Wat gebeurt er met de CO₂ die door ontbossing en de verbranding van fossiele brandstoffen de atmosfeer ingaat? Dat wordt elk jaar netjes gedocumenteerd door de wetenschappers achter The Global Carbon Project (www.globalcarbonproject.org) [1]. Sinds de industriële revolutie heeft de mens zo’n 2500 gigaton (2.5x1015 kilogram) aan koolstof in de vorm van CO₂ geproduceerd. Dat had tot een stijging van de atmosferische CO₂-concentratie moeten leiden van 280 naar zo’n 610 CO₂-moleculen per miljoen luchtdeeltjes (ppm; Figuur 1). Maar de concentratie komt dit jaar gemiddeld ‘slechts’ iets onder de 420 ppm uit. Dat komt doordat de biosfeer op land (bomen, bodems) ongeveer net zoveel extra CO₂ heeft opgenomen als het door ontbossing is kwijtgeraakt (respectievelijk de groene en gele balk in Figuur 1). Ook is heel veel CO₂ in oceaanwater opgelost (donkerblauwe balk in Figuur 1). Iets minder dan de helft van de CO₂ die we jaarlijks uitstoten blijft in de atmosfeer. Dit veroorzaakte de stijging van 286 in het jaar 1850, naar bijna 420 in het jaar 2023 (lichtblauwe balken in Figuur 1).
Figuur 1: koolstofbronnen en koolstofputten. CO₂-emissies uitgedrukt in toegevoegde parts per million (ppm) in de atmosfeer sinds 1850 door ontbossing (‘land use’), de verbranding van fossiele brandstoffen en cementproductie. De uitstoot wordt deels gecompenseerd doordat extra CO₂-opname plaatsvindt in oceanen en biomassa op het land zodat de toename in de atmosfeer beperkt wordt. The Global Carbon Project, [1].
Scenario’s voor de toekomst
Voor de toekomst gaan we uit van verschillende CO₂-emissiescenario’s. Daarin worden aannames gemaakt over toekomstige uitstoot van CO₂, uitgaande van heel weinig afname van onze uitstoot tot heel sterke emissiereductie. Deze zogenaamde shared socioeconomic pathways (SSPs) leiden aan het einde van deze eeuw tot een range van CO₂-concentraties, afhankelijk van onze keuzes [2].
Die verschillende CO₂-concentraties leiden ook tot heel verschillende opwarming deze eeuw. In Figuur 2 staat een flink aantal van deze scenario’s getekend met op de horizontale as de komende eeuw en op de verticale as de jaarlijkse CO₂-uitstoot. Vandaag de dag stoten we zo’n 40 gigaton per jaar uit. Dat is het rode puntje aan het einde van de zwarte lijn, die de historische gegevens weergeeft. Het goede nieuws is: deze lijkt een beetje minder steil omhoog te gaan. De verschillende emissiescenario’s leiden naar verschillende hoeveelheden aan opwarming in 2100. Alleen in toekomstscenario’s waarin we de komende tijd snel onze uitstoot verminderen en in de tweede helft van deze eeuw ook actief CO₂ uit de lucht gaan vastleggen blijven we onder het politieke doel van maximaal 2ºC opwarming. Maar als onze uitstoot blijft groeien kunnen we veel meer opwarming verwachten deze eeuw.
Welk scenario het wordt? Koffiedik kijken, maar de meest realistische scenario’s liggen natuurlijk ergens in het midden. Overigens is er ook nog relevante onzekerheid in hoeveel opwarming er precies bij deze emissiescenario’s hoort, vandaar de lange rode balken aan de rechterkant van het figuur die die onzekerheid weergeven.
Figuur 2: Toekomstprojecties van de CO₂-concentratie in de atmosfeer op basis van verschillende emissiescenario’s. The Global Carbon Project, gepubliceerd in [3]. W/m2 (Watt per vierkante meter) is de eenheid waarin de sterkte van het broeikaseffect wordt uitgedrukt.
Een absurd voorbeeld
Maar laten we voor de lol eens van een totaal onrealistisch scenario uitgaan dat het best aansluit bij de vraag. Stel, we verbranden de komende eeuwen alle fossiele brandstoffen. Dan zal de CO₂-concentratie stijgen naar ongeveer 1800 ppm [4]. Dat is het mogelijke maximum als gevolg van menselijke uitstoot.
De laatste keer dat de CO₂-concentratie zo hoog was, was in het Vroege Eoceen, tussen de 56 en 49 miljoen jaar geleden [5]. Dat is bepaald op basis van de chemische samenstelling van kalkfossielen van eencelligen die uit die tijd stammen en in de zeebodem zijn gevonden. Die samenstelling is afhankelijk van de CO₂-concentratie in het zeewater waarin ze groeiden. En inderdaad, tijdens deze periode was het gemiddeld zo’n 15-20°C warmer dan vandaag de dag [6], groeiden er palmen en baobabs op Antarctica en langs de kusten van de toen ijsvrije Noordelijke IJszee [7-9] en werd het zelfs in zee af en toe te warm voor life as we know it in tropische gebieden [10].
Het kan nog extremer
Op Aarde is de CO₂-concentratie zeker ook nog hoger geweest in de vroege geschiedenis, wellicht zelfs enkele honderden keren hoger dan nu [11]. Maar sinds het ontstaan van complex leven is de CO₂-concentratie altijd lager geweest dan 10x de huidige waarde [12, 13]. Op Aarde, is de gedachte, wordt er niet alleen CO₂ door vulkanen de atmosfeer in gebracht, maar ook uit de atmosfeer gehaald door chemische verwering op het land. Daarbij wordt het koolstof (C) van CO₂ samen met water gevangen en uiteindelijk in een vaste stof in sedimenten begraven.
Daarin verschilt de Aarde fundamenteel van onze zusterplaneet Venus. Daar was ooit misschien leven (mogelijk), maar daar is iets gruwelijks misgegaan: de atmosfeer bevat nu geen water en 96% CO₂. Zoveel kan een atmosfeer dus bevatten. Nooit zal die CO₂ weer uit de atmosfeer gaan, want chemische verwering is zonder water niet mogelijk. Venus staat dichterbij de zon dan de Aarde en ontvangt dus meer zonlicht. Maar de dikke atmosfeer van Venus weerkaatst veel meer zonlicht dan die van de Aarde. Op het Aardoppervlak komt daardoor veel meer zonneenergie terecht dan op Venus. Toch is het op Venus veel warmer door het sterke broeikaseffect; het is er 460°C, vergeleken met zo’n 15°C op Aarde. Dat is dus wat er bij een echt maximum gebeurt.