ENERGIE EN KLIMAAT
&
De Nederlandse natuurkundigen.
V

Bestuursstandpunt


Samenvatting

Kritische beschouwing van de argumenten van het Bestuur van de Nederlandse Natuurkundige Vereniging voor zijn standpunt over energie en klimaat.
1.   De concentratie van CO2 in de atmosfeer
2.   De oorzaak van de recente sterke stijging
3.   De invloed van de toegenomen concentratie aan kooldioxide
4 & 5. Het broeikaseffect
6.   Temperatuurmetingen
7.   De oceanen
8.   Zeespiegelstijging
9.   Metingen en IPCC's modeluitkomsten
10. Alarmisme
11. Samenleving de les lezen.
12. Pseudo-natuurkunde


Pseudo-natuurkunde van het NNV-Bestuur

Onlangs verscheen op de website van de Nederlandse Natuurkundige Vereniging (NNV) een notitie onder de titel “NNV-bestuursstandpunt over de samenhang tussen klimaatverandering en energiegebruik”. Op de handelwijze van het NNV-bestuur hebben enkelen van ons, (Kees de Lange & Kees le Pair) leden van de NNV, separaat op Climategate gereageerd. (Het staat ook hier.)
In deze bijdrage gaan we samen met collega's in andere disciplines wetenschappelijk-inhoudelijk in op deze notitie.
Aangezien het binnen de natuurkunde een goede traditie is dat degene die stellingen poneert ook een hard bewijs levert, is het voor critici voldoende om fouten en omissies en impliciete misleiding aan de kaak te stellen. Dat is de opzet van onze huidige bijdrage. Het is geen poging de natuurkunde van het klimaat te herschrijven.

Allereerst stellen we vast dat de titel van de NNV-notitie niet door de inhoud gedekt wordt. Het is een filippica tegen fossiele brandstoffen wegens hun CO2 uitstoot. Op geen enkel wijze wordt getracht te analyseren hoe een ontwikkelde complexe wereld dan wel op een betrouwbare, betaalbare en veilige wijze grootschalige energieproductie ter hand zou moeten nemen. Het zou toch voor de hand hebben gelegen uitgebreid in te gaan op de onmogelijkheid om wind en zon te exploiteren zonder fossiele back up, of over de beloften die kernsplitsing op basis van uraan, thorium, of kernfusie als welhaast oneindige energiebron te bieden hebben. Een gemiste kans, met name voor een gezelschap van lieden die pretenderen namens de natuurkundigen te spreken. Vooral omdat de genoemde opties nog veel onderzoek en ontwikkeling vergen.

In de notitie worden 11 punten opgevoerd met "de belangrijkste conclusies waarover brede consensus bestaat in de wetenschap". Het consensus argument is nu al zo vaak ten grave is gedragen dat het gênant is je er nog op te beroepen. Die consensus bestaat helemaal niet. Daar gaan we onze energie dus niet aan verspillen. Wel zullen wij voor de duidelijkheid de genoemde 11 punten op de voet volgen.

1. De concentratie van CO2 in de atmosfeer. Het NNV-bestuur toont een plaatje waarop de toename van CO2 in de laatste 800.000 jaar in het oog springt. Kennelijk hecht men waarde aan de geologische geschiedenis van de aarde, maar de beperking tot 800.000 jaar komt wat uit de lucht vallen. Een vollediger beeld ziet u hieronder, met een horizontale tijdschaal van 600 miljoen jaar:

Fig. 2.Temperature after C.R. Scotese (http://www.scotese.com/climate.htm),
CO2 after R.A. Berner, 2001 (GEOCARB III). Atmosferische CO2-concentratie
en aardse temperatuur over 600 miljoen jaar.

Wat onmiddellijk opvalt is dat gedurende de geologische geschiedenis CO2 concentraties langdurig factoren minstens 5 of 10 hoger zijn geweest dan nu het geval is. Ook valt op dat er geen correlatie tussen CO2 en gemiddelde temperatuur van de aarde bestaat. Inderdaad draagt de industriële activiteit van de mens bij aan de toenemende CO2 concentratie in de atmosfeer, maar diverse andere factoren en processen zijn in de NNV notitie genegeerd. De CO2 toename, waarover het ongerust is, zou in dit plaatje op onze tijd ongeveer de lijndikte van de CO2-lijn zijn. Een ander punt van belang is dat als we toch over een periode van enige honderdduizenden jaren willen spreken, steeds de gemiddelde opwarming vooraf ging aan de toename van de CO2 concentratie. Dit geeft aanleiding tot serieuze vragen over oorzaak en gevolg, maar daar zwijgt de NNV-notitie over.

Fig. 2. De zgn. ‘Vostock ice core metingen’ met de laatste vier ijstijden en interglacialen;
temperatuur, atmosferisch CO2 en dito CH4. De CO2 concentratie is nu 403 PPM.

2. "De oorzaak van de recente sterke stijging van de concentratie kooldioxide is vooral gelegen in de verbranding van fossiele brandstoffen".
De invloed van bij voorbeeld vulkanisme, ontbossing, en ontgassing van oceanen draagt zeker bij, maar wordt door het NNV-Bestuur niet vermeld, laat staan gekwantificeerd. Figuur 3 toont de atmosferische concentratie verschillen uit satellietmetingen. Daarin valt op dat met uizondering van een deel van Zuid China de industriegebieden in de wereld niet de boosdoeners van het NNV-bestuur zijn. De tropische regenwouden, enkele vulkanische zones in de Grote- en de Indische Oceaan plus het Arctische gebied zijn de plaatsen met grote CO2-uitstoot.
In de regenwouden is behalve de natuurlijke rotting zeker ook een menselijke invloed de oorzaak. Maar de ontbossing door verbranding vindt niet plaats ten behoeve van de energievoorziening.

Fig. 3. De verdeling van CO2 in de Aardatmosfeer,
rode plekken ~ 400 PPM, blauw 387 PPM.

3. “De toegenomen concentratie aan kooldioxide heeft invloed op fysische, chemische en biologische processen op aarde. Ze heeft een gunstig effect, bijvoorbeeld waar ze de groei van gewassen bevordert. De belangrijkste zorg betreft het effect op het wereldwijde klimaat via het zogenoemde versterkte broeikaseffect, met mogelijk negatieve gevolgen voor grote gebieden op aarde”.
Het positieve effect op de opbrengsten van oogsten is goed gedocumenteerd, zie Craig Idso (2014). Het gaat wereldwijd om een winst in de orde van 100 miljard US$ per jaar.
Vervolgens vervalt men in suggestief en onwetenschappelijk woordgebruik. Wat zijn de harde fysische aanwijzingen voor de hier genoemde effecten? Waar zijn die zorgen op gebaseerd? Daarbij wordt doorgaans verwezen naar een idee van Svante Arrhenius uit 1896 over broeikasgassen. Dat idee is nooit experimenteel geverifieerd, niet op het laboratorium en niet in de atmosfeer. Dat laatste is trouwens praktisch onmogelijk, omdat er in de atmosfeer natuurlijke regelprocessen optreden die het effect geheel of gedeeltelijk compenseren. Arrhenius heeft zijn voorspelling in 1906 gewijzigd, het effect zou driemaal kleiner zijn dan hij eerst voorspelde. Het IPCC heeft zijn oorspronkelijke voorspelling echter tot “wetenschap” gepromoveerd.

Alle klimaatprojecties berusten op de resultaten van complexe modellen. Die modellen bevatten bekende natuurkunde, terwijl veel fysische processen die fundamenteel niet goed begrepen zijn (wolkenvorming is een voorbeeld, verandering in oceaanstroming een ander) door parametrisering in rekening moeten worden gebracht. Omdat het aantal mogelijkheden om te parametriseren groot is, is het aantal gebruikte modellen ook groot, in de orde van 100. Die parameters kunnen slechts bepaald worden door modeluitkomsten te vergelijken met betrouwbare waarnemingen. Dat dit soort modellering van uitermate complexe processen op een termijn van 50 jaar tot betrouwbare voorspellingen zou kunnen leiden, wordt door veel beoefenaren van serieuze wis- en natuurkunde onwaarschijnlijk geacht. Het soort opmerkingen in de NNV-notitie als hierboven is eenzijdig suggestief en dient geen wetenschappelijk, maar slechts een politiek doel.

4 & 5. Hier roert het NNV-Bestuur het broeikaseffect aan waarbij essentiële elementen die onlosmakelijk onderdeel van de problematiek zijn weggelaten. Het begint al met het uitgangspunt, zonder broeikasgas in de atmosfeer zou de temperatuur in stralingsevenwicht met de zon 255 K zijn, ca. 30° kouder dan we meten. Een in de ‘klimaatwetenschap’ vaak te horen misverstand. Natuurkundigen behoren dat beter te weten. Een bol als de Aarde zou zonder temperatuurverevening ten gevolge van aardse processen een gemiddelde temperatuur van 154 K hebben (ClP).
Indien broeikasgas 30° voor zijn rekening zou kunnen nemen, moet die overige ~ 100° verschil nog wel even verklaard worden. Dat kan door rekening te houden met temperatuurverevening tussen warme en koude plaatsen. Pas als die volledig zou zijn – overal dezelfde temperatuur – kan die 255 K worden gehaald.
Verevening gebeurt door oceaan- en luchtstroming (wind) vergezeld van latente warmte en door aardrotatie in combinatie met materiaalafhankelijke vasthouding van warmte. Maar niemand weet hoe goed die verevening werkelijk is en nog minder hoe stabiel? De vraag, hoe het komt dat het dunne schilpartje van de aarde, dat wij bewonen en bemeten voor ons levensvatbare temperaturen heeft, binnen relatief nauwe grenzen in vergelijking tot de extremen die tussen polen en equator en tussen hoog en laag optreden, is nog lang niet beantwoord.

6. Bij dit punt wordt suggestief ingegaan op temperatuurmetingen waaruit de gemiddelde temperatuur van de Aarde wordt afgeleid. Niet ingegaan wordt op een groot aantal kernvragen. Is überhaupt één enkele temperatuur voor de aarde een zinvol begrip? Er wordt uitsluitend ingegaan op metingen op het aardoppervlak. Is het meetnetwerk representatief? Hoe betrouwbaar zijn de voortdurende “correcties” die op eerder gemeten waarden aangebracht worden? Hoe groot zijn de inschattingsfouten bij het “homogeniseren” van meetgegevens van 100 jaar geleden? Waarom wordt geen woord gewijd aan de frauduleuze praktijken die juist op dit punt gedocumenteerd zijn? Waarom worden temperatuurmetingen met behulp van satellieten zelfs niet vermeld? Deze metingen tonen niet of nauwelijks temperatuurstijging over de laatste 20 jaar. Het aantal wetenschappelijke tegenwerpingen hier is dusdanig groot dat we voor een overzicht graag verwijzen naar Climategate.

7. De oceanen zijn inderdaad een groot reservoir van warmteopslag. Dat is niet alleen van belang voor de klimatologische traagheid van het systeem, waarvan de notitie rept, maar ook via zeestroming voor de temperatuurdistributie. De grote warme zeestromen vanaf de equator naar hogere breedtegraden zijn van grote betekenis. Hier hangt in belangrijke mate, zie 4 & 5, de stralingsevenwicht temperatuur van af. Enige verandering daarin – denk aan El Ninjo – zou een groot temperatuur effect hebben. De temperatuurverandering als gevolg van CO2. waarover men zich druk maakt, komt bij concentratieverdubbeling uit op ongeveer 1°. Dat is een effect van dezelfde orde van grootte als 1% verandering in de temperatuurverevening.
Overigens volgt het temperatuureffect van verdubbeling van de CO2 concentratie uit een theoretische berekening aan meting in een stilstaande luchtkolom. Horizontale en verticale luchtstromen (resp. winden en convectie met bijbehorende expansie en compressie) zorgen voortdurend voor de herverdeling van warmte in een driedimensionaal veld.

De warmtecapaciteit van de oceanen is meer dan 1000 maal groter dan die van de atmosfeer. De warmteoverdracht tussen lucht en oceaanwater is betrekkelijk laag. De oceanen heben dus een vertragende werking op de opwarming en op de afkoeling van de atmosfeer. Maar het is natuurlijk niet zo dat de oceanen zo maar plotseling warmte gaan opnemen. Iets dergelijks geldt trouwens ook voor CO2. Ongeveer 98% van alle CO2 zit in de oceanen en 2% in de atmosfeer.
Aan temperatuurgemiddelden van de oceanen kleven onzekerheden net als aan die van de lage atmosfeer, meer zelfs. De indicatie van het drijvende bol experiment is dat de temperatuur stabiel is of zelfs iets afneemt.

8. Dit punt gaat in op de gemeten zeespiegelstijging. Ongeveer 15 000 jaar geleden, tijdens de toenmalige ijstijd, was de zeespiegel ongeveer 120 meter lager dan nu. Men kon met droge voeten van Nederland naar Ierland wandelen:

Fig. 4. Licht groen was 16.000 jaar geleden nog droog
en donkergroen zelfs 7000 jaar geleden nog.

Na deze ijstijd is wereldwijd de zeespiegel gaan stijgen zonder dat sprake was van door de mens geproduceerde CO2. Deze stijging is vrijwel lineair en al heel lang zeer geleidelijk met in Nederland minder dan 2 millimeter per jaar. Rijkswaterstaat meldde kort geleden dat ze tot ‘hun spijt’ geen snellere stijging vinden.

Fig.5. Het zeeniveau ten opzichte van nu op verschillende plaatsen op aarde.

9. Dit punt “geeft een overzicht van de waargenomen temperatuur (punten links) en de uitkomsten van berekeningen op basis van scenario’s voor modellen gemaakt tussen 1990 en 2007.”
Dit is met voorsprong de meest misleidende passage uit de hele notitie. Klimaat is gedefinieerd als een gemiddelde over een periode van 30 tot 40 jaar. Een plaatje dat een periode van 17 jaar bestrijkt, kan dus per definitie niet over klimaat gaan, is wel uitermate suggestief, en daarom misleidend.
Klimaatmodellen bevatten altijd elementen waarvoor geen fundamentele fysische onderbouwing bestaat (b.v. wolkenvorming). Die effecten worden meegenomen door middel van parametrisering. Dergelijke parameters kunnen slechts bepaald worden door de modeluitkomst te vergelijken met betrouwbare waarnemingen over een zo lang mogelijke tijdsspanne. Dit is meteen ook de Achilleshiel van de klimaatmodellering. Geen van de ongeveer 100 klimaatmodellen is in staat de Medieval Warm Period (MWP) of de Little Ice Age (LIA) zelfs bij benadering goed te voorspellen. Voor een uitgebreidere discussie door een aantal Nederlandse fysici verwijzen we naar een recent artikel dat bij het NNV-Bestuur bekend was.

Indien je dezelfde klimaatmodellen bij een ander beginpunt start, zien de uitkomsten er anders uit. Dichtbij het startpunt is alles altijd goed. In figuur 6 tonen we voor de zogenaamde Midden Troposfeer de modeluitkomsten samen met de gemeten waarden met behulp van satellieten. De verschillen desavoureren de modellen.

Fig.6. Modeluitkomsten, startpunt 1979, stippellijnen, met de rode lijn
als gemiddelde, vergeleken met de overeenkomstige satelliet metingen.
Spencer en Christy gingen tot 2015.
Met zwarte stippen hebben wij de latere metingen ingetekend.

10. Hier worden wat modeluitkomsten samengevat. De toon is nogal alarmistisch:
“De klimaatverandering zal zich niet op alle plaatsen op aarde op dezelfde manier voordoen. De opwarming is veel sterker op het noordelijk halfrond, en de verandering van het klimaat leidt op andere plaatsen tot grote droogte of juist extreme neerslag. Door de snelheid waarmee deze veranderingen zich voltrekken zal het moeilijk zijn voor bevolkingsgroepen om zich aan de veranderingen aan te passen.“

Wij merken op dat er alleen opwarming plaats vond tussen 1979 en 1998 op het noordelijk halfrond en die was van korte duur en zo klein, dat het de vraag is of die significant was. Wij wijzen er nadrukkelijk op dat dit soort “voorspellingen” de projecties zijn van computermodellen die zeer ernstige tekortkomingen vertonen en waarvan men zich kan afvragen of zij überhaupt enige voorspellende waarde hebben op een termijn van 50 jaar of langer. De bekende verhalen over grote droogte of extreme neerslag worden zelfs volgens het IPCC niet door waarnemingen ondersteund.

11. Hier worden wijze lessen voor beleidsmakers uitgedeeld. Een greep uit de tekst:
"Verder is er een aantal verschijnselen bekend dat tot onomkeerbare verandering van het klimaat kan leiden bij stijging van de wereldgemiddelde temperatuur, waaronder het instabiel worden van landmassa’s ijs op Antarctica en het smelten van de permafrost in Siberië en het noorden van Canada."
Het concept van mogelijke onomkeerbare veranderingen is valide, de Aardse geologische geschiedenis toont er enkele, maar die werden niet aangestoken door CO2, fig.2. Wij schreven al dat er tussen temperatuur en CO2 geen correlatie te bespeuren is. Het klimaat van de aarde is tamelijk robuust. Er zijn op onze waterplaneet een reeks tegenkoppelingsmechanismen, die het stabiliseren. De waarschuwing voor omklappen ontbeert data wijzend op een thans wel in aanloop zijnd CO2 geïnduceerd omklap gevaar. Het willen aanwakkeren van angst daarvoor is meer gemotiveerd door politieke dan door natuurkundige overwegingen. De in de notitie genoemde verschijnselen zijn dus helemaal niet bekend, het zijn speculaties.

Samenvattend, de notitie die het NNV-bestuur heeft gepubliceerd kan onmogelijk als een waardevolle reactie vanuit de natuurkunde gezien worden. Het tegendeel is het geval en de notitie is in essentie onwetenschappelijk. Door een eenzijdig beeld te schetsen van de zeer complexe materie die klimaat nu eenmaal is, en door het geloof in klimaatmodellen voorrang te geven op nuchtere kritische fysische afwegingen, doet deze notitie schade aan het vertrouwen dat de niet-fysicus in de natuurkunde zou mogen verwachten te kunnen hebben. Het is in de wetenschap geen schande om toe te geven dat men iets niet of onvoldoende weet. Een vlucht naar voren ingegeven door vage politieke motieven is daarop niet het juiste antwoord. Deze handelwijze wekt teveel associaties op met het verstrekken van pseudo-natuurkunde ten behoeve van maatschappelijk escapisme.

6 oktober 2017.
Kees de Lange, Kees le Pair, Dick Thoenes,
Arthur Rörsch, Kees de Groot, Vladimir Ponec
Marinus Winnink, Jeroen Hetzler, Peter Bloemers,
Hans Labohm