KLIMAAT, ENERGIE & OVERLEVEN

door
C. (Kees) le Pair⁷

Klimaat is onaantrekkelijk voor een natuurkundige. Het is een vaag, ongedefinieerd begrip⁽¹⁾, niet kwantificeerbaar. Zo ze er al zijn, zijn er alleen lokale en tijdafhankelijke kenmerken. Ze zijn anders voor Inuit en Irakezen, of voor mij en mijn grootouders. Het wordt beïnvloed door vele processen die onderling op elkaar inwerken. We noemen dat een complex systeem. Dat verbiedt rigoureus begrip en beschrijving⁽²⁾. Bovendien worden de samenstellende processen niet allemaal voldoende begrepen. En veel gegevens zijn niet nauwkeurig genoeg. Een aantal van hen heeft lange tijdreeksen nodig, die er niet zijn.
De 'big data'-reeksen vormen een ander probleem. Ze zijn omslachtig (computercapaciteit) of zelfs onmogelijk om te gebruiken in formules van bekende fysische processen. Dergelijke processen zijn vaak alleen 'quasi-statisch' bekend, wat op aarde niet het geval is. In de klimaatwetenschap worden gegevens vaak gemiddeld. En het gemiddelde wordt gebruikt in berekeningen. Dit is onjuist, behalve in zeldzame gevallen.

Een treffend voorbeeld van deze onzekerheid in het klimaat is temperatuur, een van de meest genoemde klimaatkenmerken. De zon straalt energie uit naar de aarde. Alle materie straalt energie uit afhankelijk van zijn temperatuur. Om de temperatuur op aarde stabiel te houden, moet de energie-in gelijk zijn aan de energie-uit. We kennen de binnenkomende energie van de zon en aangezien de temperatuur van de aarde ongeveer stabiel blijft, moet de uitstroom ongeveer hetzelfde zijn. Dit wordt tegenwoordig keurig geverifieerd door satellietmetingen.
Als men ervan uitgaat dat de aarde overal en altijd bij dezelfde temperatuur uitstraalt, leert de natuurkunde: dat een stabiele uniforme temperatuur 255 K (-18 °C) zou zijn. Maar we weten dat dit niet waar is. De polen en bergtoppen zijn koud, de Sahara is heet. De lucht op een hoogte van 15 km is ongeveer 223 K (-50 °C)... De kern van de aarde is zelfs ongeveer 5000 K (5300 °C). Als de stralende aarde op enig moment alleen de lokale en tijdsafhankelijke inkomende zonne-energie zou uitstralen, zou de gemiddelde temperatuur 145 K (-128 °C) zijn⁽³⁾. Het verschil van 110 K (110 °C) tussen deze twee extreme resultaten, afgeleid van dezelfde stralingsprocessen en gegevens, is alleen te wijten aan het verschil in middeling (uniform, of afhankelijk van de zon op de plek). Het laat duidelijk zien dat de manier waarop de aarde de ontvangen zonne-energie verdeelt en herverdeelt van groot belang is.
De stabiliteit van de herverdeling van de binnenkomende energie door de aarde, voordat deze wordt uitgestraald naar het heelal, krijgt naar mijn mening onvoldoende aandacht in klimaatstudies. Als er al aandacht aan wordt besteed, blijft het meestal beperkt tot energietransport in de atmosfeer, die een kleine energiecapaciteit heeft in vergelijking met de oceanen en veranderingen in landgebruik.

Een ander stralingsfenomeen lijdt aan een soortgelijk gebrek aan aandacht. De aarde is geen ondoorzichtige zwarte bol. De oceanen zijn troebel (=diathermisch of semi-transparant). Zij absorberen stralingsenergie onder het oppervlak. Dit moet worden geëxporteerd via andere processen dan door eigen straling, waarbij temperatuurgradiënten optreden. Dit is erg belangrijk omdat de publieke belangstelling voor het klimaat niet echt veel over de aarde gaat, maar eerder over een klein stukje aardschil waarin wij leven. De oceanen maken er energetisch een groot deel van uit en zijn troebel. Dus, in welke temperatuur langs die gradiënten zijn we geïnteresseerd en hoe verandert dit⁽⁴⁾?

Met al deze onzekerheid is het 'mission impossible' om klimaatbegrip af te leiden uit bekende fysische eigenschappen ('first priciples'). Niet nu en misschien nooit. Waarom? Omdat het is zoals Richard Feynman zei: "Als er iets heel kleins mis is in onze definitie van de theorieën, dan kan de volledige wiskundige nauwkeurigheid deze fouten omzetten in belachelijke conclusies." Voor de klimaatzaak zou ik toevoegen aan "...onze definitie van de theorieën": of in onze gegevens.
Laat me dit illustreren met een recent voorbeeld van complexiteitstheorie: De krachten, massa's en snelheden van de planeten zijn voldoende bekend om hun toekomstige baanbeweging te berekenen. Als we dit voor Mercurius doen, kunnen we voorspellen dat het na een (lange) periode op een bepaalde plek ergens in zijn huidige baan zal zijn.
Als we echter dezelfde berekening doen waarbij alleen de beginpositie een paar centimeter, zeg maar een duimlengte, wordt verschoven, voorspellen we dat hij op dat moment door het centrum van de zon reist! Wie weet met zo'n precisie de huidige positie van Mercurius? Of de precisie van alle parameters in de klimaatrelevante processen? Om dezelfde reden kunnen we klimaatkenmerken dus niet berekenen op basis van solide fysische principes, met andere dan exacte gegevens en rigide theorieën van deelprocessen om mee te beginnen.

Dit betekent niet dat we helemaal geen klimaatkennis kunnen hebben. Maar het laat zien dat als iemand, of een IPCC, voorspelt wat het klimaat zal worden, als we één meespelende parameter zoals atmosferisch CO₂ veranderen, hij of zij serieus moet worden ondervraagd over de nauwkeurigheid van gegevens, kennis van subprocessen en voorspelbaarheid van de vele andere invloeden . Uiteindelijk is in complexiteit het bewijs van goede smaak van de pudding in het eten. De ultieme test voor elke theorie over het gedrag van een complex systeem is een vergelijking met metingen aan het systeem als geheel in de praktijk situatie, over een relevante periode. Niet in een controle op de berekeningen van de theoreticus⁽⁵⁾. Wat dat betreft heeft de klimaatwetenschap geen roemrijk verleden. Het verschil tussen theoretische waarden en metingen is opvallend. Zeespiegelstijging, kustlijnen, orkaansterkte, orkaanfrequentie, hotspot in de tropische atmosfeer, temperatuurreeksen - wat ze ook betekenen - Arctische zee-ijsbedekking, Antarctische temperatuurrecords, gletsjerlengtes, droogtes, overstromingen. neerslag, zeeleven, Great Barrier Reef en meer hebben allemaal de geldigheid van de voorgestelde theorieën (klimaatmodellen genoemd) gefalsifieerd.

Dit alles zou van ondergeschikt academisch belang zijn als de conclusies van ongeldige theorieën niet door het grote publiek en zijn heersers waren overgenomen. Het is niet de competentie van een fysicus om uit te leggen waarom zoveel ongegronde onzin zo'n wijdverspreide ziekte werd. Ik beperk me dus tot waarneembare feiten. Een gefalsifieerde theorie over CO₂ die het klimaat beheerst, leidt tot een voortijdige transitie van onze energievoorziening. (Een tweede argument voor een snelle energietransitie is uitputting van natuurlijke hulpbronnen zoals olie, kolen en gas. Dit argument gaat evenmin op als dat van de relevantie van door de mens toegevoegde CO₂ en klimaatverandering. Daar ga ik hier niet verder op in.)

De slecht getimede energietransitie is niet te wijten aan de Russen, maar aan onze eigen fouten. Hoe dan ook, het zal energietekorten veroorzaken. En omdat energie nodig is voor alle producten, inclusief voedsel, huisvesting en transport, zal het voor vele miljoenen armoede, hongersnood en de dood brengen. Dit kan niet worden verholpen door geld te drukken of een andere vormen van geldcreatie. Energie is een veel solidere entiteit dan bankbiljetten of een getal in een 'spreadsheet' van een centrale bank. Nieuw gecreëerd geld kan sommigen van ons helpen om het laatst overgebleven voedsel te verwerven, maar alleen omdat de minder gelukkigen dienovereenkomstig minder te eten krijgen.

Onthoud dus alstublieft ten minste twee waarheden van deze preek: