Alle klimaatvragen beantwoord: hoe warmt CO2 de aarde op? En hoe snel gaat de zeespiegel stijgen?

Waarom is die 'maximaal 1,5 graad opwarming' eigenlijk zo belangrijk?

Het ietwat ontnuchterende antwoord is: omdat de politiek dat zo heeft bepaald. In 2010 sprak de internationale gemeenschap in het Mexicaanse Cancún af dat de temperatuur op aarde maximaal 2 graden mag stijgen ten opzichte van de tweede helft van de 19de eeuw. Eén treetje lager - 1,5 graad - kwam zo in beeld als het streven, het laatste station vóór de 2 graden.

Dat heeft een opmerkelijke voorgeschiedenis. Toen men in de jaren tachtig van de vorige eeuw ontdekte dat de aarde opwarmt door menselijk toedoen, was de logische vervolgvraag bij hoeveel graden opwarming dat schadelijk wordt. De Duits-Amerikaanse energietechnoloog Florentin Krause besloot daarvoor naar het verre verleden te kijken. Wat is de warmste periode die de mensheid nog heeft doorstaan?

Krause kwam uit in de prehistorie, 125.000 jaar geleden, het zogenaamde Eemtijdperk. Het was destijds 2 graden warmer, en dat kunnen we maar beter vermijden, besefte de energietechnoloog. De zeespiegel stond destijds tenslotte 5 tot 7 meter hoger, vermoedelijk door smelt van delen van Antarctica.

Maar tot overmaat van ramp is de inschatting van Krause achterhaald. Tijdens het Eemtijdperk was het geen 2, maar 1 tot 1,5 graad warmer. Bovendien stond de zeespiegel veel hoger dan Krause destijds aannam. Paleoklimatologen zien meer overeenkomsten met het tijdvak het Midden-plioceen, 3,2 miljoen jaar geleden, toen mensen nog meer aapachtige wezens waren. Destijds was het 2 tot 3 graden warmer - en de zeespiegel stond 6 tot 20 meter hoger, een stand die veel kustlanden in enorme problemen zou brengen.

Hoe warmt CO2 de aarde op?

Als er geen broeikasgassen waren, zou de gemiddelde temperatuur op aarde 18 graden Celsius onder nul zijn, 33 graden koeler dan het in werkelijkheid is, zo valt natuurkundig te berekenen door te kijken naar de weerkaatsing van de zon op het aardoppervlak. Maar de broeikasgassen zijn er wel: moleculen, in de regel bestaand uit drie of meer atomen, die meetrillen met infrarood licht dat wegstraalt van de aarde. Zo'n molecuul broeikasgas absorbeert een beetje van de warmtestraling en zendt deze uiteindelijk weer alle kanten uit - dus ook terug naar de aarde.

Zo komt het dat broeikasgassen als CO2, methaan (CH4), lachgas (N2O) en waterdamp in feite fungeren als een deken die warmte vasthoudt. Hoewel het aandeel CO2 in de lucht slechts 0,04 procent is, is het gas wel degelijk in staat de planeet op te warmen, omdat het precies resoneert met de warmtestraling die afkomt van de aarde. Moleculen zoals bijvoorbeeld stikstof (N2) trillen op een andere 'toonhoogte'. Een verdubbeling van de concentratie CO2 zou de temperatuur op aarde tussen de 2,5 en de 4 graden Celsius verwarmen volgens het recentste rapport van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).

Een geval apart is waterdamp: ook een broeikasgas, maar veel korter aanwezig dan CO2, omdat het kan wegregenen, neerslaan als dauw of opvriezen als ijs. Het is dus niet mogelijk de opwarming van de aarde tegen te gaan door waterdamp te stoppen: terwijl extra CO2 wordt uitgestoten door verbranding van fossiele brandstoffen, gaat waterdamp nu eenmaal altijd rond als onderdeel van de watercyclus. Wel reageert waterdamp op warmte: warmere lucht kan meer waterdamp bevatten, wat op zichzelf de opwarming versterkt. Het broeikaseffect is voelbaar in de bergen. Op grotere hoogte is de lucht ijler en zijn er minder broeikasgassen, waardoor meer van de weerkaatsende warmte van de zon wegstraalt naar de ruimte - en is het dus ook kouder.

Wat betekent 1,5 graden opwarming?

Het IPCC bundelde vijf jaar geleden alle beschikbare kennis in een speciaal tussenrapport. Daaruit blijkt dat we de gevolgen vooral meer gaan merken door extreme weergebeurtenissen. Bosbranden, droogten, overstromingen, stormen en natuurlijk hittegolven zullen extremer worden en vaker voorkomen. Ook kwetsbare, al bedreigde ecosystemen komen in de problemen. Vooral bezorgd is het IPCC over de warmwaterkoralen, waarvan bij 1,5 graad opwarming nog eens 70 tot 90 procent dreigt te vergaan.

Een ander hachelijk probleem is de staat van de ijskap van Groenland, die goed kan zijn voor zo'n 7 meter zeespiegelstijging. Experts menen dat er rond 1,5 graad opwarming kantelpunten in zicht komen, waarbij de smelt van in elk geval delen van de ijskap onomkeerbaar zou worden. De onzekerheid is groot: het is denkbaar dat de echte problemen wat verder in de toekomst liggen. Volgens het IPCC-tussenrapport is het verschil tussen 1,5 graad en 2 graden opwarming in elk geval aanzienlijk en relevant. Zelfs voor de koralen: bij 2 graden zou daarvan meer dan 99 procent verloren gaan. Of neem het noordpoolijs. Bij 2 graden opwarming kunnen we zo eens in de tien jaar een ijsvrije zomer op de noordpool tegemoetzien, bij 1,5 graad zou die kans erg klein blijven (eens per eeuw).

Bij 1,5 graad opwarming zal de zeespiegel tussen de 26 en de 77 centimeter stijgen, verwacht het IPCC. Dat is ruwweg 10 centimeter minder dan bij een opwarming van 2 graden. Omdat veel mensen nu eenmaal aan de kust wonen, zou die halve graad verschil in de praktijk neerkomen op 10 miljoen mensen extra die worden blootgesteld aan overstromingsrisico's.

Hoeveel CO2 mogen we eigenlijk nog uitstoten om de 1,5 graad te halen?

Zo'n 330 miljard ton. Aangezien we per jaar zo'n 42 miljard ton uitstoten, komt dat uit op nog een jaar of acht aan uitstoot in het huidige tempo.

Op het internet zijn er diverse tellers te vinden die 'aftellen' wanneer de hoeveelheid CO2 die we nog 'mogen' uitstoten om de 1,5 graad te vermijden op is. Leuk en aansprekend, maar erg wetenschappelijk zijn deze tellertjes niet. Alleen al omdat er verschillende definities zijn van hoe men de aardtemperatuur exact meet, en omdat meer CO2 zich niet een op een vertaalt naar een bepaald aantal graden aan opwarming. Het duurt een tijdje voordat de extra energie die wordt toegevoerd door de broeikasgassen 'doorklinkt' in de temperatuur. En omdat het klimaat zeer complex is, gaat de temperatuur nu weer wat sneller omhoog, en andere jaren wat langzamer, als de extra energie blijft 'hangen' in bijvoorbeeld smeltende ijsmassa's of bepaalde zeestromen.

Een extra complicerende factor is de 'sensitiviteit' van het klimaat: hoeveel de aarde per verdubbeling van de hoeveelheid CO2 zou opwarmen. Die stijging ligt volgens het laatste IPCC-rapport tussen de 2,5 en de 4 graden. In de praktijk kan dat net een paar jaar schelen.

Hoe snel warmt de aarde op en wat zijn de best- en worstcasescenario's tot 2050?

Sinds eind 19de eeuw warmde de aarde op met een tempo van gemiddeld 0,08 graad Celsius per tien jaar. Maar sinds 1981 ligt dat tempo meer dan twee keer hoger: 0,18 graad Celsius per decennium. Waar dat heen gaat, hangt nagenoeg volledig af van de uitstoot van broeikasgassen, al kunnen zaken zoals heftige vulkaanuitbarstingen in de tropen de oplopende temperatuur tijdelijk temperen. Het IPCC hanteert vijf scenario's, waarvan er twee ruim boven de verwachtingen van het internationale energie-agentschap zitten, en twee eronder.

Volgen we enigszins het middentraject, de meest voor de hand liggende koers volgens energie-experts, dan zou de temperatuur vóór 2040 de 1,5 graad passeren, rond het jaar 2050 de kritische grens van 2 graden bereiken, en eind deze eeuw zijn opgelopen tot zo'n 2,7 graden.

In het gunstigste scenario slagen we erin de CO2-uitstoot kort na 2050 onder nul te krijgen, door bijvoorbeeld CO2-afvang en -opslag. Ook in dat scenario loopt de temperatuur nog vóór het jaar 2040 op tot 1,5 graad. Maar daarna zetten we de bocht in: 1,6 graad rond het midden van de eeuw, en weer omlaag naar 1,4 graad tegen het jaar 2100.

In het ongunstigste geval blijven er maar kolencentrales bijkomen in plaats van opgedoekt te worden, groeit de bevolking sterker dan verwacht en blijft de innovatie achter. In dat geval schiet de temperatuur omhoog naar zo'n 2,5 graad midden deze eeuw, tot misschien wel 5,7 graden tegen het jaar 2100 - een absoluut rampscenario.

Hoe snel gaat de zeespiegel stijgen?

Tussen de 30 centimeter en de 1 meter, eind deze eeuw. Welke stijging het precies wordt, hangt uiteraard af van welk uitstootscenario de komende decennia wereldwijd zal worden gevolgd. Het middenscenario, dat het meest op lijn zit met de prognoses van energie-experts, komt uit op een zeespiegelstijging tussen de 44 en de 76 centimeter eind deze eeuw.

Dat valt nog best mee, maar omdat het smelten van ijskappen langzaam gaat, ligt het grotere probleem verder in de toekomst. Zelfs in het gunstige geval zal dat leiden tot een 50 centimeter tot meer dan 3 meter hogere zee in het jaar 2300. Bij het hoogste uitstootscenario kan de zeespiegel de komende twee eeuwen zelfs omhoogschieten tot meer dan 15 meter. Ook al is dat nog ver weg: zoiets zou het aanzien van de wereld uiteraard drastisch veranderen.

Ook deze eeuw kan er al een ongeluk gebeuren, als de ijskappen van Groenland of Antarctica instabieler blijken dan wetenschappers aannemen. In dat ongunstige, maar ook vrij onwaarschijnlijke geval kan de zee eind deze eeuw al meer dan 1,5 meter hoger staan, met alle dramatische gevolgen van dien voor laagliggende bewoonde kustgebieden in vooral Azië.

Wat gebeurt er intussen op de Noordpool?

Geen groter icoon voor klimaatverandering dan de Noordpool, die eeuwige ijsvlakte daar hoog in het noorden. Toch lijkt het erop dat veel nu levende mensen nog weleens een zomer zonder noordpoolijs gaan meemaken.

Voor de stijging van de zeespiegel maakt het nauwelijks uit of de ijskap op de Noordpool wegsmelt of blijft bestaan. Het ijs van de Noordpool is namelijk drijfijs, en niet zoals bijvoorbeeld Groenland een 'opslagplek' van enorme massa's bevroren extra water.

Toch houden wetenschappers het noordpoolijs nauwlettend in de gaten: algehele smelt zou forse gevolgen hebben voor de ecologie ter plaatse, maar ook voor de opwarming zelf, omdat donker water meer warmte absorbeert en zo tot verdere opwarming leidt.

En smelten doet het. In september, als de ijskap op de Noordpool op zijn kleinst is, ligt er nu al zo'n 50 procent minder ijsoppervlak dan halverwege vorige eeuw. En op veel plekken wordt het ijs dunner, waardoor het moeilijker teruggroeit als het weer winter wordt.

Een nagenoeg geheel ijsvrije noordpoolzomer zou dan ook de komende tien jaar al mogelijk kunnen zijn. Volgens de berekeningen die het IPCC heeft bijeengebracht, ligt een (tijdelijk) ijsvrije Noordpool vanaf ongeveer het jaar 2028 op de loer, al is de kans erop dan nog erg klein (1 op 20).

Gaandeweg wordt die kans daarna groter. In het IPCC-middenscenario is een ijsvrije Noordpool rond 2070 toch echt wel met enige regelmaat aan de orde. Alleen in de twee gunstigste scenario's, met de minste CO2-uitstoot, blijft de top van de aarde ook in de zomers haar witte keppeltje behouden - al is zelfs in die scenario's een ijsvrije Noordpool in zeldzame jaren niet helemaal uitgesloten.

Wat zijn andere gevolgen van de opwarming van de aarde?

Klimaatverandering is een veelkoppig monster: als de opwarming doorzet, zullen de gevolgen overal ter wereld voelbaar en merkbaar zijn. Dat hoeft overigens niet alleen maar negatief te zijn: zo neemt de landbouwproductie in noordelijke streken toe door de langere groeiseizoenen en zijn er in landen zoals het onze door de zachtere winters minder hartaanvallen te verwachten. Uiteraard zijn het de nadelen waarover wetenschappers zich meer zorgen maken.

Ten eerste zijn dat de extremen: droogtes, hittegolven, stormen. Omdat warmere lucht meer waterdamp kan bevatten, kunnen buien heftiger worden. Een hoosbui die in de 19de eeuw nog maar eens per tien jaar voorkwam, zal bij 1,5 graad opwarming anderhalf keer vaker voorkomen, en gemiddeld zo'n 10 procent heftiger zijn, berekent het IPCC.

Vooral in gebieden die daarvoor gevoelig zijn, kunnen die extremen nare gevolgen hebben. Neem landbouwdroogtes. Een droogte zoals die in de 19de eeuw eens per tien jaar voorkwam, zal straks eens per vijf jaar voorkomen, en bovendien langer duren. En een hittegolf die eind 19de eeuw eens per vijftig jaar voorkwam, zal bij 1,5 graad opwarming eens in de vijf jaar voorkomen, en gemiddeld 2 graden heter zijn.

Een minstens zo groot probleem is de snelheid waarmee klimaatzones verschuiven. Voor veel soorten planten en dieren zal dat zijn alsof het tapijt onder ze vandaan wordt getrokken: de afstemming tussen ketens van onderling afhankelijke soorten klopt niet meer en wegtrekken kan vaak niet vanwege alle wegen, steden en landbouwgebieden.

Al bij 1,5 graad opwarming zal liefst 20 tot 30 procent van alle soorten in de knel komen, voorziet het IPCC. Vooral kwetsbare soorten (zoals grote roofdieren), soorten die niet weg kunnen (zoals koralen) en soorten in geïsoleerde leefgebieden (zoals poolgebieden) krijgen het zwaar.

Ondertussen zullen ook menselijke gemeenschappen op allerlei manieren in de problemen komen, omdat de zoetwatervoorziening droogvalt, landbouwgewassen niet meer passen bij hun klimaatzone of woongebieden worden bedreigd door de stijgende zee of weersextremen. Klimaatverandering treft zo de meest uiteenlopende gemeenschappen, van de wintersportgebieden in Europa tot de vissersgemeenschappen van Polynesië.

Wat is er veranderd sinds het vorige IPCC-rapport?

In feite is de klimaatwetenschap 'af': na het belangrijkste inzicht dat broeikasgassen de aardatmosfeer opwarmen, zijn het vooral de details die worden bijgesteld.

Een vergelijking van het nieuwe IPCC-rapport met dat van zeven jaar geleden brengt tientallen van zulke veranderingen aan het licht. Misschien wel de meest substantiële zit in de manier waarop het IPCC, op voorspraak van de VN-lidstaten, de menselijke hand in opwarming omschrijft in de 'samenvatting voor beleidsmakers'.

In het vorige rapport was menselijke invloed nog "met extreme waarschijnlijkheid de dominante oorzaak" van de waargenomen opwarming, nu is het "onomstotelijk dat de invloed van de mens de dampkring, de oceaan en het land" opwarmt. Belangrijk, want dit is de tekst die door deelnemende landen officieel wordt goedgekeurd en dus politieke gevolgen heeft.

Zo is men op meer fronten, door nieuwe onderzoeken, zekerder van zijn zaak geworden. Dat broeikasgassen bijdragen aan de smelt van de gletsjers was in 2014 "waarschijnlijk" een oorzaak en is nu "zeer waarschijnlijk de hoofdmotor". Ook over de menselijke invloed op de verminderde sneeuwbedekking in Europa, de smelt van Groenland, de opwarming van de oceanen, de toename van hittegolven in aantal en ernst, de toename van regenval en de verzuring van de oceanen is men een stapje zekerder geworden.

In andere gevallen is het inzicht door nieuwe studies aangescherpt. In het vorige IPCC-rapport heette het nog dat de zeespiegel met 2,0 millimeter per jaar is gestegen tussen 1971 en 2010. Die periode is in stukjes gehakt waardoor duidelijk is dat de stijging versnelt: 1,9 millimeter per jaar tot 2006, 3,7 millimeter per jaar van 2006 tot en met 2018.