Wat is klimaatverandering?

In een zin

Klimaatverandering is er in de lange aardgeschiedenis altijd geweest, maar door menselijke activiteit warmt de aarde nu sneller op dan ooit. De oorzaak daarvan is de toename van broeikasgassen in de atmosfeer door het gebruik van fossiele brandstoffen.

Eenvoudig uitgelegd

Klimaatverandering is wanneer de gemiddelde weerpatronen van de aarde over een lange tijd veranderen.

Uitleg:

• Het klimaat is het typische weer in een regio over een periode van 30 jaar of meer, inclusief temperatuur, regenval en wind.

• Het klimaat op aarde verandert in de laatste 150 jaar sneller dan in de afgelopen 10.000 jaar. De wereld is al 1,3 graad Celsius (2,3 graden in Nederland) warmer geworden sinds de industriële revolutie.

Deze veranderingen zijn grotendeels te wijten aan dingen die mensen doen:

• Bij het verbranden van fossiele brandstoffen zoals olie, gas en kolen komen broeikasgassen zoals CO₂ (kooldioxide) en CH₄ (methaan) vrij in de atmosfeer.

• Deze gassen houden warmte vast en zorgen ervoor dat de aarde opwarmt.
• Het kappen van bossen draagt ook bij aan klimaatverandering.

Gevolgen van klimaatverandering:

• Extreme weersomstandigheden zoals stormen, overstromingen en hittegolven komen steeds vaker voor.
• IJskappen smelten en de zeespiegel stijgt.
• Planten- en diersoorten worden bedreigd.

Wat is klimaatverandering?

Ons klimaat verandert. Het klimaat, of eigenlijk de concentratie broeikasgassen in de atmosfeer, is één van de negen planetary boundaries die sinds ongeveer 1990 voorbij de veilige limiet is. De gevolgen van het overschrijden van die grens zijn maar ten dele terug te draaien, en vaak pas op de lange termijn.

Deze pagina bespreekt de verschillen tussen weer en klimaat, het natuurlijke broeikaseffect, broeikasgassen, het door de mens veroorzaakte versterkte broeikaseffect, en de invloedrijke weersverschijnselen El Niño en El Niña.

Onderstaande grafiek, gepubliceerd door het KNMI, vat het verhaal van deze wiki samen. Hij laat zien hoe de gemiddelde temperatuur op aarde sinds de Industriële Revolutie is gestegen parallel met de toename van kooldioxide in de atmosfeer.

Temperatuur en CO₂-concentratie sinds het begin van de jaartelling. Bron: KNMI.

Zie ook: Verdieping: Hoe klimaatonderzoek werkt.

Databronnen

De site Real Climate publiceert een catalogus die up-to-date wordt gehouden en verwijst naar geselecteerde bronnen van code en gegevens met betrekking tot klimaatwetenschap. Voor de liefhebbers:

• Klimaatgegevens (ruw)
• Klimaatgegevens (verwerkt)
• Paleo-gegevens
• Hulpdata
• Paleo-reconstructies (inclusief code)
• Uitvoer van grootschalig model (heranalyse)
• Uitvoer van grootschalige modellen (GCM)
• Modelcodes (GCM's)
• Modelcodes (overige)
• Datavisualisatie en -analyse
• Hoofdarchieven van klimaat- en andere aardwetenschappelijke gegevens

Weer en klimaat

Weersverandering en klimaatverandering worden nogal eens met elkaar verward: “Hoezo opwarming van de aarde? Kijk naar buiten. Het sneeuwt en het is heel koud.” Het is goed om het verschil tussen weer en klimaat scherp te hebben.

Op de site https://earth.nullschool.net/ vind je animaties van de actuele weersituatie: temperatuur, luchtdruk, wind, zeestromingen, chemie en nog veel meer. Deze animatie van Nullschool laat de ontwikkeling van het weer in een jaar (2018) zien.

Weer

Weer is wat je buiten voelt op een specifieke dag: warm, koud, regen, zon, wind, enzovoort. Het verandert snel, soms zelfs binnen een uur. Het weer — temperatuur, neerslag, wind — is op elke plaats en op elk moment anders.

Tegelijkertijd is het weer ook in zekere mate voorspelbaar: de dagen in de wintermaanden zijn kouder, grauwer en donkerder, dan in de zomer. In gebieden ver van zeeën en oceanen zijn deze verschillen groter dan in Nederland, dichtbij de zee. Nederland heeft een zeeklimaat, Rusland een landklimaat.

Klimaat

Klimaat gaat over het gemiddelde weer in een groter gebied over een lange periode; meestal wordt daarvoor 30 jaar gekozen. Klimaat geeft een idee wat voor soort weer je meestal kunt verwachten in een seizoen of jaar.

Zie ook Hoe klimaatonderzoek werkt.

Klimaatverandering

Klimaatverandering is dus de verandering van de gemiddelde weersomstandigheden over een langere periode in een bepaalde regio. Klimaat zegt daarmee ook iets over de kans dat een bepaald weertype op een bepaalde plaats en op een bepaalde tijd voorkomt.

Je kunt dus niet zeggen dat een bepaalde temperatuur of regenbui (het weer op moment X op plaats Y) het gevolg is van klimaatverandering — tenminste niet op dezelfde manier als zeggen dat het glas dat op de grond valt het gevolg is van je hand die het van de tafel duwt. Het klimaat is immers het gemiddelde van vele jaren weersverschijnselen. Je kunt wel zeggen dat een extreem hoge temperatuur die we nog nooit eerder hebben gemeten, of het vaker optreden van extreme regenbuien, het gevolg is van de uitstoot van CO₂. (Zie ook Verdieping: Attributie.)

Als we het over klimaatverandering hebben, bedoelen we vaak de opwarming van de aarde als gevolg van menselijk handelen: de antropogene klimaatverandering. (Er bestaat dus ook klimaatverandering die niet door de mens wordt veroorzaakt; zie Natuurlijke variatie.) Opwarming is echter maar één onderdeel van klimaatverandering. Omdat de planeet aarde één groot samenhangend geheel vormt, heeft opwarming ook gevolgen voor neerslagpatronen, weersextremen, smeltende gletsjers, zuurgraad van de oceanen, zeespiegelstijging, veranderingen in verdamping door vegetatie, etc.

Het klimaat op aarde is over lange tijd — in de orde van honderdduizenden tot miljoenen jaren — redelijk stabiel geweest, met slechts enkele graden verschil ten opzichte van de gemiddelde temperatuur in die periode. De huidige opwarming is groter en veel sneller dan ooit in de afgelopen 2 miljoen jaar. En dat is de kern van het probleem.

Zie ook: Verdieping: Geologische geschiedenis en Waarom elke tiende graad telt.

Het broeikaseffect

Het broeikaseffect werkt als een warme deken rond de Aarde en bestaat uit gassen die in kleine hoeveelheden in de atmosfeer voorkomen — zoals kooldioxide, methaan en waterdamp — en die warmte vasthouden.

Het broeikaseffect is een natuurlijk proces, dat de planeet op een leefbare temperatuur houdt: zonder broeikaseffect zou de atmosfeer veel kouder zijn. Menselijke activiteiten, zoals het verbranden van fossiele brandstoffen, hebben het broeikaseffect versterkt. Door de uitstoot van kooldioxide (CO₂) is de deken als het ware dikker geworden. Daardoor is de temperatuur op aarde gestegen en de energiebalans verstoord. Dat wordt het versterkte broeikaseffect genoemd. (Zie ook Verdieping: Energiebalans.)

Hoewel er nog kleine onzekerheden bestaan over klimaatverandering — met name over het tempo en de intensiteit — zijn de natuurkundige processen achter het broeikaseffect volledig begrepen. (Zie Experts zijn het eens.) Uit al het onderzoek blijkt dat op de lange termijn kooldioxide in de atmosfeer de belangrijkste regelknop is voor de temperatuur op Aarde. Kooldioxide is de belangrijkste veroorzaker van de huidige klimaatverandering; de toename ervan is door de mens veroorzaakt en het is ook de mens die de uitstoot ervan kan terugdringen.

Dit is al heel lang bekend. In een reeks experimenten die in 1856 werden uitgevoerd, ontdekte Eunice Newton Foote — een wetenschapper en voorvechtster van vrouwenrechten uit Seneca Falls, New York — als eerste dat het veranderen van de hoeveelheid kooldioxide (toen nog "koolzuurgas" genoemd) in de atmosfeer de temperatuur veranderde. Deze relatie tussen kooldioxide en het klimaat op aarde is sindsdien een van de belangrijkste principes geworden van de moderne meteorologie, het broeikaseffect en de klimaatwetenschap. Maar meer dan een eeuw lang erkende niemand dat Foote de eerste was die deze ontdekking deed, grotendeels omdat ze een vrouw was.

Zie ook Verdieping: Correlatie CO₂ en temperatuur.

Natuurlijk broeikaseffect

Het broeikaseffect treedt op omdat zonlicht dat de aarde verwarmt slechts ten dele wordt teruggekaatst naar de ruimte. Broeikasgassen, zoals kooldioxide (CO₂) en methaan (CH₄), houden een deel van die warmte vast. Dit is net als in een kas, waar glas de warmte binnenhoudt. Vandaar de naam 'broeikaseffect'. Zonder dit effect zou de gemiddelde temperatuur op het aardoppervlak ongeveer -18 °C zijn en zou menselijk leven niet kunnen bestaan.

Het zonlicht bestaat uit straling met korte golflengtes, van ultraviolet (UV) tot zichtbaar licht tot kortgolvige infraroodstraling. Deze straling verwarmt het aardoppervlak. Het opgewarmde aardoppervlak zendt langgolvige infraroodstraling (warmtestraling, ‘voelbare warmte’) terug. Daarvan wordt een klein deel, met golflengte 15 μm, geabsorbeerd door CO₂ in de atmosfeer. Deze geabsorbeerde energie wordt vervolgens deels opnieuw uitgestraald, ook richting het aardoppervlak, waardoor de atmosfeer warmte vasthoudt.

Demonstratie van het broeikaseffect die in de klas kan worden uitgevoerd.

Met dit eenvoudige experiment, dat voor het eerst werd uitgevoerd in 1856 door Eunice Foote, kun je zelf aantonen dat CO₂ warmtestraling absorbeert. De fles die meer kooldioxide bevat, warmt meer op dan de fles met alleen maar lucht.

In de atmosfeer werkt het broeikaseffect zoals is weergegeven in de volgende animatie. Klik twee keer op de animatie om hem te starten.

De zes stappen van het versterkte broeikaseffect. Bron: Australian Government.

Thermostaat

Het kooldioxidegehalte in de atmosfeer blijft van nature redelijk constant rond 0,03%, oftewel van iedere miljoen moleculen in de lucht zijn er 300 CO₂-moleculen (ook wel 300 ppm; parts per million genoemd). CO₂ die vrijkomt bij bijvoorbeeld vulkaanuitbarstingen, ademende mensen en dieren, en verbranding van fossiele brandstoffen, wordt uiteindelijk opgenomen door de oceanen en planten. Dit proces helpt de variaties in CO₂-concentraties, en daarmee ook de temperatuurschommelingen, binnen leefbare grenzen te houden.

De atmosfeer, de oceanen, de landmassa’s en het leven vormen samen één samenhangend systeem, dat functioneert als een natuurlijke thermostaat die de planeet leefbaar houdt. (Zie: Verdieping: Systeem Aarde.) Het huidige leven, inclusief de mens, is geëvolueerd in een periode toen de thermostaat op 15 °C stond.

Dat heeft miljoenen jaren goed gefunctioneerd en de evolutie van microben, planten en dieren mogelijk gemaakt. Totdat menselijke activiteiten de balans begonnen te verstoren.

Meer dan broeikasgassen

De uiteindelijke temperatuur op Aarde wordt bepaald door de totale energie- of stralingsbalans, waar het broeikaseffect een belangrijk onderdeel van is (zie ook: Verdieping: Energiebalans).

Aerosolen

Naast broeikasgassen zijn er ook andere stoffen in de atmosfeer die hierbij een rol spelen, zoals aerosolen. Aerosol is een verzamelnaam voor stofdeeltjes en vloeistofdruppels in de lucht die vaak groter zijn dan een individueel molecuul. Roetdeeltjes zijn bijvoorbeeld aerosolen, maar ook waterdruppels die wolken vormen kunnen worden gezien als aerosolen. Afhankelijk van het type deeltje, kan een aerosol een afkoelend effect hebben op de atmosfeer doordat ze inkomende zonnestraling weerkaatsen, of juist een opwarmend effect hebben doordat ze straling vasthouden.

Albedo

Daarnaast is het voor het (versterkte) broeikaseffect ook van belang hoeveel warmte de Aarde überhaupt uitstraalt, en dat hangt weer af van hoeveel zonnestraling het aardoppervlak bereikt. De Aarde reflecteert een deel van de inkomende zonnestraling, dat daarmee dus niet wordt omgezet in warmte. De fractie van de zonnestraling die wordt weerkaatst noemen we het albedo (het lichtweerkaatsingsvermogen, of ook wel 'witheid' van een object). Wolken, sneeuw en ijs hebben een hoge albedo omdat ze veel licht weerkaatsen (en daardoor ook als 'meer wit' worden waargenomen), terwijl water en planten juist een lage albedo hebben. De Aarde heeft gemiddeld gezien een albedo van ongeveer 38%; dat betekent dus dat zo'n 38% van de inkomende zonnestraling wordt weerkaatst terug de ruimte in, onder meer door wolken en ijskappen.

De Aarde warmt op door menselijke activiteit, waarvan de grootste bijdrage de uitstoot van broeikasgassen is. Maar de mens verandert ook de concentratie aerosolen en de albedo van de Aarde, dat de opwarming ook beïnvloedt. Hoe dat precies werkt, lees je onder ...

Natuurlijke variatie

In de geschiedenis van de aarde hebben zich al eerder veranderingen in het klimaat voorgedaan, zoals ijstijden en warme periodes. Hoewel er na deze veranderingen uiteindelijk een nieuw evenwicht optrad, gebeurde dat over duizenden tot miljoenen jaren. Veel soorten overleefden deze veranderingen niet, en de ecosystemen die opnieuw ontstonden, waren vaak anders dan die daarvoor.

Zie ook: Verdieping: Geologische geschiedenis.

Het grote verschil nu is dat de huidige opwarming vooral door menselijke activiteiten wordt veroorzaakt en in een fractie van de tijd plaatsvindt vergeleken met natuurlijke klimaatveranderingen. Hierdoor wordt de veerkracht van ecosystemen en soorten ernstig op de proef gesteld. Veel planten- en diersoorten kunnen niet snel genoeg migreren of zich aanpassen om deze snelle veranderingen te overleven.

Menselijke samenlevingen zijn ook kwetsbaar voor deze snelle veranderingen. Terwijl de aarde zich op lange termijn misschien kan herstellen en nieuwe evenwichten kan vinden, is er geen garantie dat menselijke samenlevingen hetzelfde kunnen doen. De maatschappelijke structuren, voedselzekerheid, watervoorziening en infrastructuur zijn niet ontworpen om met zulke snelle en extreme veranderingen om te gaan. (Zie ook: Kan de mensheid de opwarming aan?) Dit kan leiden tot grote sociale en economische instabiliteit, migratiestromen, conflicten, lijden en sterfte. Kortom, de snelheid van de huidige opwarming vormt niet alleen een bedreiging voor de natuur, maar ook voor de toekomst van menselijke samenlevingen. (zie ook: Extreme urgentie: Klimaatverandering en de wereldwijde samenleving)

Middeleeuws klimaatoptimum

Voor Nederland is uitgebreid historisch onderzoek gedaan naar de rol van klimatologische stabiliteit, maatschappelijke ontwikkeling en biodiversiteit. De uitkomst is dat in het zogeheten Middeleeuws klimaatoptimum (een klimatologisch stabiele en relatief warme periode — maar koeler dan nu) aan het einde van de Middeleeuwen, zowel de landbouw als de biodiversiteit floreerden. Over de 'Middeleeuwse warme periode' is onderwerp van een klimaatmythe.

Palaeocene-Eocene Thermal Maximum

Met de nodige voorzichtigheid is het mogelijk perioden in het verleden als analogen te gebruiken voor de huidige opwarming. Bijvoorbeeld de periode die bekend staat als het Palaeocene-Eocene Thermal Maximum (PETM). Tijdens het PETM was het Noordpoolgebied helemaal ijsvrij. Er groeiden palmbomen en er zwommen nijlpaarden. Dat maakt het nog geen scenario voor de huidige opwarming.

Op geen moment in het geologische verleden is de aarde zo snel opgewarmd als in de huidige tijd. Een geschikte analoog voor huidige antropogene opwarming is er dan ook niet, maar het geologische verleden biedt wel lessen voor de huidige tijd.

Welke broeikasgassen zijn er?

De belangrijkste broeikasgassen zijn koolstofdioxide (koolzuurgas, CO₂), waterdamp, methaan (CH₄) en lachgas (N₂O). Daarvan is CO₂ de belangrijkste. Alle vier komen van nature voor in de atmosfeer en zorgen ervoor dat de Aarde leefbaar is.

Deze animatie, op basis van waarnemingen door NASA's Orbiting Carbon Observatory 2 (OCO-2) en GEOS modelsimulatie, laat zien hoe CO₂ zich gedurende een kalenderjaar (2021) door de atmosfeer verspreidt. Het is duidelijk dat de voornaamste CO₂-bronnen op het Noordelijk Halfrond liggen.

Koolstofdioxide

Van nature komt koolstofdioxide (kooldioxide) in een kleine concentratie — ~0,03% — voor in de atmosfeer. Groene planten en cyanobacteriën hebben kooldioxide nodig voor hun stofwisseling. Ze zetten het met behulp van zonlicht om in glucose: dit proces heet fotosynthese.

(N.B. In de huidige periode van de aardgeschiedenis zijn vulkanen een andere, kleine bron van CO₂.)

CO₂ komt weer in de atmosfeer wanneer de planten vergaan of worden opgegeten door dieren (via de uitademing). Opname en uitstoot zijn min of meer in evenwicht: een boom die tijdens zijn leven CO₂ opneemt, stoot die weer uit wanneer hij afsterft. Daardoor is de concentratie CO₂ in de atmosfeer licht fluctuerend over de geologische tijd.

Op de geologisch lange termijn wordt er echter veel meer CO₂ vastgelegd in de aardbodem dan er door levende planten wordt opgeslagen. Het is opgeslagen als dood plantaardig materiaal in veengrond dat, vastgezet in aardlagen, in de loop van miljoenen jaren samengedrukt is tot bruinkool, steenkool en aardgas. In de oceanen wordt koolstof vastgelegd doordat organismen na afsterven naar de bodem zinken. Op de lange duur kunnen die worden omgezet in aardolie en aardgas.

Het is deze enorme koolstofvoorraad die als fossiele brandstof wordt verstookt, waarbij de CO₂ weer vrijkomt. Dit verklaart ook waarom er nu op zo'n korte termijn zoveel CO₂ bij kan komen, en waarom dit ongeëvenaard is in de geschiedenis van de aarde.

Veranderingen van de CO₂ concentratie over de afgelopen 800.000 jaar. De CO₂-waarde in oktober 2024 was 424 ppm (deeltjes per miljoen). Bron: NOAA.

Deze animatie van de US National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) zet de huidige toename van de CO₂-concentratie in het perspectief van de variaties in de afgelopen 800.000 jaar, de periode van de ijstijden.

De animatie begint met directe observaties van de CO₂-concentratie door het Mauna Loa observatorium in Hawaii en een wereldwijd netwerk van andere meetpunten, gevolgd door metingen van CO₂-concentraties in ijskernen van Antarctica.

Zie voor de actuele concentratie in de atmosfeer Stand van zaken op dit moment.

Zie ook:

• Verdieping: Correlatie CO₂ — temperatuur;
• Verdieping: Gevoeligheid;
• Verdieping: Koolstofbalans;
• Verdieping: Koolstofputten;
• Verdieping: Levensduur van CO₂ in de atmosfeer.

Fossiele brandstoffen

De toename van CO₂ in de atmosfeer is het gevolg van het verbranden van fossiele brandstoffen — steenkool, aardolie en aardgas. Natuurlijke processen hebben daar nauwelijks aan bijgedragen. De Industriële Revolutie (~1750-1850) is de start van die toename, die vanaf ongeveer 1950 steeds sterker werd.

Fossiele brandstoffen en hun uitstoot zijn eigenlijk een grote verspilling van energie. Om precies te zijn: ongeveer 67% van de totale energie van alle gebruikte fossiele brandstoffen gaat verloren in de atmosfeer als kooldioxide, andere oxiden, waterdamp en warmte. Slechts de resterende 33% van de energie wordt daadwerkelijk gebruikt om dingen aan te drijven, te transporteren en te verwarmen.

Uitstoot van kooldioxide (CO₂) door fossiele brandstoffen en industrie. Veranderingen in landgebruik zijn inbegrepen. Bron: Our World in Data.

Aan het begin van het industriële tijdperk was het CO₂-gehalte in de atmosfeer 278 ppm. Sindsdien hebben menselijke activiteiten de hoeveelheid CO₂ in de atmosfeer doen toenemen, waardoor in 2025 de concentratie ~426 ppm was — een stijging van 50%. Deze door de mens veroorzaakte stijging is een stuk groter dan de natuurlijke stijging aan het einde van de laatste ijstijd, 20.000 jaar geleden — de laatste grote opwarming.

Sinds de Industriële Revolutie

De uitstoot van fossiele CO₂ daalt in sommige regio's, waaronder Europa en de VS, maar stijgt wereldwijd — en wetenschappers zeggen dat wereldwijde actie om fossiele brandstoffen terug te dringen niet snel genoeg gaat om gevaarlijke klimaatverandering binnen de perken te houden. Het beste beschikbare bewijs laat zien dat de opwarming waarschijnlijk min of meer zal stoppen zodra de uitstoot van kooldioxide nul is. Dat betekent dat de mens de macht heeft om de toekomst van het klimaat te kiezen.

Ondanks dat er al veel kooldioxide is uitgestoten, zal de temperatuur na het bereiken van nul-emissie niet lang blijven stijgen. Dit komt doordat twee processen elkaar in evenwicht houden. Aan de ene kant zorgt de kooldioxide die al is uitgestoten voor verdere opwarming van het oceaanoppervlak. Aan de andere kant absorberen en begraven de oceanen kooldioxide uit de atmosfeer, waardoor het broeikaseffect van de atmosfeer afneemt en de lagere atmosfeer en het oppervlak afkoelen. Deze opwarmende en verkoelende processen heffen elkaar op. Hierdoor zal de temperatuur na het stoppen van de uitstoot stabiliseren. Dat is in overeenstemming met IPCC scenario RCP2.6 met ambitieus klimaatbeleid. Onzekere factoren die samenhangen met omslagpunten, zoals het dooien van de permafrost, kunnen voor een verdere stijging van 0,2 tot 0,3 °C zorgen.

Voor een uitleg over het effect van nul-emissie zie het artikel in Carbon Brief: Explainer: Will global warming ‘stop’ as soon as net-zero emissions are reached?

Er zijn echter ook aanwijzingen dat de gezamenlijke werking van veranderingen in het albedo, koolstof uit ontdooiende permafrost (zowel als CH₄ als CO₂) en waterdamp in warme lucht er samen voor zorgen dat de temperatuur hoog blijft, zelfs als de CO₂-concentratie afneemt. Dat betekent dat de klimaatverandering die al heeft plaatsgevonden moeilijk ongedaan te maken zal zijn zonder grootschalige netto negatieve emissies.

Om het klimaat te stabiliseren, moet de uitstoot van broeikasgassen stoppen. Daling van het CO₂-niveau en daling van de temperatuur vragen om andere maatregelen. Zie daarvoor: Mitigatie.

Zie: Verdieping: Basislijn Parijs.

Cementproductie

De cementindustrie is de tweede belangrijkste oorzaak van de stijgende concentraties CO₂. Een ander nadeel van de cementindustrie is dat beton wordt gebruikt om harde oppervlakken te creëren die verhinderen dat regenwater door de bodem wordt opgenomen. Dat vergroot de kans op bodemerosie, watervervuiling en overstromingen.

Bij de productie van cement komt koolstofdioxide vrij. Dit komt doordat calciumcarbonaat (CaCO₃) wordt afgebroken wanneer het wordt verhit, waarbij kooldioxide (CO₂) en ongebluste kalk (CaO) worden gevormd. Er wordt ook veel energie gebruikt, vooral uit de verbranding van fossiele brandstoffen. De cementproductie is goed voor ongeveer 1,6 miljard ton CO₂ per jaar — ongeveer 8% van de wereldwijde CO₂-uitstoot.

Waterdamp

Sommige mensen denken dat waterdamp de belangrijkste oorzaak is van de huidige opwarming van de aarde, maar dat is in feite een omdraaiing van oorzaak en gevolg. De concentratie waterdamp in de atmosfeer neemt toe naarmate de aarde warmer wordt, maar dit betekent niet dat waterdamp de oorzaak is van de opwarming. Waterdamp versterkt het opwarmende effect van andere broeikasgassen.

Het mechanisme van de positieve terugkoppeling van waterdamp in de atmosfeer. Bron: NASA and NOAA Historic NWS Collection.

Wanneer broeikasgassen zoals kooldioxide en methaan in de atmosfeer toenemen, stijgt de temperatuur op aarde. Hierdoor neemt de verdamping boven water- en landoppervlakken toe. Warmere lucht kan meer vocht vasthouden (7% meer voor elke graad opwarming), dus komt er meer waterdamp in de lucht. De waterdamp absorbeert net als kooldioxide en methaan de warmte die vanaf de aarde wordt uitgestraald, waardoor de atmosfeer verder opwarmt en er nog meer waterdamp ontstaat.

Dit is een positieve terugkoppeling die het broeikaseffect versterkt. Geschat wordt dat dit effect meer dan het dubbele is van de opwarming die zou plaatsvinden door de toename van kooldioxide alleen.

De verklaring hiervoor is dat waterdamp een condenseerbaar broeikasgas is — het kan van een gas in een vloeistof veranderen (condenseren). De concentratie is afhankelijk van de temperatuur van de atmosfeer. Hierdoor is waterdamp het enige broeikasgas waarvan de concentratie toeneemt door de opwarming van de atmosfeer, waardoor de atmosfeer nog meer opwarmt. De andere broeikasgassen — CO₂, methaan, lachgas, maar ook ozon en chloorfluorkoolwaterstoffen — zijn niet-condenseerbare gassen. Deze kunnen niet vloeibaar worden in de atmosfeer, zelfs bij de zeer lage temperaturen hoog in de atmosfeer. Terwijl de atmosferische temperaturen veranderen, blijft de concentratie van niet-condenseerbare gassen stabiel, tenzij menselijke activiteiten hun concentratie verhogen.

Extra waterdamp in de lucht blijft niet lang genoeg hangen om het klimaat te veranderen. De hoeveelheid waterdamp die we in de lucht brengen, is niet belangrijk. Zelfs als we de hoeveelheid water in de lucht zouden verdubbelen, zou het meeste binnen ongeveer twee weken weer terugvallen in de oceanen, ijskappen, rivieren, meren en het grondwater. Als niet-condenseerbare broeikasgassen niet zouden toenemen, zou de hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer onveranderd zijn ten opzichte van het niveau van voor de Industriële Revolutie.

Een uitvoerige bespreking van de mythe dat waterdamp de oorzaak is van de opwarming en niet kooldioxide en andere door de mens uitgestoten broeikasgassen, vind je op de site van Skeptical Science.

Methaan

Methaan (CH₄) draagt aanzienlijk bij aan de opwarming van de Aarde. Het is verantwoordelijk voor ongeveer 30% van de klimaatverandering sinds het pre-industriële tijdperk. De methaanconcentratie is de afgelopen twintig jaar met bijna 10% gestegen. Onderzoekers weten dat de belangrijkste bron van de stijgende methaanconcentratie niet de olie- en gasindustrie is, omdat methaan in de atmosfeer rijker is geworden aan koolstof-12, een lichte isotoop die door biologen wordt geprefereerd.

Methaanemissies zijn voornamelijk het gevolg van menselijke activiteiten, onder andere via kolenmijnen, aardgaslekken, afvalwaterzuiveringsinstallaties, scheten en oprispingen van herkauwers zoals koeien, schapen en geiten, rottend organisch afval op stortplaatsen, rijstproductie en termietenheuvels. Andere bronnen van methaanuitstoot zijn uitdrogende veenmoerassen en ontdooiende permafrost (= permanent bevroren bodem).

Methaan is een veel sterker broeikasgas dan koolstofdioxide: per molecuul kan het veel meer warmtestraling vasthouden. Maar, waar broeikasgassen als koolstofdioxide maar ook lachgas wel duizenden jaren in de atmosfeer blijven voordat ze worden afgebroken of opgenomen, breekt methaan in iets meer dan tien jaar af (onder meer in CO₂). Over een periode van 20 jaar is het daarom een zo'n 84 keer sterker broeikasgas dan koolstofdioxide, en in 100 jaar zo'n 28 keer sterker.

Wetlands

Bij de stijging van de methaanemissises speelt groei van de veeteelt en stortplaatsen zeker een rol, maar de laatste jaren hebben onderzoekers zich gerealiseerd dat ook de uitstoot uit wetlands toeneemt. Door de opwarming van de aarde veranderen de neerslagpatronen, waardoor in sommige regio's moerassen groter worden en permafrost ontdooit, waardoor nieuwe moerassen ontstaan. De opwarming is ook gunstig voor methaanproducerende bacteriën: warmte versnelt hun stofwisseling en warmer water bevat minder opgeloste zuurstof, waardoor deze anaërobe organismen ecologisch gezien gemakkelijker de overhand krijgen.

In 2024 ontdekte een team van wetenschappers van het Amerikaanse Ministerie van Energie dat de methaanuitstoot uit wetlands in Noord-Eurazië en Noord-Amerika tussen 2002 en 2021 met 9% is toegenomen. Door zorgvuldig de seizoensgebonden schommelingen in methaan te onderzoeken op locaties waar langdurige metingen zijn verricht, kwam een studie gepubliceerd in Nature tot de conclusie dat de wereldwijde uitstoot door wetlands sinds de jaren tachtig is toegenomen. Beide studies brachten deze trend in verband met de opwarming van de aarde.

Er wordt onderzoek gedaan naar het verminderen van de methaanuitstoot uit wetlands. Verreweg de beste manier is natuurlijk het terugdringen van het gebruik van fossiele brandstoffen en daarmee het verminderen van de opwarming. Direct ingrijpen in de ecosystemen van de wetlands is een optie die wordt onderzocht. Die is echter, net zoals andere vormen van geo-engineering, niet zonder risico.

Vlees- en zuivelindustrie

Uit een recent onderzoek blijkt dat grote zuivelbedrijven de uitstoot van methaan verwaarlozen. Dierlijke landbouw, met name veeteelt voor melk en vlees, is verantwoordelijk voor 32% van de wereldwijde uitstoot van methaan. Hoewel methaan een korte levensduur heeft, is het 80 keer krachtiger dan kooldioxide.

Een evaluatie van 20 toonaangevende zuivel- en koffieshopketens, met een gezamenlijke omzet van meer dan 420 miljard dollar, geeft aan dat de meeste geen duidelijke doelen voor methaanvermindering of geloofwaardige actieplannen hadden. Danone was het enige bedrijf met een specifieke doelstelling voor methaan, terwijl General Mills een algemene klimaatdoelstelling had. Nestlé en Arla stonden op de derde plaats, waarbij Nestlé een verminderde zuivelconsumptie ondersteunde.

Hoewel Nestlé erkent dat methaan en vee een bedreiging vormen voor het klimaat, rapporteerden alleen Nestlé en Danone daadwerkelijke emissiereducties. Het rapport toont de onwil van de industrie om methaanemissies effectief aan te pakken en benadrukt de behoefte aan overheidsingrijpen om op wetenschap gebaseerde methaanverminderingen in de landbouw af te dwingen.

"Mooie woorden van bedrijven en een paar vrijwillige acties zijn niet veel meer dan gebakken lucht. Regeringen moeten eindelijk de koe bij de horens vatten en wetenschappelijk onderbouwde methaanbeperkingen voor de landbouwsector instellen," zegt een van de auteurs van het rapport.

Zie: Verdieping: Welke broeikasgassen dragen hoeveel bij?.

Lachgas

Lachgas (distikstofoxide of N₂O) is een ander (niet-condenseerbaar) broeikasgas dat een belangrijke rol speelt in het broeikaseffect. Samen met de menselijke uitstoot van koolstofdioxide en methaan is de uitstoot van lachgas voor de opwarming door het versterkte broeikaseffect verantwoordelijk. De bijdrage van lachgas aan de opwarming van de Aarde wordt geschat op zo'n 6% sinds 1960. Lachgas heeft net als koolstofdioxide een relatief lange verblijftijd in de atmosfeer (meer dan honderd jaar).

De productie en het gebruik van kunstmest, maar ook dierlijke mest van veeteelt zijn samen voor het grootste gedeelte van de menselijke uitstoot van lachgas verantwoordelijk. De uitstoot van lachgas gaat gepaard met de uitstoot van stikstofoxides (NOx / NO₂) en ammoniak (NH₃). Deze stoffen kunnen grote negatieve gevolgen hebben voor de luchtkwaliteit en de natuur en biodiversiteit - zo liggen ze ten grondslag aan de stikstofproblematiek in Nederland. Daarnaast zijn stikstofoxides en ammoniak ook aerosolen, die een licht afkoelende werking hebben en het opwarmende effect van lachgas een klein beetje compenseren.

Verstoring door de mens

Door menselijke activiteiten, zoals het verbranden van fossiele brandstoffen, nemen de broeikasgassen toe, en raakt de energiebalans van de Aarde verstoord. Er blijft meer warmte in de atmosfeer, wat leidt tot opwarming van de aarde en veranderingen in het klimaat. Dit noemen we het antropogene of versterkte broeikaseffect.

Lees ook: De mens is verantwoordelijk en Klimaatverandering: meest recente stand van zaken.

Tijdens alle ijstijden van de afgelopen miljoen jaar hebben positieve en negatieve terugkoppelingen in de koolstofcyclus ervoor gezorgd dat het kooldioxidegehalte in de atmosfeer stabiel bleef op of onder de 300 delen per miljoen (ppm). Op dit moment is dat niveau echter ~430 ppm. Dit is niet alleen het hoogste kooldioxidegehalte dat de mensheid ooit heeft meegemaakt, maar het is ook in een ongekend tempo gestegen, als we op geologische tijdschalen kijken. Waar vergelijkbare veranderingen in het verleden duizenden jaren hebben geduurd, hebben we nu te maken met een stijging in een fractie van die tijd.

Broeikasgassen, aerosolen en veranderingen in landgebruik

De mens verstoort de Aarde op verschillende manieren die bijdragen aan klimaatverandering. Allereerst verbranden we op grote schaal de fossiele brandstoffen kolen, olie en gas, onder meer in de industrie, transport en huishoudens, waardoor we koolstofdioxide en methaan uitstoten. Via de landbouw en veeteelt stoten we lachgas en ook methaan uit. Deze extra broeikasgassen warmen de planeet op, maar het zijn niet de enige redenen. Zie ook: Welke broeikasgassen dragen hoeveel bij?

De bijdragen aan de waargenomen mondiaal gemiddelde opwarming in 2010-2019 in verhouding tot 1850-1900. (a) Waargenomen opwarming van de aarde (stijging van de temperatuur aan het aardoppervlak), (b) Bewijs uit attributieonderzoeken, die informatie uit klimaatmodellen met observaties combineren, (c) Bewijs uit de analyse van stralingsforcering (energiebalans) en klimaatgevoeligheid (climate sensitivity)

De mens heeft ook op grote schaal het oppervlak van de Aarde aangetast. Deze veranderingen in landgebruik (ook wel LULUCF: Land Use, Land Use Change, and Forestry) omvatten vooral grootschalige ontbossing voor landbouw en veeteelt, maar ook verstedelijking. Grootschalige ontbossing heeft eigenlijk twee gevolgen: een toename van de albedo, en minder natuurlijke opname van CO₂. Zand, grasland en landbouwgrond, dat vaak in de plaats komt voor bossen, hebben een relatief hogere albedo vergeleken met bossen. Dat betekent dat ze meer zonnestraling weerkaatsen terug de atmosfeer en de ruimte in.

Deze verandering in landgebruik zorgt dus effectief voor een lichte verkoeling van de Aarde. Maar zand, grasland, landbouwgrond, en ook stedelijk gebied, nemen vrijwel geen CO₂ op, terwijl gezonde bossen dat wel doen (zie ook: Koolstofbalans en Koolstofputten). Dit heeft effectief voor meer CO₂ in de atmosfeer gezorgd, wat dus weer een opwarmend effect heeft. Het netto-effect van ontbossing op regionale en globale temperatuur hangt af van veel factoren, onder meer de breedtegraad, en dat maakt dat de exacte contributie lastig in kaart te brengen is.

Door de verbranding van fossiele brandstoffen, maar ook door landbouw en veeteelt, industriële processen, en verbrandingsprocessen, stoot de mens op grote schaal verschillende aerosolen uit, waaronder ammoniak, roetdeeltjes, en zwaveloxides. Aerosolen beïnvloeden op verschillende manieren de opwarming van de Aarde. Zo zorgen donkere roetdeeltjes op sneeuw en ijskappen door albedoveranderingen voor een klein beetje opwarming, kunnen aerosolen ook de ozonlaag aantasten, kunnen aerosolen direct zonnestraling weerkaatsen wat effectief voor een afkoeling zorgt, en beïnvloeden aerosolen de vorming van wolken, dat ook voornamelijk een afkoelende werking heeft.

De precieze interacties van aerosolen met de stralingsbalans van de Aarde is behoorlijk complex. Dit zorgt ervoor dat er over de totale contributie van aerosolen op de opwarming van de Aarde nog veel onzeker is, maar het netto-effect is een behoorlijke afkoeling van ongeveer 0,4 graden Celsius.

Zonder deze afkoelende aerosolen zou de opwarming van de Aarde dus een stuk hoger zijn. Aerosolen zijn vaak ook luchtverontreinigende stoffen die negatieve effecten hebben op onze gezondheid. Daarom zijn er veel beleidsmaatregelen om de concentratie van veel aerosolen naar beneden te krijgen. Voor de opwarming van de Aarde kan dit dus een lichte extra opwarming betekenen.

Het is de mens

Bron: Skeptical Science, gebaseerd op Parmesan & Yohe (2003).

De gemiddelde temperatuur op Aarde is sinds 1880 met > 1,3 °C gestegen. Sinds 1975 is de opwarming versneld met 0,2 °C per decennium. De maximumtemperaturen op het land stijgen twee keer zo snel, tot meer dan 1,7 °C.

Dat menselijke activiteit de oorzaak is voor de ongekend snelle stijging van de gemiddelde temperatuur op Aarde volgt uit verschillende, onafhankelijke waarnemingen. In de eerste plaats loopt de temperatuurstijging parallel aan de stijging van de CO₂-concentratie vanaf het begin van de Industriële Revolutie. (Zie daarvoor: Verdieping: correlatie CO₂— temperatuur.) In de tweede plaats laat geochemisch onderzoek van CO₂ in de atmosfeer, de oceanen en ijskernen een duidelijk signatuur zien van fossiele brandstoffen. De menselijke vingerafdruk is onmiskenbaar. (Zie daarvoor Verdieping: fossiele koolstof herkennen en: Heeft door de mens gemaakte CO₂ een detecteerbare vingerafdruk?.)

“We play Russian roulette with climate [and] no one knows what lies in the active chamber of the gun . . .”

Dit kon Wally Broecker nog schrijven in 1987. Inmiddels is veel meer bekend over de gevolgen van het gebruik van fossiele brandstoffen en kunnen voorspellingen worden gedaan over de termijn waarin die plaatsvinden.

Jaarlijkse en lange-termijn variatie

Deze grafiek uit het rapport Global Climate Highlights van Copernicus laat de jaarlijkse temperatuurvariatie zien ten opzichte van het langjarig gemiddelde. Daaruit blijkt dat, ondanks de schommelingen van de temperatuur het klimaat een duidelijke opwarmingstrend vertoont.

Verschil in wereldgemiddelde temperatuur (°C) ten opzichte van 1850-1900, gebaseerd op de gemiddelden van maandwaarden uit maximaal zes datasets: Berkeley Earth, HadCRUT5 en NOAAGlobalTemp (vanaf 1850), GISTEMP (vanaf 1880), ERA5 (vanaf 1940) en JRA-3Q (vanaf september 1947). De datasets zijn genormaliseerd zodat ze dezelfde gemiddelden hebben voor 1991-2020 en een gemiddelde dataset-offset van 0,88°C is gebruikt om de gemiddelden van 1991-2020 en 1850-1900 aan elkaar te relateren. De zwarte curve toont een schatting van de klimatologische variatie van de temperatuur op lange termijn. De rode en blauwe balken tonen de afwijkingen van de jaargemiddelde temperaturen van deze schatting. Credit: C3S/ECMWF. Bron: Global Climate Highlights.

De GloSAT reconstructie

In 2025 werd een nieuwe reconstructie van de gemiddelde oppervlaktetemperatuur gepubliceerd die teruggaat tot eind 18e eeuw, 70 jaar eerder dan eerdere reconstructies. Dit is het resultaat van het GloSAT project (Global Surface Air Temperature).

Verandering in wereldwijde gemiddelde afwijkingen van de temperatuur aan het aardoppervlak ten opzichte van 1961-1990 voor GloSATref en HadCRUT5 (Morice et al. 2021). De gearceerde onzekerheidsbereiken zijn 95% betrouwbaarheidsintervallen die de meetonzekerheden en onzekerheden als gevolg van onvolledige wereldwijde gegevensverzameling weergeven. Creative Commons License BY 4.0

Het GloSAT-project werd gefinancierd door de Britse Natural Environment Research Council om een nieuw, uitgebreid, wereldwijd oppervlakte-temperatuurregister te ontwikkelen op basis van de temperatuur van de luchttemperatuur boven zee in combinatie met de lucht temperatuur boven land, en om dat register te gebruiken om de klimaatvariabiliteit in een langere context te begrijpen dan de huidige datasets mogelijk maken.

El Niño en La Niña

El Niño is een natuurverschijnsel in de Stille Oceaan waarbij langs de evenaar in de oostelijke Stille Oceaan het normaal koele zeewater in sommige jaren sterk opwarmt. Deze opwarming beïnvloedt het weer wereldwijd, vooral in Noord- en Zuid-Amerika, Zuid-Oost Azië en Australië, en soms zelfs in Europa.

Het tegenovergestelde effect, La Niña, treedt op wanneer het zeewater bij de evenaar ongewoon koud is. Beide verschijnselen zijn onderdeel van het El Niño Southern Oscillation (ENSO)-effect, een onregelmatige cyclus van 2 tot 7 jaar die variaties in wind- en zee-oppervlaktetemperaturen over de tropische oostelijke Stille Oceaan veroorzaakt.

Tijdens El Niño stijgt de oppervlaktewatertemperatuur van de tropische Stille Oceaan met ongeveer 5 °C. Tijdens La Niña daalt de temperatuur van het oceaanwater met ongeveer dezelfde hoeveelheid. Beide toestanden zijn extreme stadia van één fenomeen. Bron: AHA Centre.

Het ENSO-effect zorgt voor temperatuurschommelingen die bovenop de wereldwijde temperatuurstijging komen die het gevolg is van de uitstoot van broeikasgassen. Tijdens een El Niño warmt de oppervlakte van de tropische Stille Oceaan sterk op, wat het aardoppervlak significant opwarmt. Bovendien wordt er minder CO₂ dan normaal opgenomen door de oceaan. Beide effecten zorgen ervoor dat de temperatuur op Aarde tijdens een El Niño-jaar wel 0,3 graden Celsius hoger kan liggen dan normaal. 2023 was zo'n El Niño-jaar. In zulke jaren komen er meer en krachtigere tropische orkanen voor, met zware regenval in sommige regio's en extreme droogte in andere. Tijdens een La Niña is het omgekeerde het geval: er komt veel koud water uit de diepe oceaan aan het oppervlak, wat juist een koelere situatie oplevert.

De El Niño-gebeurtenis van 1997-98 met extreme zeeoppervlakte temperatuur (SST) anomalieën in het oosten van de tropische Stille Oceaan.

De animatie toont de afwijkende watertemperaturen [°C] in de oceanen tijdens de laatste sterke El Niño in december 1997.

Wereldwijde gevolgen voor temperatuur en neerslag van El Niño en La Niña gebeurtenissen.

De kaarten laten zien hoe El Niño gewoonlijk de winter- en zomerklimaatpatronen op het noordelijk halfrond over de rest van de wereld beïnvloedt. Merk op dat er geen consistente gevolgen zijn voor Europa, Afrika en Noord-Amerika tijdens de zomermaanden, terwijl gebieden rond de tropen en subtropen op het zuidelijk halfrond (Australië, bijvoorbeeld) in beide seizoenen gevolgen ondervinden. De recordtemperaturen van 2023-24 hangen deels samen met El Niño.

Niettemin is dat maar een deel van de verklaring. Dit blijkt uit een analyse van de ontwikkeling van de dagelijkse temperaturen tijdens alle El Niño-gebeurtenissen met behulp van de ERA5 reanalyse dataset. Aangezien deze dataset de periode van 1940 tot nu beslaat, geeft het ons zes sterke El Niño gebeurtenissen (Niño 3.4 regio > 1.8 °C) en vier meer gematigde El Niño gebeurtenissen (Niño 3.4 regio > 1.5 °C en < 1.8 °C) om te vergelijken met 2024.

Vergelijking van de afwijkingen van de gemiddelde oppervlaktetemperatuur tijdens zes El Niño’s (1972-2023). De dikke zwarte lijn is de El Niño van 2023. De grafieken zijn gecentreerd rond het hoogtepunt van de betreffende gebeurtenis. De data hiervan worden gegeven in de legenda.

De figuur hierboven toont de gegevens van zes El Niño gebeurtenissen. Hoge temperaturen in 2023 (zwarte lijn) traden eerder op dan in elke andere sterke El Niño. De piektemperaturen waren vergelijkbaar met andere gebeurtenissen in 2015/2016 en 1997/1998 — ongeveer 0,4 °C boven de “normale” mondiale oppervlaktetemperaturen. De mondiale temperaturen daalden na april een beetje, in lijn met eerdere El Niño-gebeurtenissen.

Na oktober 2023 (maand 10 in de grafiek) zijn de temperaturen wereldwijd echter hoog gebleven, ondanks het feit dat de El Niño condities al lang verdwenen zijn, waardoor het laatste deel van 2024 buiten het bereik valt van andere sterke El Niño's.

Zelfs als we naar de langere termijn kijken, is de ontwikkeling van de mondiale oppervlaktetemperaturen zowel voor als na El Niño ongekend: de temperaturen stegen eerder dan we eerder hebben gezien en de temperaturen zijn langere tijd op een hoog niveau gebleven.

Gevolgen voor Europa

El Niño en La Niña hebben ook invloed op Europa, zoals blijkt uit de kaart hierboven. Als de Stille Oceaan verandert van El Niño naar La Niña, kan Europa te maken krijgen met veranderingen in temperatuur en neerslag.

Een opwarmend klimaat en de overgang van El Niño naar La Niña kan het risico op hittegolven en droogte in delen van Europa vergroten. Een jaar van El Niño kan evenveel hitte met zich meebrengen als een decennium van door de mens veroorzaakte opwarming. Deze extra hitte en de kans op andere neerslagpatronen kunnen hittegolven en droogtes in sommige delen van Europa erger maken.

Andere gebieden in Europa kunnen meer stormen, extreme regen en overstromingen verwachten. In Zuid-Europa worden de winters natter en warmer, terwijl ze in Noord-Europa droger en kouder worden.

Verdieping

Verdieping: Hoe klimaatonderzoek werkt

Deze video legt in 15 minuten uit hoe klimaatonderzoekers op basis van boringen in de zeebodem en in poolijs, waarnemingen van CO₂ en andere broeikasgassen, temperatuur en talloze andere waarnemingen, bepalen hoe het klimaatsysteem verandert.

Verdieping: Attributie

Nu extreem weer steeds vaker optreedt en tot hele concrete problemen leidt, rijst de vraag of klimaatverandering hier de schuld van is. Tien jaar geleden zouden wetenschappers het moeilijk hebben gehad om deze vraag te beantwoorden. Vandaag de dag kan een nieuw type onderzoek, de zogenaamde attributiewetenschap, bepalen of klimaatverandering sommige extreme gebeurtenissen ernstiger en waarschijnlijker heeft gemaakt, en zo ja, in welke mate.

Attributiestudies werken als volgt: wanneer zich een extreme weergebeurtenis voordoet, gaan wetenschappers eerst aan de hand van gegevens uit het verleden na hoe vaak een gebeurtenis van die omvang zou kunnen voorkomen.

Vervolgens wordt onderzocht hoe het klimaat in het verleden zou hebben gereageerd. Dit gebeurt door twee verschillende scenario's met elkaar te vergelijken. In het eerste wordt de frequentie berekend waarin het weersfenomeen optrad in de periode voordat de mens begon met het verbranden van fossiele brandstoffen. Daarvoor zijn goede waarnemingen en historische gegevens cruciaal. Die frequentie wordt berekend voor een periode van ongeveer 150 jaar. Dit wordt de “contrafeitelijke wereld” genoemd – de wereld die ooit was, maar niet meer bestaat.

Voor het tweede scenario gaan de klimaatwetenschappers terug in de tijd, waarbij ze de werkelijke broeikasgas concentraties voor elk jaar gebruiken zoals deze in de loop van de tijd zijn toegenomen. Door de resultaten van de twee modellen te vergelijken, kunnen onderzoekers schatten hoeveel de menselijke uitstoot van fossiele brandstoffen de kansen heeft veranderd. Statistische methoden worden vervolgens gebruikt om de verschillen te meten in hoe ernstig en frequent de gebeurtenis is.

Als een extreme gebeurtenis bijvoorbeeld twee keer zo vaak voorkomt in het huidige klimaatmodel als in het contrafeitelijke klimaatmodel, kunnen we zeggen dat klimaatverandering de gebeurtenis twee keer zo waarschijnlijk heeft gemaakt als het zou zijn geweest in een wereld zonder door de mens veroorzaakte emissies.

Er zijn inmiddels honderden attributiestudies verschenen. Driekwart van de geanalyseerde extremen werden intenser of waarschijnlijker door klimaatverandering.

Screenshot van de interactieve kaart van Carbon Brief van bijna 750 extreme gebeurtenissen en trends. Rode pictogrammen geven aan dat er menselijke invloed is gevonden, blauwe pictogrammen waar dat niet het geval is, grijze pictogrammen waar het niet duidelijk is.

Daarnaast zijn de verschillende soorten attributiestudies de afgelopen 20 jaar verder ontwikkeld en uitgebreid. Zo werd in 2015 de World Weather Attribution Service opgericht om snel te kunnen reageren, waardoor het gemakkelijker wordt om de menselijke bijdrage aan weersextremen te kunnen vaststellen.

Een publicatie in Nature van September 2025 legt een direct verband tussen de frequentie van hittegolven en de belangrijkste bronnen van uitstoot van broeikasgassen. Uit een analyse van 213 hittegolven die tussen 2000 en 2023 zijn geregistreerd, blijkt dat de opwarming van de aarde zowel de kans dat ze zich voordoen als hun intensiteit drastisch heeft versterkt. Het grootste deel van deze versterking is terug te voeren op 180 grote uitstoters van koolstof – voornamelijk producenten van fossiele brandstoffen en cement – die verantwoordelijk zijn voor ongeveer de helft van de waargenomen toename van de intensiteit van hittegolven sinds het midden van de 19e eeuw.

Volgens het Nature artikel heeft de opwarming van de aarde sinds 1850-1900 de gemiddelde intensiteit van hittegolven drastisch doen toenemen. Dat was ongeveer 20 keer hoger in het decennium 2000-2009 en ongeveer 200 keer hoger in het decennium 2010-2019, vergeleken met het pre-industriële niveau. Ongeveer een kwart van de onderzochte hittegolven zou vrijwel onmogelijk zijn geweest zonder de moderne klimaatverandering, en de bijdrage van elke grote uitstoter is voldoende om 16 tot 53 anders onbereikbare hittegolven mogelijk te maken. De bevindingen vullen een belangrijke leemte in het bewijsmateriaal door historische extreme gebeurtenissen rechtstreeks in verband te brengen met de activiteiten van grote vervuilende bedrijven.

Zie ook: Verdieping: Extreme regens én extreme droogte.

Databank Klimaatattributie

De wetenschap over klimaatattributie speelt een centrale rol in rechtszaken over het klimaat (schadevergoeding, aansprakelijkheid) en beleidsvorming. De wetenschap staat centraal in juridische debatten over de causale verbanden tussen menselijke activiteiten, wereldwijde klimaatverandering en de gevolgen voor menselijke en natuurlijke systemen. De Databank Klimaatattributie bevat 700 wetenschappelijke bronnen, ingedeeld in vier thema’s: Climate Change Attribution, Extreme Event Attribution, Impact Attribution en Source Attribution. Die kun je verkennen door een van de onderwerpen te selecteren of met een geavanceerd zoekformulier.

Verdieping: Systeem Aarde

De vijf met elkaar samenhangende subsystemen van systeem aarde.

Een systeem wordt gedefinieerd als een groep op elkaar inwerkende, onderling verbonden of onderling afhankelijke onderdelen die samenwerken om een complex geheel te vormen. Wetenschappers over de hele wereld bestuderen elk van deze kleinere systemen en hoe ze bij elkaar passen om het huidige beeld van onze planeet als geheel te vormen door middel van wat Earth System Science wordt genoemd.

Aardsysteemwetenschappers beschouwen de gekoppelde evolutie van het leven en de planeet als één proces, waarbij ze erkennen dat de evolutie van het leven de planeet heeft gevormd en dat veranderingen in het planetaire milieu het leven hebben gevormd.

Het is vergelijkbaar met een groot organisme met geheugen. het menselijk lichaamssysteem. Alle systemen binnen een organisme werken samen om het te onderhouden zodat het goed en gezond functioneert. In termen van Earth System Science zorgt elk van deze systemen ervoor dat de aarde in (dynamische) balans blijft, een toestand die homeostase wordt genoemd. Op een verstoring volgt een gecoördineerde respons van het hele systeem.

Het systeem aarde heeft zowel negatieve als positieve terugkoppelingen, die er samen voor zorgen dat het zelfregulerend is. Dit betekent dat als iets het systeem beïnvloedt, het de neiging heeft om terug te keren naar zijn oorspronkelijke staat. Dit suggereert dat negatieve terugkoppeling de overhand heeft, tenminste als het systeem dichtbij het beginpunt is. Maar als iets het systeem te hard raakt, kan het door positieve terugkoppeling naar een alternatieve toestand worden gestuwd. Met andere woorden, zelfregulatie is geen vast gegeven — het kan uitvallen. (Zie ook Feedback loops en tipping points.)

Verdieping: Geologische geschiedenis

De aarde heeft in het verleden meerdere koude en warme perioden gekend. In de loop van een lange geschiedenis is het wereldklimaat door perioden van hitte en kou gegaan. Het tijdperk waarin we nu leven is gekenmerkt door relatief koele temperaturen. Maar vóór de opkomst van onze soort, Homo sapiens, waren de temperaturen gemiddeld veel hoger dan nu. Door een gelukkige combinatie van factoren — de verdeling van continenten en oceanen over het aardoppervlak, verwering van hooggebergten en weinig vulkanisme — zijn de afgelopen 34 miljoen jaar koeler dan het grootste deel van de aardgeschiedenis.

Deze animatie van de geologische geschiedenis laat zien hoe de Aarde een afwisseling van warme en koude perioden heeft doorgemaakt, hoe broeikasgassen daarin een rol speelden en hoe perioden van extreme kou en warmte hebben geleid tot massa uitstervingen.

Van Hothouse naar Icehouse

De laatste 66 miljoen jaar van de aardgeschiedenis wordt gekenmerkt door een afwisseling van ‘warmhouse’ naar ‘hothouse’ via ‘warmhouse’ en ‘coolhouse’ naar de huidige periode met een ‘icehouse’ klimaat. Het is dit 'icehouse'-klimaat dat nu door menselijk handelen wordt verstoord.

Geschatte CO₂ concentratie (zwarte lijn) met 95% betrouwbaarheidsinterval (grijze band). De kleuren tonen de afwijking (Δ) van de wereldgemiddelde oppervlaktetemperatuur (GMST in Kelvin) ten opzichte van de pre-industriële periode. In de grafiek geeft de donkerrode kleur het hothouse klimaat aan. Tijdens het Pleistoceen (~2,58 miljoen tot ~11.700 jaar geleden) kwam het CO₂-niveau nooit in de buurt van de huidige concentratie van ~420 ppm in 2022 (stippellijn). Gegevens zijn afkomstig van CenCO2PIP Consortium et al. (2023).

Deze reconstructie en een studie die 485 miljoen jaar teruggaat suggereren een regulerend systeem dat de temperatuur op Aarde binnen bepaalde grenzen stabiel houdt. Aanwijzing daarvoor is de sterke samenhang tussen het CO₂-gehalte van de atmosfeer en de gemiddelde temperatuur zien. Dat verband is geen toeval.

In Verdieping: correlatie CO₂ — temperatuur worden argumenten gegeven voor een causaal verband tussen die twee, en wordt geconcludeerd: Het klimaat wordt gedreven door broeikasgassen.

De temperatuur- en het kooldioxidereconstructies sinds 66 miljoen jaar geleden zijn gebaseerd op zuurstof- en koolstof-analyses van plankton in boorkernen in de oceaan. Alle warme perioden werden veroorzaakt door een toename van CO₂. Vanaf ongeveer 34 miljoen jaar geleden is de Aarde weer in een milde fase gekomen. In die periode zijn mensachtigen geëvolueerd.

In de hothouse perioden was wel leven mogelijk, maar de wereld zoals wij die nu kennen is aangepast aan een veel milder klimaat. De ontwikkeling naar een warme of zelfs hete wereld, zoals die nu dreigt te gebeuren, zal desastreuze gevolgen hebben en het voortbestaan van de mens bedreigen.

Want van belang is niet alleen de temperatuur zelf, maar vooral ook de snelheid waarmee de temperatuur verandert. Levende wezens zijn aangepast aan zowel klimaat als aan elkaar (het ecosysteem waarin ze voorkomen). Die aanpassing heeft tijd nodig. Het tempo waarmee de temperatuur stijgt is echter zo hoog dat veel organismen niet voldoende tijd hebben om zich aan te passen of te evolueren om ermee om te gaan. Dit zal vrijwel zeker leiden tot massa-extinctie, omdat ecosystemen ontwricht worden en diersoorten hun leefgebieden verliezen of niet meer kunnen voldoen aan hun behoeften.

IJstijden en tussenijstijden

2,58 miljoen jaar geleden is de aarde van een ‘Coolhouse’ in een ‘Icehouse’ veranderd. Die periode laat een afwisseling zien van koudere en warmere perioden. Dat betekent dat vanaf dat moment de normale situatie is dat grote ijskappen op het Noordelijk Halfrond zich regelmatig uitbreiden naar lagere breedten en dan weer inkrimpen.

Deze klimaatcycli komen overeen met variaties in de baan en de stand van de aarde, de ‘Milankovitch-cycli’. De Servische meteoroloog Milankovitch berekende de variaties in zonnestraling op verschillende breedtegraden van de aarde op basis van de variaties in de baan van de aarde. Dit correspondeerde met de samenstelling van zuurstofisotopen in de kalkskeletjes van mariene organismen, een nauwkeurige indicator van klimaatverandering over duizenden jaren.

Temperatuurverandering (lichtblauw) en verandering van de kooldioxide concentratie (donkerblauw) op basis van metingen aan ijskernen in Antarctica.

De ijstijden in de afgelopen 1 miljoen jaar komen voor met een frequentie van 1 per 100.000 jaar, waarbij de koude perioden, de glacialen, gemiddeld 90.000 jaar duren en de warme perioden, de interglacialen, 10.000 jaar. De grafiek van de temperatuur hierboven laat die asymmetrie zien: geleidelijke daling naar glaciale condities en abrupte stijging naar interglaciale condities.

Verdieping: Correlatie CO₂ — temperatuur

Gemiddelde oppervlaktetemperatuur en concentratie van kooldioxide (CO2) in de atmosfeer 1850-2023). Bron: NOAA.

Gedurende de geschiedenis van de aarde hebben natuurlijke oorzaken, zoals astronomische variaties (variaties in de stand van de aardas en de baan van de Aarde om de zon) en vulkanisme, geleid tot schommelingen in de concentratie van broeikasgassen in de atmosfeer. Deze waren de drijvende kracht achter natuurlijke klimaatveranderingen, zoals ijstijden en warmere periodes.

Correlatie van kooldioxideconcentratie en temperatuur. Gegevens van ijskernen in Antarctica. Bron: NASA. Grafieken door Robert Simmon van data uit Lüthi et al., 2008, en Jouzel et al., 2007.

De hoeveelheid CO₂ in de atmosfeer is de afgelopen 800.000 jaar nauw gecorreleerd met de temperatuur. Oorspronkelijk werden temperatuurveranderingen veroorzaakt door astronomische variaties, maar verhoogde temperaturen leidden tot het vrijkomen van CO₂ in de atmosfeer, wat de opwarming verder versnelde. Gegevens uit ijskernen op Antarctica bevestigen deze lange-termijn correlatie, tot ongeveer 1900.

Wanneer we nog verder teruggaan in de tijd, zien we dezelfde correlatie tussen CO₂-concentratie in de atmosfeer en de oppervlaktetemperatuur op Aarde. Wanneer CO₂ laag is, is de Aarde koud, wanneer die hoog is, is de Aarde warm of zelfs heet, met temperaturen variërend van 11 tot 36 °C. CO₂ is de belangrijkste aandrijving van het klimaat.

Dat blijkt uit een grootschalige analyse waarin temperatuurschattingen tot 485 miljoen jaar geleden werden gecombineerd met modelonderzoek. De onderzoekers maakten meer dan 150.000 schattingen van de temperatuur, berekend op basis van vijf verschillende chemische indicatoren voor temperatuur die bewaard zijn in fossiele schelpen en andere soorten organisch materiaal. Andere leden van de onderzoeksgroep voerden meer dan 850 modelsimulaties uit van hoe het klimaat op aarde er de afgelopen 485 miljoen jaar uit zou kunnen hebben gezien, op basis van de positie van de continenten en de samenstelling van de atmosfeer. De combinatie van deze twee groepen gegevens leidde tot de meest nauwkeurige curve van hoe de temperatuur op aarde de afgelopen 485 miljoen jaar heeft gevarieerd. (Zie Verdieping: Geologische geschiedenis.)

Het huidige klimaat is koeler en met matigere temperatuurvariaties dan in het grootste deel van daaraan voorafgaande tijd. Echter, de huidige opwarming gaat in een tempo dat vele malen sneller is dan ooit in de lange aardgeschiedenis. Eerdere episoden van snelle opwarming gingen vaak gepaard met massale uitsterving.

Verdieping: Gevoeligheid

Uit nieuw onderzoek blijkt dat de temperatuur van de atmosfeer mogelijk gevoeliger is voor de CO₂-concentratie dan eerder werd aangenomen. Een verdubbeling van de hoeveelheid CO₂ in de atmosfeer zou volgens deze studie kunnen leiden tot een temperatuurstijging van 7 tot wel 14 graden Celsius.

Deze bevindingen komen uit de analyse van bodemmateriaal uit de Stille Oceaan, nabij de kust van Californië, uitgevoerd door onderzoekers van NIOZ en de universiteiten van Utrecht en Bristol.

"De geconstateerde temperatuurstijging is aanzienlijk groter dan de 2,3 tot 4,5 graden waar het VN-klimaatpanel, het IPCC, tot nu toe rekening mee hield," aldus Caitlyn Witkowski, de hoofdauteur van het artikel. De door deze onderzoekers gevonden waarde van de klimaatgevoeligheid komt overeen met de 8 °C bij een verdubbeling van CO₂ die ander onderzoek opleverde.

Jaargemiddelde mondiale temperatuuranomalie op het land en in de oceanen in graden Celcius (met een preïndustrieel basisgemiddelde van 1850-1900) versus de Mauna Loa jaargemiddelde CO2-concentratie in deeltjes per miljoen (ppm) voor 66 jaar.

Carl Edward Rasmussen van Universal Carbon Cooperation gebruikte deze scatter plot om de sterkte van de relatie empirisch te testen binnen de 66 jaar CO₂-metingen op Mauna Loa. De sterkte van deze relatie is opmerkelijk.

Als, zoals vaak wordt gedaan, de temperatuur wordt uitgezet als functie van de tijd (in plaats van de CO₂-concentratie) krijg je geen rechte lijn, omdat de snelheid waarmee CO₂ toeneemt, is veranderd. Een grafiek die het causale mechanisme weerspiegelt — stijgende CO₂ veroorzaakt stijgende temperatuur — geeft een bijna rechte lijn (in het tijdsbestek van 66 jaar dat de grafiek weergeeft).

De afwijkingen van de rechte trendlijn en de metingen hebben een standaardafwijking van minder dan 0,1 °C. Er is geen intrinsieke reden om te denken dat de relatie per se heel nauw zou moeten zijn. CO₂ is bijvoorbeeld maar één van de broeikasgassen (methaan is een andere).

Andere stoffen zoals aerosolen hebben ook een effect op de temperatuur. En we verwachten dat het enige tijd duurt voordat het effect van broeikasgassen zich manifesteert. Tot slot wordt de temperatuur beïnvloed door andere processen, zoals El Niño- en La Liña-gebeurtenissen. Desondanks vinden we empirisch dat deze effecten, over de beschouwde periode van 66 jaar, zich slechts zwak manifesteren of min of meer lijken uit te middelen, waardoor er een vrijwel rechtlijnig verband overblijft tussen de CO₂-concentratie en de temperatuurafwijking.

Verdieping: Koolstofbalans

Schematische weergave van de totale verstoring van de mondiale koolstofcyclus door antropogene activiteiten, wereldwijd gemiddeld voor het decennium 2013-2022. Fluxschattingen worden gegeven met 1 σ onzekerheid. De antropogene verstoring vindt plaats boven op een actieve koolstofcyclus, met fluxen en voorraden op de achtergrond. Bron: Global Carbon Budget 2023.

Stijging van de zeewatertemperatuur kan ertoe leiden dat de oceanen minder CO₂ kunnen opnemen. Op het land veroorzaken droogte en natuurbranden een afname van de CO₂-opnamecapaciteit van de bodem. Beide hebben een toename van CO₂ in de atmosfeer tot gevolg.

Verdieping: Koolstofputten (‘carbon sinks’)

De verklarende woordenlijst van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) definieert koolstofputten (carbon sink) als “Een reservoir (natuurlijk of menselijk, in bodem, oceaan en planten) waar een broeikasgas, een aërosol of een voorloper van een broeikasgas wordt opgeslagen." (IPCC, n.d.).

Een koolstofput is een natuurlijk proces dat een broeikasgas, een aërosol of een voorloper van een broeikasgas vastlegt (sequestration) en daarmee uit de atmosfeer verwijdert. Deze putten vormen een belangrijk onderdeel van de natuurlijke koolstofcyclus. Een overkoepelende term is koolstofreservoir, dat zijn alle plaatsen waar koolstof op Aarde kan zijn, dus de atmosfeer, oceanen, bodem, flora, reservoirs van fossiele brandstoffen enzovoort. Een koolstofput is een soort koolstofreservoir dat het vermogen heeft om meer koolstof uit de atmosfeer op te nemen dan er vrijkomt.

De oceanen zijn verreweg de grootste koolstofput. Phytoplankton (plantaardig plankton) verwerkt door fotosynthese een deel van de kooldioxide uit de atmosfeer. De rest wordt opgenomen in het oceaanwater en zorgt daar voor een toename van de zuurgraad. Zie Oceaanverzuring.

Koolstofbronnen en -putten op land.

Bossen spelen een belangrijke rol bij de regulering van het klimaat. Ze absorberen koolstof, in de vorm van kooldioxide, uit de atmosfeer en slaan die op. Koolstof wordt op drie manieren opgeslagen. In levende biomassa zoals bladeren, takken, boomstammen en wortels. In dode biomassa, houtresten en bladstrooisel. En in de bodem. Een groot deel van de koolstof keert weer terug in de atmosfeer, door afbraak van het organisch materiaal en als gevolg van ontbossing, bosbranden en andere verstoring. Wetlands, veenmoerassen, getijdengebieden en mangrovebossen vormen de grootste koolstofput op land. Ook daar zien we een sterke achteruitgang van het vermogen om als koolstofput te functioneren.

Ontwikkeling van de jaarlijkse koolstofuitstoot en -reservoirs vanaf 1850. Gecombineerde componenten van het mondiale koolstofbudget als functie van de tijd voor fossiele CO2-emissies. In het eerste diagram (a) staan jaarlijkse schattingen van elke flux (in Gt C jr-1) en in het tweede diagram (b) de cumulatieve flux (de som van alle voorgaande jaarlijkse fluxen, in Gt C) sinds het jaar 1850. Bron: Global Carbon Budget 2023.

De grafiek laat zien dat het grootste deel van de CO₂-uitstoot wordt opgenomen door natuurlijke CO₂-reservoirs (‘sinks’), zoals plantengroei en de bodem (land sink) en oceanen (ocean sink). Deze kunnen echter ook broeikasgassen vrijgeven wanneer de aarde door niet-natuurlijke oorzaken opwarmt, wat het broeikaseffect versterkt. Vanaf ongeveer 1950 is de hoeveelheid CO₂ in de atmosfeer versneld toegenomen (atmospheric growth). De ‘sinks’ hebben onvoldoende capaciteit om de uitstoot van broeikasgassen op te nemen.

De inventarisatie in Global Carbon Budget 2023 van de koolstofcyclus (die vanaf 2011 jaarlijks wordt geüpdatet) geeft aan dat de wereldwijde fossiele CO₂-uitstoot (inclusief de opname door cement) in 2023 verder zal toenemen tot 1,4% boven het niveau van vóór de pandemie van 2019. De auteurs berekenen hoeveel CO₂ er nog uitgestoten mag worden om de opwarming van de aarde met een 50% waarschijnlijkheid te beperken tot 1,5, 1,7 en 2 °C. Dit is, gerekend vanaf begin 2024, respectievelijk 275 Gigaton CO₂ bij 1,5 °C, 625 Gigaton CO₂ bij 1,7 °C en 1150 Gigaton CO₂ bij 2 °C. Uitgaande van de emissieniveaus van 2023 komt dat overeen met ongeveer 7, 15 en 28 jaar.

Opwarming bedreigt de ocean sink

Oceanisch fytoplankton is de belangrijkste koolstofput van de oceaan. Algen vangen door middel van fotosynthese CO₂ uit de lucht en die verdwijnt vervolgens naar de diepten van de oceaan. Nieuw onderzoek suggereert dat opname van CO₂ door algen, bij hogere watertemperaturen afneemt.

Prochlorococcus, een kleine blauwgroene alg, is het meest voorkomende plantachtige organisme op aarde. Het staat onderaan de voedselketen en is daarom een belangrijk onderdeel van het leven in de oceaan. Tot voor kort wisten wetenschappers niet zeker hoe het reageert op een opwarmend klimaat.

Onderzoekers bestudeerden tien jaar aan gegevens van een SeaFlow-apparaat dat de fluorescentie en grootte van ongeveer 800 miljard individuele cellen in de tropische Stille Oceaan heeft gemeten. Ze ontdekten dat Prochlorococcus zich sneller in nieuwe cellen splitst naarmate het water warmer wordt, tot ongeveer 28 °C, waarna de snelheid sterk afneemt.

Dit thermische optimum is problematisch: zelfs bij een gematigd scenario voor de uitstoot van broeikasgassen zal de temperatuur van het oceaanoppervlak in veel tropische en subtropische regio's naar verwachting nog voor het einde van deze eeuw boven dit ideale bereik uitkomen. Een opwarming van de zeeën tot boven 28 °C kan de groei en deling van Prochlorococcus ernstig belemmeren, waardoor het delicate evenwicht van de koolstofstromen in de oceaan en de voedselketens die afhankelijk zijn van de primaire productie van deze cyanobacterie, mogelijk wordt verstoord. Dit betekent dat als de hoeveelheid Prochlorococcus in de oceanen afneemt, dit de klimaatverandering zou kunnen verergeren.

Verdieping: Levensduur van CO₂ in de atmosfeer

Klimaatsceptici voeren vaak aan dat CO₂ niet kan bijdragen aan de opwarming, omdat het maar kort in de atmosfeer blijft. De volgende uitleg is afkomstig van de site skepticalscience.com.

Het is niet relevant wat de levensduur van een CO₂ molecuul in de atmosfeer is; het gaat erom hoeveel CO₂ moleculen er aanwezig zijn in de verschillende koolstof reservoirs. Dit wordt weergegeven in onderstaande figuur.

Daaruit blijkt dat per jaar ongeveer 5,5 gigaton koolstof wordt toegevoegd door het gebruik van fossiele brandstoffen. Van deze 5,5 gigaton wordt ca. 2 gigaton opgenomen door land en oceanen. De resterende 3,3 gigaton per jaar is het netto overschot op de wereldwijde koolstofboekhouding en de feitelijke oorzaak van de klimaatverandering.

Dit diagram van de koolstofcyclus toont de opslag en jaarlijkse uitwisseling van koolstof tussen de atmosfeer, de hydrosfeer en de geosfeer in gigaton - of miljarden tonnen - koolstof (GtC). Het verbranden van fossiele brandstoffen door mensen voegt ongeveer 5,5 GtC koolstof per jaar toe aan de atmosfeer.

In dit diagram van de koolstofcyclus zijn er twee reeksen getallen. De zwarte getallen geven de grootte van het reservoir aan, in gigaton koolstof (GtC). De paarse getallen zijn de fluxen (of stroomsnelheid) van en naar een reservoir in gigaton koolstof per jaar (Gt/yr).

Het klopt dat een CO₂-molecuul maar kort in de lucht blijft hangen. Maar meestal als een CO₂-molecuul uit de lucht verdwijnt, komt het gewoon in de oceaan terecht. Het opwarmingsvermogen van CO₂ heeft dus niet veel te maken met hoe lang een CO₂-molecuul in de lucht blijft hangen.

Wat echt belangrijk is, is hoe lang de extra CO₂ in de lucht blijft hangen. CO₂ is in de atmosfeer in wezen chemisch inert en wordt alleen verwijderd door biologische opname en door oplossen in de oceaan. Biologische opname (met uitzondering van de vorming van fossiele brandstoffen) is koolstofneutraal: elke boom die groeit, zal uiteindelijk sterven en ontbinden, waardoor CO₂ vrijkomt. (Ja, er zijn misschien wat voordelen te behalen met herbebossing, maar die zijn waarschijnlijk gering in vergelijking met de uitstoot van fossiele brandstoffen).

CO₂ lost snel op in de oceanen, maar het probleem is dat de bovenste laag van de oceaan “vol raakt” en dat de bottleneck dus de overdracht van koolstof van het oppervlaktewater naar de diepe oceaan is. Deze overdracht gebeurt grotendeels door de langzame circulatie en omloopsnelheid van de oceaan (*3). Deze omloopsnelheid duurt zo'n 500-1000 jaar. Daarom is een tijdschaal voor het opwarmingspotentieel van CO₂ tot wel 500 jaar heel redelijk (zie IPCC 4e evaluatierapport, paragraaf 2.10).

Verdieping: Basislijn ‘Parijs’

Verdieping bij: Fossiele brandstoffen.

De Overeenkomst van Parijs definieert “pre-industriële” niveaus niet expliciet, wat leidt tot verschillende interpretaties. Over het algemeen wordt de periode 1850-1900 gebruikt als basislijn, die het begin van de uitstoot van broeikasgassen door de industriële revolutie weergeeft. Sommige onderzoekers beweren echter dat een eerdere periode, zoals 1720-1800, een nauwkeurigere basislijn kan zijn vanwege lagere concentraties broeikasgassen en natuurlijke klimaatvariabiliteit in die tijd. Het IPCC heeft in zijn rapporten ook verwezen naar 1750 als pre-industriële marker.

Verdieping: Welke broeikasgassen dragen hoeveel bij?

Deze grafiek toont de belangrijkste broeikasgassen: kooldioxide (CO₂), methaan (CH₄) en waterdamp (H₂O), en hun bijdrage aan de opwarming van de atmosfeer, gemeten in graden Celsius. Zonder deze gassen zou de aarde een onleefbare, ijskoude planeet zijn.

Er zijn natuurlijke bronnen van CO₂ in de atmosfeer, zoals de uitstoot van gassen uit de oceaan, ontbindende vegetatie en andere biomassa, vulkaanuitbarstingen, natuurlijk voorkomende bosbranden en zelfs oprispingen van herkauwende dieren. Deze natuurlijke bronnen van CO₂ worden gecompenseerd door ‘sinks’, zoals fotosynthese door planten op het land en in de oceaan, directe absorptie in de oceaan en de vorming van bodems en veen.

Zwaveldioxide, stikstofoxiden en aerosolen stimuleren de wolkenvorming, wat een afkoelend effect op de atmosfeer heeft. Het nettoresultaat van broeikasgasuitstoot en wolkenvorming is echter een opwarming van de atmosfeer.

Verdieping: Methaan, krachtig broeikasgas

Bron: Global Carbon Project

Bij het vergelijken van de effecten van methaan (CH₄) en kooldioxide (CO₂) zijn twee dingen belangrijk. Ten eerste is methaan een veel krachtiger broeikasgas dan kooldioxide. Ten tweede is de verblijftijd in de atmosfeer veel korter voor methaan dan voor kooldioxide, omdat methaan vrij snel wordt omgezet naar kooldioxide. Als gevolg daarvan neemt de bijdrage van methaanemissies, die in het verleden hebben plaatsgevonden, aan de opwarming van de aarde in de loop van de tijd af.

Over een periode van 100 jaar kan methaan in dezelfde hoeveelheid als CO₂ de aarde ongeveer 30 keer sterker opwarmen. Over een periode van twintig jaar is het opwarmende vermogen van methaan meer dan 80 keer zo groot als dat van een gelijke hoeveelheid kooldioxide. Dus hoe korter de tijd, hoe groter de impact van methaan in de atmosfeer. Dus als je de opwarming van de aarde snel wilt afremmen, is een vermindering van de methaanuitstoot heel effectief.

Meer informatie over het methaanbudget, en het verminderen van de effecten van de toenemende methaanuitstoot is te vinden op de site Global Methane Budget 2000–2020 en een artikel in Environmental Research Letters.

Verdieping: Lachgas

Lachgas (N₂O) is een krachtig broeikasgas, en de uitstoot ervan neemt al decennia toe, voornamelijk door mestproductie en het gebruik van kunstmest. Wanneer we spreken over de stikstofcrisis, gaat het vaak over stikstofverbindingen die de bodem en het oppervlaktewater, zoals sloten, rivieren, meren en oceanen, vervuilen. Deze stikstof komt uit dierlijke mest, kunstmest of wordt uitgestoten door auto's, fabrieken en de verbranding van biomassa, en schaadt de biodiversiteit.

Het stikstofprobleem is echter breder dan dat. Bacteriën en chemische processen in de bodem en het water zetten een deel van deze stikstofverbindingen om in lachgas, wat bijdraagt aan de opwarming van de aarde.

Verdieping: Vulkanen

Vulkanisme is een andere bron van CO₂. Vulkanen kunnen van invloed zijn op klimaatverandering. Bij een grote explosieve uitbarsting worden veel vulkanisch gas, aerosolen en as de stratosfeer in gestuurd. De meeste as die terug op aarde valt, wordt binnen enkele dagen of weken afgevoerd en heeft dus niet veel effect op klimaatverandering. Gassen zoals zwaveldioxide die vrijkomen door vulkanen kunnen echter wereldwijde afkoeling veroorzaken, terwijl vulkanische CO₂, dat een broeikasgas is, de opwarming van de aarde kan bevorderen.

In het geologische verleden hebben ze, naast andere factoren, bijgedragen aan klimaatverandering. De hoeveelheid CO₂ die individuele vulkanen uitstoten, valt echter in het niet bij wat er nu de atmosfeer in gaat. Alle vulkanen die in deze tijd op de planeet actief zijn, stoten minder dan één procent van de kooldioxide uit die menselijke activiteiten veroorzaken. (Zie ook de grafiek in Verdieping: Verder terug in de tijd.)

Een uitzondering hierop vormen grote, zogenaamde ‘flood basalt events’. Dat zijn langdurige perioden van uitvloeien van lava over enorme gebieden waarbij ook CO₂ in grote hoeveelheden vrijkomt. Die gebeurtenissen hebben in het verleden invloed gehad op het klimaat en het uitsterven van soorten. Het belangrijkste effect lijkt te zijn het vertragen van het herstel na een broeikas-opwarming. De laatste van deze gebeurtenissen vond tientallen miljoenen jaren geleden plaats. Op dit moment is daarvan geen sprake.

Dat weerlegt dan ook de claim van sommige klimaatsceptici dat de CO₂-uitstoot door fossiele brandstoffen lager is dan die door vulkanen. Vulkanen stoten ongeveer 0,3 miljard ton CO₂ per jaar uit. Dit is ongeveer 1% van de menselijke CO₂-uitstoot, die ongeveer 29 miljard ton per jaar bedraagt.

Verdieping: Fossiele koolstof herkennen

We weten dat de CO₂-concentratie in de atmosfeer is toegenomen door menselijke activiteit doordat 1) die stijging is begonnen sinds de Industriële Revolutie en daarna is versneld, en 2) doordat verbranden van fossiele brandstoffen de verhouding van koolstofisotopen ¹²C en ¹³C in de atmosfeer verandert.

CO₂ afkomstig van de verbranding van fossiele brandstoffen of bossen heeft een heel andere isotopensamenstelling dan CO₂ in de atmosfeer. Dit komt doordat planten een voorkeur hebben voor de lichtere isotopen (¹²C vs. ¹³C); ze hebben dus een lagere ¹³C/¹²C-verhouding. Omdat fossiele brandstoffen uiteindelijk afkomstig zijn van oude planten, hebben planten en fossiele brandstoffen allemaal ongeveer dezelfde ¹³C/¹²C-verhouding – ongeveer 2% lager dan die van de atmosfeer. Naarmate CO₂ uit deze materialen vrijkomt in de atmosfeer en zich ermee vermengt, neemt de gemiddelde ¹³C/¹²C-verhouding van de atmosfeer af.

Reeksen jaarlijkse boomringen die duizenden jaren teruggaan zijn geanalyseerd op hun ¹³C/¹²C-verhoudingen. Omdat de leeftijd van elke ring precies bekend is, kunnen onderzoekers een grafiek maken van de atmosferische ¹³C/¹²C-verhouding versus de tijd. Wat blijkt: op geen enkel moment in de afgelopen 10.000 jaar waren de ¹³C/¹²C-verhoudingen in de atmosfeer zo laag als nu. Bovendien beginnen de ¹³C/¹²C-verhoudingen dramatisch te dalen op het moment dat de CO₂ begint toe te nemen — rond 1850 van onze jaartelling. Dit is precies wat is te verwachten als de toegenomen CO₂ inderdaad het gevolg is van de verbranding van fossiele brandstoffen.

Dit wordt bevestigd door metingen van de ¹³C/¹²C-verhouding in de oceanen, al gaan die niet zover terug als de metingen aan boomringen. Metingen aan luchtbellen in ijskernen van Antarctica en Groenland geven hetzelfde beeld: de menselijke vingerafdruk wordt sterker vanaf het begin van de Industriële Revolutie.

Verdieping: Energiebalans

CO₂ en andere broeikasgassen komen in kleine hoeveelheden voor in de atmosfeer van onze planeet. Die hebben invloed op de energiebalans van de aarde.

De temperatuur van een planeet hangt af van de balans tussen inkomende straling en uitgaande straling. Als de inkomende straling groter is dan de uitgaande straling, zal een planeet opwarmen. Als de uitgaande straling groter is dan de inkomende straling, koelt een planeet af. Een planeet zal neigen naar een toestand van stralingsevenwicht, waarin de stralingsenergie van de uitgaande straling gelijk is aan de stralingsenergie van de geabsorbeerde inkomende straling.

Wanneer de hoeveelheid invallend zonlicht die door het aardoppervlak of de atmosfeer wordt geabsorbeerd groter is dan de hoeveelheid uitgaande langgolvige straling die naar de ruimte wordt uitgezonden, is er sprake van onbalans. De energie-onbalans is de fundamentele fysische grootheid die de oppervlaktetemperatuur bepaalt.

Energiebalans van de aarde. De totale warmtetoename voor de periode 1971-2020, ~381 ZW, is aangegeven in rood. Bron: Earth System Science Data. Creative Commons License BY 4.0.

(a) Aan de bovenkant van de atmosfeer komt er ~340 W/m² aan straling van de zon aan. Daarvan wordt ~0,76 W/m² als uitgaande straling de ruimte in gereflecteerd. De atmosfeer laat het zichtbare zonlicht (kortgolvige straling) vrijwel ongehinderd door.

(b) Het oppervlak van de aarde neemt het grootste deel van het zonlicht op en wordt daardoor warmer. Ongeveer 90% van de vastgehouden energie gaat naar de opwarming van de oceanen, veel kleinere hoeveelheden gaan naar de opwarming van het land, de atmosfeer en het ijs.

(c) Vervolgens straalt het warme aardoppervlak de energie van dat geabsorbeerde licht uit als infraroodstraling (langgolvige straling).

(d) Broeikasgassen vangen veel van deze infraroodstraling op, waardoor het niet direct uit de atmosfeer kan ontsnappen.

(e) Dit proces vertraagt de uitstoot van energie naar de ruimte.

(f) Deze vertraagde energiedoorstroming zorgt ervoor dat de atmosfeer, oceanen en bodem opwarmen.

Door meer broeikasgassen in de atmosfeer te brengen, verstoort de mens de energiebalans van de Aarde. Hierdoor neemt de absorptie van infraroodlicht toe, wat de opwarming van de aarde versnelt en wereldwijde klimaatpatronen verstoort.