het glas. Kookvertraging in een magnetron is ook een bekend fenomeen: water kan opgewarmd worden tot boven het kookpunt, maar pas overgaan in de gasfase door de schok als het glas uit de oven wordt gepakt. Voor de condensatie van waterdamp tot druppeltjes of ijskristallen in de lucht geldt iets vergelijkbaars: helemaal zuivere lucht kan oververzadigd raken met waterdamp zonder dat er direct wolken ontstaan. Kleine stofdeeltjes in de lucht (aerosolen) kunnen hier het duwtje in de rug geven: watermoleculen condenseren op die deeltjes, die vervolgens uitgroeien tot druppeltjes of ijskristallen. Dergelijke stofdeeltjes worden wel condensatiekernen genoemd. Op Youtube wordt dit effect zichtbaar gemaakt met een eenvoudig experimentje (met excuses voor de muziek).

In een volledig stofvrije aardatmosfeer zouden minder wolken voorkomen dan in een atmosfeer die wat stoffiger is. Zonder de aanwezigheid van stofdeeltjes condenseert water niet zo snel: de relatieve vochtigheid kan dan oplopen tot 400%. (Een gevolg van het zogenaamde Kelvin effect.) In de aardatmosfeer zijn altijd wel wat stofdeeltjes aanwezig en zal een dergelijke oververzadiging daarom nooit voorkomen; de oververzadiging blijft beperkt tot enkele procenten. Omdat er altijd wel condensatiekernen aanwezig zijn is in de praktijk de luchtvochtigheid de bepalende factor voor het al of niet ontstaan van wolken. De mate van oververzadiging bepaalt hoeveel wolken er ontstaan, of beter: hoeveel waterdamp er condenseert.

De hoeveelheid condensatiekernen heeft vooral invloed op de eigenschappen van de bewolking. Het ligt voor dat hand dat er, in elk geval in eerste instantie, meer en kleinere druppeltjes zullen ontstaan naarmate het aantal condensatiekernen toeneemt. Elke condensatiekern vormt immers het begin van een druppeltje, als er meer condensatiekernen zijn wordt de hoeveelheid waterdamp die condenseert over meer druppeltjes verdeeld. Wolken worden dan witter: ze reflecteren meer zonlicht en hebben dus een afkoelend effect op het klimaat. Bovendien regenen de kleinere druppeltjes minder snel uit, waardoor deze wolken een langere levensduur hebben. Lees verder

Enquête bevestigt wetenschappelijke consensus over door de mens veroorzaakte opwarming

  • Een enquête onder meer dan 1800 klimaatwetenschappers bevestigt dat er brede overeenstemming is dat de opwarming van de aarde hoofdzakelijk wordt veroorzaakt door antropogene broeikasgassen.
  • Deze consensus wordt sterker met toegenomen expertise, zoals gedefinieerd door het aantal zelf-gerapporteerde artikelen in de ‘peer-reviewed’ literatuur.
  • De belangrijkste conclusie in IPCC AR4 over attributie kan leiden tot een onderschatting van de broeikasgasbijdrage aan de opwarming van de aarde, omdat hierin impliciet het minder bekende maskerende effect van koelende aërosolen is meegenomen.
  • Degenen die sceptisch zijn over een belangrijke menselijke invloed op het klimaat geven aan dat ze vaker in de media komen dan andere wetenschappers.

In 2012, toen ik gedetacheerd was bij het PBL (Planbureau voor de Leefomgeving), heb ik samen met collega’s een gedetailleerde enquête uitgevoerd over klimaatwetenschap. Meer dan 1800 internationale wetenschappers op het brede gebied van klimaatverandering, inclusief bijvoorbeeld klimatologie, klimaateffecten en mitigatie, hebben de vragenlijst ingevuld. De belangrijkste resultaten van de enquête zijn nu verschenen in het vakblad Environmental Science and Technology (doi: 10.1021/es501998e).

Consensus over de menselijke oorzaak van klimaatverandering

Bij toenemende deskundigheid of ervaring in klimaatwetenschap blijkt de mate van overeenstemming over de bijdrage van broeikasgassen aan de opwarming ook toe te nemen. Zo is 90% van de respondenten met meer dan tien klimaat-gerelateerde ‘peer-reviewed’ publicaties (ongeveer de helft van alle respondenten) het erover eens dat door de mens veroorzaakte broeikasgassen de belangrijkste oorzaak zijn van de recente opwarming. Dit is gebaseerd op twee vragen, waarvan er één een directe weerspiegeling was van de belangrijkste conclusie over attributie in IPCC AR4, namelijk dat meer dan de helft van de recente opwarming zeer waarschijnlijk is veroorzaakt door antropogene broeikasgassen.

Verheggen et al - Figure 1 - GHG contribution to global warming

Figuur 1. Hoe meer peer-reviewed publicaties over klimaatverandering de respondenten aangeven te hebben geschreven, hoe belangrijker ze denken dat de bijdrage van broeikasgassen (BKG) is aan de opwarming. Het aantal antwoorden is weergegeven als een percentage van het aantal respondenten (N) in elke deelgroep, gegroepeerd naar het door henzelf aangegeven aantal publicaties.

Analyses van de vakliteratuur (bijv. Cook et al., 2013; Oreskes et al., 2004) vinden over het algemeen een nog sterkere consensus dan opiniepeilingen zoals deze enquête. Dit komt omdat er een sterkere consensus is onder de meest publicerende – en wellicht dus ook de meest deskundige- klimaatwetenschappers. De kracht van een literatuuranalyse ligt in het feit dat daarmee het primaire forum van de wetenschappelijke bewijsvoering en argumentatie wordt onderzocht. De kracht van een enquête zoals deze is dat daarmee heel specifiek kan worden onderzocht waar nu precies overeenstemming over is en waar de wetenschappers het over oneens zijn. Deze twee methodes om de wetenschappelijke consensus te bepalen zijn in die zin complementair. Onze vragenlijst was heel specifiek en onze definitie van de consensus positie was daarmee wellicht strikter dan zoals in sommige andere studies is gehanteerd. Sceptische meningen zijn waarschijnlijk oververtegenwoordigd in onze enquête in vergelijking met andere.

Hoe je het ook wendt of keert, wetenschappers zijn het er in groten getale over eens dat de opwarming van de aarde voor het grootste deel door menselijk handelen is veroorzaakt.

Lees verder

Klimaatgevoeligheid en de zoektocht naar het ‘wat’ en ‘waarom’

• De verschillende antropogene invloeden die hebben geleid tot een temperatuurstijging sinds de industriële revolutie zijn niet allemaal uniform verdeeld over de aarde. Zo zijn, in tegenstelling tot de homogeen verdeelde broeikasgassen, de concentraties aan aerosolen en ozon voornamelijk gelokaliseerd boven het Noordelijk Halfrond.
• Als men rekening houdt met een verschil in ‘effectiviteit’ van de diverse invloeden (forceringen), veroorzaakt door de inhomogene spreiding, leidt een afleiding van de klimaatgevoeligheid op basis van de observaties van de 20e eeuw tot waarden die beter overeenkomen met de paleoklimatologische data en de klimaatmodellen.

In de wetenschap, en vanzelfsprekend ook de klimaatwetenschap, poogt men antwoorden te geven op allerlei ‘wat’ en ‘waarom’ vragen. Waarom stijgt de zeespiegel, waarom is CO2 een broeikasgas of wat zal de gemiddelde temperatuur op aarde in 2100 zijn? Een belangrijk punt bij die laatste vraag is onderdeel van een boeiend en soms complex debat in de klimaatwetenschap: “Wat is de grootte van de klimaatgevoeligheid?”.

De klimaatgevoeligheid voor de evenwichtssituatie (ECS) betreft de temperatuurstijging die we zullen krijgen ten gevolge van een verdubbeling van de CO2 concentratie en we vervolgens netjes wachten totdat het gehele systeem – de atmosfeer, de ijskappen en de oceanen – energetisch weer in evenwicht is geraakt (zie hier voor een overzicht van de begrippen). Een bijzonder lastig punt hierbij is dat we deze toekomstige temperatuurstijging niet gewoon eventjes experimenteel kunnen vaststellen en ook dat toekomstige metingen helaas nu nog niet beschikbaar zijn (naar Gavin Schmidt’s Ted Talk en Knutson en Tuleya). De klimaatwetenschap probeert daarom de grootte van de klimaatgevoeligheid af te leiden, bijvoorbeeld uit klimaatmodellen, of uit gegevens van het verre aardse verleden (paleoklimatologie) of uit de observaties van de 20e eeuw.

Het interessante is nu dat ten eerste alle afleidingen van de grootte van de klimaatgevoeligheid gepaard gaan met behoorlijke onzekerheden en ten tweede dat één type afleiding een wezenlijk ander resultaat geeft dan andere typen afleidingen. Zo geven bijv. de klimaatmodellen en de paleoklimatologie data een ECS van circa 3 °C voor een verdubbeling van de CO2 concentratie en geven berekeningen gebaseerd op de observaties van de 20e eeuw een ECS van circa 2 °C. Het IPCC heeft in hun laatste rapport naar alle verschillende afleidingen en hun onzekerheden gekeken en daaruit geconcludeerd dat de evenwichtsklimaatgevoeligheid waarschijnlijk ergens tussen 1.5 en 4.5 °C ligt en heeft dit keer geen beste schatting afgegeven. Zie figuur 1.
Vandaar het ‘boeiende debat’, de wetenschap moet op zoek naar het ‘waarom’ van deze verschillen opdat men daarna een beter antwoord kan geven op de vraag: “Wat is de grootte van de klimaatgevoeligheid?”.
Lees verder

Nog een keer: de “pauze”

Er zijn twee manieren om naar het verloop van de gemiddelde wereldtemperatuur in de afgelopen, pakweg, 15 jaar – inmiddels wijd en zijd bekend als de “opwarmingspauze” of “hiatus” – te kijken. Sommigen zien er aanleiding in om zo veel en zo vaak mogelijk te roepen dat het bewijst dat ze altijd al gelijk hebben gehad en dat het feit dat nog niet alles bekend is over het klimaat alle kennis die er wel is waardeloos maakt. Anderen grijpen de ontwikkeling aan om er zo veel mogelijk informatie en kennis uit te persen. Voor de eerste benadering bestaan verschillende benamingen en iedereen moet zelf maar uitmaken welke het meest toepasselijk is. De tweede benadering noemen we doorgaans wetenschap.

Die wetenschappelijke benadering levert momenteel de nodige interessante publicaties op. In Nature Geoscience verscheen vorige week een commentaar (vrij toegankelijk na registratie) van Gavin Schmidt, Drew Shindell en Kostas Tsigaridis, waarin ze een aantal nieuwe inzichten op een rijtje zetten en laten zien hoe die doorwerken op de resultaten van de berekeningen uit het Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5). Daarover zo dadelijk meer. Lees verder

Zwarte gletsjers en bruine wolken

Ook verschenen op Noorderlicht/Wetenschap24. Achtergrondartikel bij de zesde en laatste aflevering van “Klimaatjagers“, zondagavond 13 okt 20:20 op Nederland 2, VPRO.

Door: Bart Verheggen

De laatste aflevering van Klimaatjagers gaat over de smeltende gletsjers in de Himalaya en de grote stofwolken met luchtvervuiling in zuidoost Azie.  Deze ogenschijnlijk heel verschillende zaken hebben echter gedeeltelijk een zelfde oorzaak: De uitstoot van roet door bijvoorbeeld het koken op hout, wat daar op grote schaal gebeurt.

De beelden van de Himalaya maken duidelijk hoe mooi en imposant dit berggebied is, maar daarnaast heeft deze bergketen een verreikende invloed op het leven in de lager gelegen gebieden: Een miljard mensen zijn afhankelijk van de Himalaya voor hun water. De lange-termijn waterhuishouding in het gebied wordt bedreigd door de opwarming van de aarde, enerzijds via het smelten van gletsjers en anderzijds via veranderingen in de moesson. Volgens recent onderzoek zal de watertoevoer vanuit de Himalaya de komende honderd jaar eerst toenemen (doordat er meer smeltwater beschikbaar komt en door toenemende neerslag) alvorens af te nemen (door de verminderde hoeveelheid ijs).

Smeltende gletsjers

Gletsjers over de hele wereld worden langzaam kleiner vanwege de opwarming en de Himalaya is hier op geen uitzondering. Het seizoensgebonden smelten van gletsjers zorgt voor vele zogenaamde gletsjermeren in het gebied. Deze meren worden soms gestut door een natuurlijke dam. Vanwege het sterkere smelten kunnen deze dammen sneller doorbreken, wat dan leidt tot een vloedgolf in de lager gelegen gebieden. Hier zijn vorig jaar tientallen mensen door omgekomen. Jeff Kargel van de University of Arizona doet onderzoek aan dergelijke ‘Glacial Lake Outburst Floods’.

Dr Kargel laat aan de hand van een simpel proefje zien hoe je iets te weten kunt komen over de samenstelling van het gesteente: Hij druppelt wat zuur op een steen, en meteen zie je gasbelletjes opborrelen. Dat is de kooldioxide die ontstaat door de reactie van het zuur met kalksteen. Hetzelfde spul als in je fluitketel, legt hij uit. Dit gebied was vroeger de bodem van een meer. Een vraag waar Dr Kargel zich mee bezig houdt is hoe de opwarming de waterhuishouding van de bergen beinvloed.

Huidige klimaatverandering pijlsnel in geologisch perspectief

De rode lijn van de documentaire zou wel eens de volgende uitspraak van Jeff Kargel kunnen zijn:  Er zijn weliswaar grotere klimaatveranderingen in het verre verleden voorgekomen  als wat we nu  (de afgelopen ~100 jaar, een oogwenk in geologisch perspectief) meemaken, maar nu gaat het veel sneller. Dit is door meerdere wetenschappers in de verschillende afleveringen gezegd, op basis van totaal verschillende observaties. Iets om bij stil te staan.

Lees verder

Wetenschapsjournalistiek, deel II: ‘false balance’ in berichtgeving over CLOUD experiment bij CERN

In de vorige post had ik nog een deel II beloofd over ander stukje in hetzelfde wetenschapskatern. In tegenstelling tot het stuk over Pluto worden hierin verschillende interpretaties naast elkaar gepresenteerd, zonder informatie over de relatieve geldigheid ervan. Als de ene interpretatie wetenschappelijk veel robuuster is dan de andere, leidt dat tot meer verwarring dan inzicht. Dit fenomeen wordt ook wel ‘false balance’ genoemd.

Dit stukje gaat over het CLOUD experiment bij CERN, met de tenenkrommende titel:

Iéts doet de kosmos toch wel met wolkenvorming op aarde

Huh? Dat kun je helemaal niet afleiden uit de net gepubliceerde CLOUD resultaten. Daarin werd aangetoond dat minuscuul kleine fijn stof deeltjes (aerosolen) gevormd kunnen worden via verschillende wegen (zwavelzuur, ammonia, organische verbindingen, ionen). Volledig volgens verwachting wordt aerosolvorming o.a. gestimuleerd door meer ionen (elektrisch geladen deeltjes). Deze deeltjes zijn echter nog een factor 100.000 te klein om wolkenvorming en het klimaat te beinvloeden. Een merkbare invloed van kosmische straling op het klimaat (via kosmische straling -> ionenvorming   -> aerosolvorming -> aerosolgroei -> wolkenvorming -> afkoeling) is met deze studie nog lang niet aangetoond. Dat ionen aerosolvorming kunnen versterken is niets opzienbarends (dat was al bekend) en is ook niet de zwakke schakel in de bovengenoemde keten van oorzaak -> effect. De gekozen titel geeft dus een verkeerd beeld van de betekenis van deze studie.

De hoofdauteur van de studie, Jasper Kirkby, wordt geciteerd met een aantal zinnige uitspraken, die de media hype omtrent dit onderzoek in perspectief plaatsen:

het is een enorme en onterechte extrapolatie om te zeggen dat we op dit moment een effect op het klimaat hebben gevonden

Daarnaast wordt ook Henrik Svensmark aan het woord gelaten, die heilig gelooft in een kosmische oorzaak van de huidige opwarming. Maar er wordt niet genoemd dat de hoeveelheid kosmische straling geen neergaande trend vertoont in de afgelopen 50 jaar, en dat die dus geen rol kan hebben gespeeld in de sterke opwarming van de laatste 35 jaar. Een simpelere en meer sluitende argumentatie dat Svensmark’s hypothese niet klopt valt nauwelijks te bedenken.

Boven: kosmische straling (via RC). Onder: Temperatuurafwijking (GISS, via WfT). Beiden van 1950-2010

Als je dan persé een andere stem aan het woord wilt laten, geef de lezer dan in ieder geval dergelijke belangrijke context over de validiteit van iemands ideeen.

Kirkby is zelf ook een proponent van de kosmische straling-klimaat hypothese, dus in die zin is het erbij halen van Svensmark totaal overbodig, zelfs vanuit een ‘correct balance’ perspectief. Wel is Kirkby een heel stuk genuanceerder en wetenschappelijker in zijn publieke uitlatingen.

Disclaimer: Ik was zijdelings betrokken bij de eerdere CLOUD experimenten bij CERN (ik herinner me nog een uitspraak van Kirkby tijdens een bepaald experiment: “completely underwhelming!”) en ken velen van de auteurs van het recente Nature artikel (wat overigens een heel robuust stuk werk was).