Dossier Klimaatverandering (WRI report 2008):

Introductie (naar WRI Issue Report 2008, Juli 2009)

Op deze pagina zal ik in meerdere schrijfsessies de wetenschappelijke publicatie van het Wordl Resource Institute over klimaatwetenschap en de belangrijke nieuwe ontdekkingen op dit gebied vrij vertalen zonder de wetenschappelijke waarde te verliezen. Het WRI heeft in haar “Issue Brief” een beeld gegeven van het onderzoek naar het klimaat en de veranderingen daarin.

Het document heeft tot doel beleidsmakers en geïnteresseerden in te lichten over de laatste bevindingen, het laatste onderzoek op het gebied van de klimaatverandering. Dit door onderstaande zaken te beschrijven.

• Het beschrijven van de brede mogelijke gevolgen van de, door de mens, veroorzaakte klimaatverandering
• Het documenteren van de effecten die al zijn voortgekomen als gevolg van de toegenomen mondiale temperaturen, veranderde neerslag patronen, stijging van de zeespiegel, en andere veranderingen in de fysieke en hydrologische systemen.
• De identificatie van belangrijke vooruitgang met betrekking tot technologieën die kunnen helpen om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen  in de toekomst.

Het laatste wetenschappelijk bewijs dat hierna wordt aangehaald, levert ondersteunend bewijs dat bevestigd dat de mens met haar activiteiten verantwoordelijk is voor de stijging van temperaturen in de laatste 100 jaar.  Als gevolg hiervan is er de noodzaak om snel en substantieel de uitstoot van greenhouse gas (onder andere CO2) wereldwijd te verminderen. Ook betekent het dat er in toenemende mate  maatregelen genomen moeten worden om de effecten van de klimaatverandering op te vangen. Dit zowel voor de mensheid als niet humane natuur.

Net als de andere WRI rapporten over de klimaatverandering is ook deze onderverdeeld in vier hoofdstukken.

• Fysiek klimaat
• Hydrologische cyclus
• Ecosystemen en Ecosysteem diensten
• Technieken voor het tegengaan van de klimaatverandering

Bij de voorbereiding en samenstelling van dit rapport heeft WRI geput uit een brede groep van invloedrijke publicaties, van organisaties en van websites over het onderwerp. Alleen publicaties uit 2008 kwamen in aanmerking. Elk hoofdstuk bevat een korte samenvatting van de belangrijkste wetenschappelijke vondsten en hun implicatie voor het beleid en onderzoek. Deze Issue Brief geeft, in aanvulling op de Issue Brief van 2007 , een overzicht van nieuwe ontwikkelingen

Enkele voorbeelden uit het rapport:

Pysiek Klimaat

• Verlies van zee ijs in de Arctische zee kan de potentie hebben het gebied tot 1500 km op het land te verwarmen waardoor de permafrost in gevaar komt. (Lawrence, e.a.)
• De snelheid waarmee de totale CO2 uitstoot groeide tussen 2000 en 2007 was vier keer groter dan dat van de voorgaande tien jaar. (Global Carbons Project)
• Het grootste aandeel van de opwarming van de aarde is toe te schrijven aan menselijke activiteiten en maar voor een klein deel aan andere factoren zoals variatie in de instraling van de zon. (Lean en Blind)
• Wanneer de concentratie van CO2 in de atmosfeer de waarde bereikt van 700 ppm (deeltjes per miljoen), mogelijk al in 2010,  (in 2005 was het al 385.57 ppm), zal de dagelijkse maximum temperatuur boven de 40 graden Celcius reizen in de Vernigde Staten, Het zuiden en midden van West-Europa en zelfs boven de 50 graden stijgen in Australië, India, het Midden-Oosten en delen van Afrika. ( Sterl e.a.)

De Hydrologische cyclus

• Tussen 1996 en 2006 is de snelheid van verlies van ijsmassa op Antartica gestegen met 75 % (Rignot e.a.)
• In de periode tussen 2004-2005 en 2005-2006 is een verdubbeling van de snelheid waargenomen waarin negen gletsjers overal in de wereld smelten en dunner worden.  (World Glacier Monitoring Service)
• In het Westen van de Verenigde Staten is tot 60% van de veranderingen in de waterhuishouding toe te schrijven aan menselijke invloed, een trend die al ze niet wordt gestopt zol resulteren in een komende crisis in watertoevoer. (Barnett e.a.)

Ecosystemen en de natuurlijke omgeving

• Wetenschappers hebben op basis van veranderingen in 28.800 plantaardige en dielijke ecosystemen en in 829 klimaatsystemen geconcludeerd dat door mensen veroorzaakte opwarming nu al een significante impact heeft ecosystemen en fysische systemen. (Rosenzweig e.a.)
• Onder invloed van een door de klimaatverandering veroorzaakte keverplaag zullen de bossen van Brits-Columbia in 2020 veranderen van een netto daling van CO2 gehalte in een grote netto producent van CO2 welke de uitstoot veroorzaakt door bosbrand zal overtreffen. (Kurz e.a.)
• Wanneer er onverminderd wordt doorgegaan met emissie van CO2 zullen de tropische dode zone’s zeer waarschijnlijk met 50% toenemen  in 2100. (Oschlies e.a.)

Klimaatverandering tegengaande mitigatie technologieën

• Er is onderzoek en ontwikkeling gericht op een veelbelovende techniek om CO2 direct vanuit de lucht af te vangen. (Keith e.a.)
• Er is een nieuwe niet giftige, niet kostbare technologie  voor het opslaan van zonne-energie ontdekt die de potentie heeft voor de toepassing van het produceren van energie met behulp van waterstof . (Kanan en Nocera)

Fysiek Klimaat

De onderzoeken in dit hoofdstuk gaan in op sommige ontdekkingen uit 2008 rondom plotselinge veranderingen, temperatuurveranderingen, CO2 en aërosole concentraties en veranderingen in de oceanen.  Wanneer men deze artikelen samen beschouwt is het een bevestiging van de waarnemingen uit de WRI rapporten 2005-2007.  Meer is duidelijk geworden over bijvoorbeeld : de mogelijke gevolgen van abrupte veranderingen die worden geassocieerd met door mensen veroorzaakte klimaatveranderingen; de invloed van CO2  en aërosol emissies op locale en globale temperaturen; de invloed van de menselijke voetafdruk op de opwarming in Antarctica; de stijgende minimum en maximum dag temperaturen overal in de wereld; en trends in de oceanen die worden veroorzaakt door veranderingen in het klimaat.

Plotselinge veranderingen

Abrupte, niet geleidelijk volgens een rechte lijn, optredende veranderingen vormen misschien wel het meest uitdagende probleem dat samenhangt met door mensen veroorzaakte klimaatveranderingen. Er is geen gemeenschappelijke definitie van wat een abrupte verandering is. Vanuit geologisch perspectief kunnen veranderingen die in enkele tientallen jaren tot een paar eeuwen optreden, als abrupt worden aangemerkt.  Vanuit een ecologisch perspectief is de door een plotselinge klimaatverandering veroorzaakte wijdverbreide verandering of verplaatsing in het aanwezige dierlijke en plantaardige leven, als abrupt aan te merken.  Vanuit een sociologisch perspectief is een verandering in klimaat die optreedt binnen één of twee generaties die uitmondt in een veranderding in hoe de civilisatie is georganiseerd en functioneert, abrupt. Wanneer een plotselinge klimaatverandering zich voor zou doen zou het kunnen zijn dat menselijke en ecologische aanpassing onmogelijk is. Enkele plotselinge fysische en ecologische veranderingen die worden voorspeld zijn:

1. een dramatische reorganisatie van het thermaline systeem (het systeem van stromingen in de oceanen die onder andere warmte naar Europa transporteren)
2. snelle vermindering van het ijs van gletsjers, de polen
3. verdwijnen van permafrost of het veranderen van de eigenschappen van de bodem waardoor grote veranderingen in de CO2 cyclus ontstaan.

• D. Lawrence, A. Slater, R. Tomas, M. Holland, e.a.
  “Accelarated Arctic land warming and permafrost degradation during rapid sea ice loss”, 13 juni 2008, deel 35, Geophysical Research Letters

Snelle afname van zee ijs veroorzaakt versnelling in de opwarming van land en vermindering van permafrost.

In dit onderzoek concluderen de onderzoekers dat tot 1500 km in het binnenland de gevolgen merkbaar zijn van een snelle vermindering van het zee ijs. Dit kan betekenen dat dit leidt tot verdere ontdooien van permafrost. Tijdens deze veranderingen wordt de opwarming versterkt door het snelle verminderen van de ijs massa. Dit bevordert dat het wateroppervlak meer warmte absorbeert van de zonne instraling doordat het vloeibaar water donkerder is dan ijs. Het ijs is ook dunner in de vroege herfst zodat het minder goed isoleert tegen het warmere water onder het oppervlag. Dit veroorzaakt hierdoor ook warmte transport naar het vaste land. De wetenschappers gebruikten een model om te voorspellen wat het effect van aanwezigheid van ijs is op de opwarming van de permafrost. Ze berekenden dat de warmte opbouw in de permafrost 3,5 keer groter is wanneer en geen ijs in de Arctische oceaan is in vergelijking met als dit er wel is.

Implicaties: De auteurs ontdekten het verband tussen de afname van zee ijs, het opwarmen van het land en het verlies van permafrost. Ze toonden aan dat verlies van zee ijs kan leiden tot snelle afname van permafrost in de gebieden die onderhevig zijn  aan de opwarming. Een nieuwe inventarisatie van de opslag van CO2 in permafrost op hoge breedte graden geeft inzicht in wat het betekent als grote hoeveelheden permafrost ontdooit en de CO2 laat ontsnappen.  (E. Schuur, J. Bockheim, J. Canadell, E. Enskirchen, e.a. in “Vulnerability of permafrost carbon to climate change: implicatins for the global carbon cycle” Bioscience, september 2008). De inventarisatie laat zien dat er twee maal zoveel CO2 vrijkomt als eerder werd aangenomen en dit suggereert dat er in permafrost zoveel CO2  is opgeslagen dat bij smelten de hoveelheid CO2 in de atmosfeer verdubbelt.

• Martin Kennedy, David Mrofka en Chris von der Borch
  “Snowball Earth termination by destabilisation of equeterial permafrost methane clathtate”, 29 mei 2008, Nature

Einde aan sneeuwbal-aarde door het smelten van methaanijs

Ruwweg 635 miljoen jaar geleden transformeerde de met ijs bedekte wereld ook wel Sneeuwbalaarde of Natte Sneeuwbalaarde genoemd naar een broeikas aarde met temperaturen van boven de 50 graden Celcius. Op basis van metingen aan sedimenten uit de oceanen  is het goed mogelijk dat de dramatische klimaatverandering is veroorzaakt door het vrijkomen van grote hoeveelheden methaan uit het zogenoemde Methaanhydraat (ook wel methaan-clathraat of methaanijs genoemd). De opwarming van de aarde kende een enorme versnelling toen het mehtaanijs begon te smelten en het methaan de atmosfeer in liet. Het methaan vormde de trigger voor een catastrofale verandering in het klimaat en de biogeochemische cyclus op aarde.

Implicaties: De onderzoekers concluderen dat de klimaatverandering die het gevolg was door de hoge methaan concentratie in de atmosfeer vergelijkbaar is met toekomstige  hoge concentratie CO2 in de atmosfeer en daarmee hetzelfde effect kan hebben. De onderzoekers merken verder op dat er instabiliteit is in het methaanijs als gevolg door de door mensen veroorzaakte klimaatverandering.  Verder stellen ze dat deze instabiele situatie kan leiden een positieve terugkoppeling zodat dit leidt tot smelten van methaanijs onder de bodem van de oceaan. In het Noord-Oosten van Svalbard in de Arctische oceaan zijn al meer dan 250 bronnen gevonden waar methaan uit de zeebodem omhoog borrelt. (Quirin Schiermeier, online 26-09-2008, Nature News, Nature). Hoewel de huidige concentraties hoger liggen dan zelfs enkele jaren terug, waarschuwen wetenschappers dat deze methaan pluimen op de zeebodem mogelijk al duizenden jaren bestaan en men voorzichtig moet zijn deze toe te schrijven aan menselijke invloed.

Kooldioxine- en methaangas concentraties

http://www.compendiumvoordeleefomgeving.nl

Met onderzoek wat gedaan is in 2008 wordt steeds meer bekend over de effecten van broeikasgas en fijnstof in de atmosfeer op  de

Bron: http://www.compendiumvoordeleefomgeving.nl

lokale en globale temperaturen. Bij metingen in 2008 werd een hoogte concentratie van 385,57 ppm CO2 gemeten.Volgens het Global Carbon Project is het tempo van de uitstoot van CO2 tussen 2000 en 2007 vier keer groter dan dat van de tien jaar daarvoor. China is koploper met met 21% van de totale hoeveelhied geproduceerde CO2 in de wereld, in 2002 was het nog 14%. De Verenigde staten volgt met 19%. (Zie teleac!) Ook de concentratie van methaan (CH4) in de atmosfeer is, na een periode van tien jaar slechts licht groeien, nu sterker aan het stijgen.

De volgende onderzoeken staven de bevindingen rondom kooldioxide en methaan, de twee sterkste broeikasgassen.

• D.Lüthi, M Le Floch, R. Bereiter, T. Blunier, e.a. “High-resolution carbon dioxide concentration record 650.000 – 800.00 years before present”, 15 mei 2008, Nature
• L. Loulergue, A. Schilt, R. Spahni, V. Masson-Delmotte, e.a. “Orbital and millennial-scale features of atmospheric CH4 over the past 800.000 years” 15 mai 2008, Nature

Luchtbellen gevangen in kilometers dikke ijslaag van Antartica geven de geschiedenis weer van het klimaat en concentraties van broeikasgas in het verleden.  Onlangs is men op de diepte aangeland dat men de tijd van 800.000 jaar geleden kan bekijken. Hiermee wordt het verband tussen de broeikasgas concentraties en de temperatuur op de plaats waar men de boringen doet.

Implicatie: Dit onderzoek toont aan de de huidige niveau’s van de twee belangrijkste broeikasgassen nog nooit zo hoog zijn geweest tot 800.000 jaar geleden.  Voor een goede Nederlandstalige verhandeling over broeikasgassen en hun concentraties zie deze link.

• R. Weis, J. Mühle, P. Salameh en C. Harth “Nitrogen trifluoride in the global atmosphere”, 31 okober 2008, Geophysical Research Letters

In dit onderzoek is de concentratie van nitrogen trifluoride (NF3) gemeten op diverse plaatsen in het noordelijk halfrond. Daarbij hebben ze ontdekt dat tussen 1978 en 2008 de concentratie NF3 ongeveer 11% per jaar is gestegen. Daarbij moet worden opgemerkt dat, in potentie,  NF3 een 17.000 grotere invloed heeft dan CO2 op de opwarming van het klimaat.

Implicatie: NF3 is niet opgenomen in het Kyoto protocol en er wordt ook in Nederland bijvoorbeeld door het Milieu Natuur Compendium niet over gerapporteerd. De uitstoot van NF3 wordt veroorzaakt bij de productie van LCD schermen, dunne-film zonnecellen en bij het schoonmaken van elektronische schakelingen en bij het etsen van microcircuits. Het gebruik neemt toe juist omdat het wordt gestimuleerd om NF3 te gebruiken in plaats van broeikasgassen die minder makkelijk afbreekbaar zijn.  Echter de onderzoekers ontdekten dat 16% van het gebruikte gas in de atmosfeer verdwijnt, terwijl de industrie eerder aannam dat dit maar 3% was.  Gezien de snelle toename raden Prather en Hsu (Michael J. Prather en Juno Hsu, “NF3 the greenhouse gas missing from Kyoto, 26 juni 2008, Geophysical Research Letters) aan om het gas op te nemen in het protocol of de opvolger daarvan.

• V. Ramanathan en Y. Feng “On avoiding dangerous anthropagenec interference with the climate system: Formidable challenges ahead.”, 23 sptember 2008, Proceedings of the National Academy of Sciences

De onderzoekers suggereren dat, zelfs als de uitstoot van broeikasgassen zou worden bevroren op het niveau van 2005, we toch al 2,4 °C boven het pre-industriële tijdperk zitten (met een marge van 1,3 tot 4,3 °C). Bij de berekening van dit getal heeft men rekening gehouden met de vermindering van reflecterende drijfgassen, die door hun reflecterende werking het zonlicht terug kaatsen en zo een koelende werking op het klimaat hebben. Door de steeds betere milieu doelstellingen zullen de reflecterende drijfgassen nog verder blijven verminderen waardoor het zonlicht het aardoppervlak nog beter kan bereiken.

Twee recente onderzoeken stellen dat de vermindering van reflecterende drijfgassen heeft bijgedragen aan plaatselijke opwarming.  Buckstuhl en anderen (C. Bukstuhl, R. Philimona, K. Behrens, M. Coen, ea. “Aerosol and cloud effects on solar brightening and the recent rapid warming.”, 24 juni 2008, Geophysical Research Letters) laten zien dat de vermindering van de concentratie van drijfgassen boven het binnenland van Europa heeft geleid tot meer zoninstraling en daarmee waarschijnlijk verantwoordelijk is voor de opwarming die wordt opgemerkt op het continent.  Een andere studie laat hetzelfde zien maar nu in California (T. Novakov, T. Kirchletter, S. Menon en J. Aguar, “Response of California temperature to regional anthropogenic fijnstof cheanges” 4 oktober 2008, Geophysical Research Letters). De onderzoekers stellen dat de vermindering van anthropogene (door de mens veroorzaakte) fijnstof concentratie sinds 1990,  heeft bijgedragen aan de opwarming van de bodem.

Implicatie: Ramanathan en Feng wijzen erop dat voorspellingen er van uit gaan dat de fijnstof concentratie op hetzelfde niveau blijft.  Daarmee gaan ze voorbij aan de maatregelen om de luchtvervuiling en fijnstof in met name stedelijke gebieden te verminderen. Wanneer dit wel wordt meegenomen in de berekeningen kan het tegengaan van de klimaatveranderingen een grotere uitdaging zijn dan tot nu toe werd aangenomen.  Het moet wel worden opgemerkt dat er kritiek is op de uitgangspunten van het model. (Hans Joachim Schellnhuber, “Global warming: Sop worrying, start panicking!”23 sptember 2008, Proceedings of the National Academy of Sciences). De kritiek gaat vooral over het uitgangspunt dat de broeikasgassen op het niveau van 2005 blijven en dus niet zullen dalen en ook over het feit dat er geen rekening is gehouden met veranderingen in begroeing en bebouwing van het land of vulcanische uitstoot en de daarmee de mogelijk te optimistiche schatting van de vermindering van fijnstof.  Ondanks deze kritiek toont de studie van Ramanathan en Feng aan dat wanneer stedelijke gebieden de uitstoot van fijnstof kunnen blijven verminderen, belangrijk voor schone lucht, dit het tegengaan van de klimaatverandering nog moeilijker maakt. Ramanthan en Feng concluderen met een oproep aan beleidsmakers om rekening te houden met het inwisselen van schone lucht tegenover broeikasgas vermindering en bevelen aan om bijzonder de nadruk te leggen op het verminderen van absorberende aerosolen zoals roet als aanvulling op het verminderen van reflecterende aerosolen zoals sulfaten.

Temepratuurontwikkeling

Volgens NASA’s Goddard Institute for Space Studies (GISS) was 2008 de negen hoogste temperatuur ooit gemeten maar de de minst hoge temperatuur sinds 2000. De onderzoeker van het GISS wijten de relatieve lage temperaturen aan de La Niña,

De La Nina van 2007-2008 was de sterkste ooit gemeten en zorgde voor kouderecords in onder andere China en Noord-Amerika.  Terwijl de Pacific werd gekenmerkt door koude-records werden het noordpoolgebied, het Antarctisch Schiereiland en Eurazië juis opmerkelijk warm.  Verder valt op te merken dat de zonnestraling op het laagste niveau was vanaf het moment dat men dit met satellieten meet. Ook dit droeg bij aan de wereldwijde temperatuur.

• N. Gillet, D. Stone, P. Stott, T. Nozawa, e.a. “Attribution of polar warming to human influence”, novemer 2008, Nature Geoscience

De IPCC (Intergovermental Panel on Climate Change) stelt in haar “Fourth Assesment Report” dat de Zuidpool het enige continent is waar de opwarming is toe te schrijven aan menselijke activiteiten. In deze studie baseerden de onderzoekers zich op de metingenin het CRUTEM3 bestand tuseen 1900-2008 als ook op een gekoppeld simulatie model. Ze ontdekten dat de temperatuur patronen op de Zuidpool niet worden verklaard aan de hand van natuurlijke factoren. Daarom concludeerden ze dat de menselijke “voetafdruk” kan worden waargenomen.

Implicatie: Hun ontdekkingen zijn de eerste die aantonen dat de menselijke invloed een factor zijn bij de hogere landtemperaturen van de Noordpool en Zuidpool. Opwarming op deze hoge breedtegraden heeft grote betekenis voor het smelten van de ijskap en daarmee mogelijke stijging van de zeespiegel.

• D. van Vuuren, M. Meinhausen, G. Plattner, F. Joos, e.a. “Temperature Increase of 21st Century mitigation scenarios”, 7 oktober 2008, Proceedings of the National Academy of Sciences

In dit onderzoek werd een model ontwikkeld dat de invloed diverse broeikasgassen op stralingsforcering en klimaatverandering kan voorspellen.  Zij modeleerden scenario’s waarbij werd uitgegaan dat er niet werd gestuurd op vermindering van uitstoot van broeikasgassen. Het model voorspelt dat in 2100 er 250 meer broeikasgassen in de atmosfeer voorkomen dan in vergelijking met 2000.  De daarbij berekende temperaturen komen 2,6 °C to 4,6 °C hoger uit in vergelijking met 1990.  Vijftien verschillende scenario’s werden bekeken, van één scenario waarin de concentratie van CO2 piekt tussen 2020 en 2040 tot de meest extreme scenario’s waarbij werd uitgegaan van een vermindering van 20% tot 60% onder 2000 niveau rond 2050.  De berekeningen laten een CO2 concentratie zien tussen 380 en 620 ppm in 2100 en temperatuur verhogingen van gemiddeld 1.1 °C tot 2,4 °C  in 2100 vergeleken met 1990. De auteurs merken op dat zelf met het mees stringente beleid op het terugdringen van CO2 en andere broeikasgassen een stijging van 1,4 ° C  in 2100 wordt bereikt ten opzichte van 1990, waarbij alleen al 0,6 °C is toe te schrijven aan de traagheid waarmee het klimaat reageert.

Implicatie: Van Vuuren en collega’s stellen dat zelfs met het mees stringente beleid op het terugdringen van broeikasgassen het niet kan worden voorkomen dat de gemiddelde temperatuur zal stijgen met 0,5 °C tot 2,5 °C rond 2100. Ze stellen dat een beperking tot een stijging van 2 °C vergeleken met het pre-industriële  niveau mogelijk is, maar niet gegarandeerd kan worden.  Daarom stellen de auteurs, zal men ook maatregelen moeten nemen om de gevolgen van dergelijke stijgingen te beperken.  Dus adaptatie aan (naast bestrijding van) de klimaatverandering.

• S. Brown, J. Caesar en C. Ferro “Global changes in extreme daily temperature since 1950″ 13 maart 2008, Journal of Geophysical Research
• A. Sterl, C. Severijns, H. Dijkstra, W. Hazeleger, e.a. “When can we espect extremely high surface temperatures?”, 19 juli 2008, Geophysical Research Letters

Bij het analyseren van een dataset van dagelijks opgenomen temperatuurmetingen op verschillende plaatsen tussen 1950 en 2004, ontdekten Brown en collega’s een significante stijging in extreme dagelijkse temperaturen.  Zowel de minimumwaarden als de maximumwaarden op een dag lieten een stijging zien. De opwarming die het grootst was werd gevonden in gebieden in Rusland en Canada, waar de minimum temperaturen 4 °C hoger lagen dan in het midden van de twintigste eeuw. Extreme dagelijkse maximun temperaturen werden gevonden in Canada en Eurazië, waar temperaturen 1 tot 3 °C hoger waren dan in 1950. Brown en collega’s toonden ook aan dat de stijging van de minimum waarden sneller gaat dan de maximum waarden, waardoor met name het punt van  optreden van vorst later wordt en het groeiseizoen eerder begint.

In een ander onderzoek dat haar motivatie vond in de Europese hittegolven van 2003 en 2006 voerden Sterl en collega’s 17 simulaties uit met een gekoppeld klimaat model. Ze ontdekten hierbij dat extreme temperaturen in Autralië, India, Het Midden-Oosten, Noord-Afrika, de Sahel en Equatoriaal en subtropisch Zuid-Afrika waarden zullen gaan bereiken van 50 °C  en hoger tegen het eind van de eeuw, wanneer het CO2 gehalte in de atmosfeer de grens van 700 ppm bereikt. Ze voorspellen temperaturen van rond 40 °C in Zuid-Europa en het Midwesten van de USA tegen 2100.

Implicatie: Extreme temperaturen kunnen leiden tot extreme gebeurtenissen zoals hittegolven. De regio’s waar dit voor kan komen zijn dicht bevolkt en Sterl en college auteurs stellen dat, wanneer dit meerdere dagen aanhoudt, het menselijk leven kan bedreigen.

• M. Mann, Z. Shang, M. Hughes, R. Bradley, e.a. “Proxy-based reconstructions of hemisferic and global surface temperature variations over the past two millennia.”, 9 september 2008, Proceedings of the National Academy of Sciences

Wetenschappers gebruiken diverse bronnen om meer te weten over de temperatuurontwikkeling in het verleden. Zo gebruikt men pollen, jaarringen van bomen en ijskernen. In dit onderzoek gebruikten de onderzoekers meerdere (1209) van deze bronnen om een beeld te kunnen maken van de temperatuur in de hemisfeer en op het oppervlak van de aarde in de laatste 2000 jaar. Wanneer men niet de boomringen meeneemt in het onderzoek komt men tot de conclusie dat in de noordelijke hemisfeer de temperatuur de laatste 1300 jaar niet hoger is geweest. Wanneer je de de jaarringen van bomen wel meeneemt is dit zelfs 1700 jaar.

Implicatie: Dit onderzoek is een bestiging van een eerder onderzoek van Mann en anderen uit 1998 waar men een hockey stick patroon zag in de temperatuurontwikkeling. Het betrekken van boomringen in het onderzoek is enigszins controversieel omdat de dikte van de ringen ook afhangt van leeftijd van een boom. Als je dit in de resultaten uitfiltert is ook een gedeelte van de resultaten weggefilterd. Dit onderzoek is zo uniek omdat er juist meerdere bronnen zijn gehanteerd. Daarom is nu met zekerheid te stellen dat het nu warmer is dan het de laatste 1300 jaar ooit is geweest.

• Judith Lean en David Rind “How natural and anthropgenic influences alter global and regional temperatures: 1889 to 2006″ 16 september 2008, Geophysical Research Letters

Onder invloed van naruurlijke en menselijke factoren stijgt de globale en regionale oppervlakte temperaturen.  Tot voor deze studie gingen sommigen er van uit dat er tot 69% was toe te schrijven aan natuurlijke factoren en dan met name variatie in de straling van de zon. In dit onderzoek wordt met behulp van lineaire regressie-analyses de data geanalyseerd uit observaties van 1989 tot 2006.  Daarbij werd gekeken naar zonne straling, vulkaan activiteit, menselijke activiteiten en andere zaken die temperatuur beïnvloeden. Ze toonden aan dat 10% van de temperatuur stijging  in de laatste eeuw is toe te schrijven aan de zon en wanneer we kijken naar de laatste 25 jaar is dit percentage nog kleiner.  Dit is aanzienlijk lager dan de eerdere aannamen van 20 tot 30%.

Implicatie: Het onderzoek van Lean en Rind toont aan de het  overgrote deel van de opwarming is toe te schrijven aan menselijke activiteiten anders dan aan natuurlijke oorzaken als variatie in de stralingforcering.  Daarmee is de mens dus ook verantwoordelijke voor de recente klimaatveranderingen.Oceaan onderzoek

De onderstaande onderzoeken beschrijven de trends die waar te nemen zijn, onder invloed van de klimaatveranderingen, in gedrag van de oceanen, waaronder de veranderingen in de wereldomspannende stromingen, de verzuring, rijzen van de zeespiegel, opwarming van de oceanen en de capaciteit voor de opname van CO2.

• Geun-Ha Park, Kitack Lee en Pawel Tishchenko “Sudden, considerable reduction in recent uptake of antropogenic CO2 by the East/Japan Sea”, 12 december 2008, Geophysical Research Letters

Park en zijn collega’s vonden een lineaire regressie in de opname van koolstof dioxide in de Oost/Japanse Zee. In het onderzoek werden gegevens geanalyseerd van onderzoek in 1992, 1999 en 2007. De onderzoekers vonden dat de gemiddelde opname was 0,3 <>0,2 mol C/m² per jaar tussen 1999 en 2007 terwijl in de periode tussen 1992 en 1999 nog waarden werden gemeten van ongeveer 0,4 mol C/m² per jaar. De onderzoekers zien in het verminderde transport van water tussen boven en onderkant van de watermassa als oorzaak. Op deze manier wordt CO2 houdend water niet naar beneden getransporteerd waarna vers water weer CO2 op kan nemen. Opmerkelijk genoeg vond met met name in ondiepe oceanen van minder dan 300 meter de meeste opname van door mensen geproduceerd CO2.

Implicatie: Hoewel de onderzoekers waarschuwen voor het trekken van algemene conclusies stellen ze dat dat hun bevindingen een  voorbode kan zijn voor veranderingen in de essentiële opname van CO2 door de wereldwijde oceanen.

• C. Böning, A. Dispert, M Visbeck, S. Rintoul, e.a. “The response of the Atarctic Circuumpolar Current to recent climate change”, 23 november 2008, Nature Geoscience
• Anne Bartlett “Ozone hole weakens oceanic carbon sink”, 9 december 2008, Nature News (online)
• S. Son, L. Polvani, D. Waugh, H. Akiyoshi, e.a. “The impact of stratospheric ozone recovery on the Southern Hesiphere westerly yet”, 13 juni 2008, Science

Tenminste drie onderzoeken uit 2008, onderzoeken de mogelijkheid van verwerking van CO2 door de oceanen. In één onderzoek, stellen Böning en anderen, dat ondanks de intensivering van de westelijke winden, het dominante windpatroon tussen 30 en 60 ° Zuid dat

naar verwachting sterker zal worden met de door mensen veroorzaakte opwarming, de Antarctic Circumpolar Current (ACC, nl=westenwinddrift) niet wordt beïnvloed door de toegenomen winddruk.  Men had verwacht dat de toekomst van de opname capaciteit van de Zuidelijk oceaan afhing van de geïntensiveerde westenwind effecten op de ACC.  Echter dit onderzoek dat werd uitgevoerd met drijvers die temperatuur en zoutgehalte maten, suggereren dat modellen met grovere data tot onjuiste conclusies hebben geleid over het vermogen van de Zuidelijke Oceaan om CO2 op te kunnen nemen. De Zuidelijke Oceaan neemt in de laatste twee eeuwen 40% van de door mensen geproduceerd CO2 op.

Een ander onderzoek uitgevoerd door Lenton en anderen (samegevat door Bartlett), geven een minder gunstige conclusie weer.  De onderzoekers stellen dat het gat in de ozonlaag verantwoordelijk is voor het aantasten van het vermogen van de Zuidelijke Oceaan om CO2 op te nemen. Lenting en collega’s presenteerden hun bevindingen op de bijeenkomst (in 2008) van het CARBOOCEAN project in Frankrijk. Zij stellen dat het gat in de ozonlaag verantwoordelijk is voor een toename van de zuidelijke winden, die op hun beurt stromingen in de oceaan kunne beïnvloeden, dat weer kan leiden tot het naar boven brengen van met CO2 verzadigd zeewater.  Toen het gat in de ozonlaag werd meegenomen in de modellen bleek een sterk effect op de capaciteit van de oceaan om CO2 op te nemen. Wat gebeurt er als het gat in de ozonlaag verdwijnt (mogelijk rond 2050)? Een onderzoek van Son en anderen, toont dat het herstel van de ozonlaag leidt tot afname van de kracht van de westenwinden. Ze gebruikten een Chemisch-Klimaatmodel (CCMVal) wat uitgaat van chemische processen in de stratosfeer en de interactie met de hemisfeer.

Implicatie: De onderzoeken van Lenton en collega’s en Böning en collega’s spreken elkaar gedeeltelijk tegen. Lenton stelt echter dat Böning en collega’s geen rekening gehouden hebben met CO2 opname, echter alleen de stromingen hebben onderzocht.  Het is ook van belang om naar Son en collega’s te kijken die zou betekenen dat de theorie van Lenting en collega’s aan belang inboet wanneer het gat in de ozonlaag wordt gedicht, wat al in 2050 het geval kan zijn. Een afname van de kracht van de westenwinden kan invloed hebben op temperatuur, zee ijs en de CO2 opname. Daarmee is de uitkomst van de invloed van de CO2 opname door de Zuidelijke Oceaan in grote mate onzeker geworden.

• K. Hester, E. Peltzer, W. Kirkwood en P. Brewer “Unanticipated consequences of ocean acidification: A noisier ocean at lower pH

Dit onderzoek van Hester en collega’s toont een onverwacht gevolg van de verzuring van de oceanen, geluid wordt verder gedragen.  Hun gegevens duiden dat geluidsabsorptie is afgenomen met 12% in het bereik tussen 0.1 en 10 kHz. Dit komt volgens de auteurs door de verzuring van het oceaan water. Geluidsabsorptie is deels afhankelijk van de zuurgraad en eerdere onderzoeken hielden geen rekening met de invloed die door menselijk handelen veroorzaakte verzuring op de geluidsabsorptie van de oceaan had. Heste en zijn collega;s verzamelden gegevens van de GLODAP Atlas en berekenden de geluidsabsorptie met een breed geaccepteerde vergelijking. Daarnaast berekenden ze de invloed van gebruik van fossiele brandstoffen op de zuurgraad van het oceaan water.  De onderzoekers stellen dat als gevolg van gebruik van fossiele brandstoffen en verdergaande verzuring van de oceaan de geluidsabsorberende eigenschappen van de oceaan nog verder verminderen. Geluid zal daarmee verder reiken, tot 40% verder in 2050.

Implicatie: Hester en collega’s stellen dat, in combinatie met toenemende geluidsdruk als gevolg van bijvoorbeeld scheepsvaart, de toenemende versterkte geluidsniveaus binnen de range blijven die kritisch worden geacht voor militaire activiteiten. Ze geven ook aan dat er ook gevolgen zijn voor de omgeving en bijvoorbeeld zeezoogdieren er voor hun communicatie gevolgen van zullen ondervinden .

• S. Minobe, A. Kuwano-Yoshida, N. Komori, S Xie, e.a. “Infuence of the Gulf Stream on the troposphere”, 13 maart 2008, Nature

De Golfstroom is een snelle, krachtige warme stroming in de oceaan. De Golfstroom vindt zijn oorsprong in de Golf van Mexico, waarvan de naam van de stroom afgeleid is. De Golfstroom volgt de oostelijke kusten van de Verenigde Staten en Newfoundland. Vervolgens steekt hij ter hoogte van Kaap Hatteras de noordelijke Atlantische Oceaan over en bereikt Europa ter hoogte van de Golf van Biskaje. Daarna stroomt hij verder naar het noorden via onder meer de Noordzee tot aan de Noordelijke IJszee. De Golfstroom

Band van regen langs de Golfstroom

maakt deel uit van de thermohaliene circulatie. De Golfstroom beïnvloedt het klimaat van Noord-Amerika en de westkust van Europa. In dit onderzoek demonstreren Minobe en collega’s hoe de Golfstroom de Troposfeer beïnvloedt. De Trosfeer reikt tot 11 km boven het aardoppervlak. Met het toepassen van weer analyses, satelliet observaties en een atmosferisch circulatie model ontdekte men dat de Golfstroom de hele Troposfeer beïnvloedt. De golfstroom laat warmte los door verdamping wat leidt tot een band van regen langs de Golfstroom. De gegevens duiden op een veel groter verband van de Golfstroom met het wereldwijde klimaat dan eerder werd aangenomen. De golstroom bepaalt het weer in de Noordelijke Hemisfeer als het al niet voor de hele wereld invloed uitoefent.

Implicatie: De auteurs merken op dat de Golfstroom zal vertragen onder invloed van hogere concentraties broeikasgas.  Dit suggereert dat het waarschijnlijker wordt dat er afwijkingen in de neerslag patronen ontstaan en verder weg kunnen ontstaan waardoor ook verder weg gelegen locaties hinder zullen ondervinden.

Hydrologische Cyclus

De onderzoeken in dit hoofdstuk geven inzicht in de veranderingen in het klimaat die te maken hebben met de kringloop van water. De onderzoeken richten zich op het smelten van ijs en sneeuw, de beschikbaarheid van water en stormen met grote hoeveelheden neerslag. De opwarming aan de polen is verergerd en dit heeft serieuze gevolgen voor het tempo waarin ijs en sneeuw smelten. Onderzoek in 2008 bevestigd dat de trends van vorige jaren wordt voortgezet en dat het smelten toeneemt in de meeste regio’s. Het onderzoek naar de beschikbaarheid van water in 2008 heeft nieuw bewijs opgeleverd van lokale uitingen van klimaatverandering, de ene regio wordt juist veel droger en een ander juist veel natter. Hiermee worden de risico’s helder die kleven aan extreme regenval,  eerder smelten van sneeuw, perioden van droogte en andere uitingen van de klimaatverandering. Er worden trends aangegeven, die nu al zichtbaar zijn in grote delen van de wereld. Er bestaat echter nog steeds onzekerheid over de rol van, door menselijke activiteit veroorzaakte, klimaatveranderingen op het vaker optreden van orkanen.

Smelten van ijs en sneeuw

De effecten van de opwarming van de aarde worden duidelijk door een aantal opzienbarende nieuwsfeiten:

• De desintegratie van de Wilkins ijsplaat op de Zuidpool (Michon Scott, “Disintegration:  Antarctic warming claims another ice shelf”, NASA Earth Observatory, 28 maart 2008)
• In het Canadese Noordpoolgebied zijn de Markham ijsplaat (50 km²) en delen van de nabijgelegen Serson ijsplaat, losgebroken. (“Major ice-shelf loss for Canada”, BBC news, 3 september 2008)
• De Ward Hunt ijsplaat, de grootste op de Noordpool, is in drie stukken uiteen gevallen. (“Ward Hunt ice-shelf, largest in the Northern Hemisphere, has fractured into three main peaces”, ScienceDaily, 16 april 2008)
• De Noord-Oostelijke passage, langs het polaire kustgebied van Rusland, bleek begaanbaar in september 2008 en dit was de eerste keer in mensenheugenis dat zowel deze als de Noord-Westelijke passage open waren. (“The Northern sea route (Northeast Pasaage) appears ‘open’”, National Ice Center, 11 september 2008)
• Tijdens het dooi seizoen was het poolijs  in het noordpoolgebied op het een na laagste niveau na het record van 2007, sinds men begon met meten in 1979. (“2008 among the ten warmest years; marked by weather extremes and second-lowest level of Arctic ice cover”, Press Release nr. 835, World Metereological Organization)
• Een 29 km² groot deel van de Petermann gletsjer in Groenland is afgebroken. (Rich Monastersky, “Arctic warming spurs record warming .”Nature, online 17 december 2008)

In de komende paragrafen worden enkele doorbraken uit 2008 in het onderzoek  naar het verdwijnen van sneeuw en ijs, per regio, toegelicht.

Antactica; het zuidpoolgebied.

• E. Rignot, J. Bamber, M van den Broeke, C. Davis, en anderen, “Recent Antarctic ice mass loss from radar interferometry and regional climate modeling”, februari 2008, Nature Geoscience

De onderzoekers richten zich op het meten van verlies van ijsmassa in het zuidpoolgebied. Daarbij maken ze gebruik van gegevens over de snelheid waarmee de ijsmassa beweegt. Deze gegevens verkrijgt men via de zogenoemde Synthetic Aperture Radar interferometry (of kort InSar) waarmee men beweging en hoogte kan meten uit satellieten en vliegtuigen. De onderzoekers kunnen zo 85% van de kustlijn van het zuidpoolgebied bewaken en onderzoeken. Ze maken ook gebruik van metingen aan het oppervlak en van metingen van neerslag (sneeuw). De onderzoekers concluderen vanuit hun gegevens dat in de tien jaar tussen 1996 en 2006 netto de ijsmassa is verminderd en dat de snelheid waarmee dit gaat met 75% is toegenomen. Daarbij wordt opgemerkt dat het verlies aan ijsmassa in Oost Antartica waarchijnlijk niet toe te rekenen is aan het algehele verlies aan ijsmassa op het continent, omdat sommige gebieden ijsmassa verliezen en dunner worden en anderen juist dikker.  Daarentegen is het verlies aan ijsmassa vooral geconcentreerd in het gebied van Pine Island Bay in West Antarctica en het noordelijke deel van het schiereiland.

In de afbeelding zijn de gebieden waar de ijsmassa snel afneemt meer roze gekleurd. Zie ook artikel in Daily Science.

Implicatie: De auteurs stellen dat niet sneeuwval bepalend is voor de ontwikkelingen in de ijsmassa, maar juist de veranderingen in de beweging van gletsjers bepalend zijn. Een toename van 75% verlies van ijsmassa is van grote betekenis en groter dan eerder werd aangenomen. De onderzoekers hebben met hun onderzoek reden gegeven voor het verder bewaken van de bewegingen en de betekenis die deze kunnen hebben voor stijging van de zeespiegel.

Arctica, het noordpoolgebied.

• J. Comiso, C. Parkinson, R. Gersten en L. Stock, “Accelarated decline in the Arctic sea cover”, 3 januari 2008, Geophysical Research Letters

Een aantal studies uit 2008 richten zich op de ongewone terugtrekking van het ijs in het noordpoolgebied tijdens de zomer van 2007. Terwijl de meeste onderzoeken zich richten op de oorzaken van deze afname van poolijs, bestuderen Comiso en collega’s de gebeurtenis als een onderdeel van een grotere trend. Ze analyseerden daarbij gegevens van een via de satelliet, over langere tijd, uitgevoerd onderzoek met passieve microgolf metingen. Vertaald in beelden ontdekten ze dat dat het ijs tot een nieuw minimum was gedaald in de zomer van 2007. De ijsmassa was afgenomen met 24% en de omvang van de ijsmassa was gedaald met 27% ten opzichte van het vorige record in 2005. Hun gegevens tonen aan dat het tempo, waarmee de ijsmassa en -omvang afneemt, toeneemt. Was dit tussen 1979 en 1996 nog respectievelijk een afname van 2,2% en 3.0%, tussen 1997 en 2007 was het 10,1% en 10,7%.

Implicatie: De onderzoekers stellen dat de situatie zou kunnen veranderen gezien de lage waarden van 2005, 2006 en 2007.  Het National Snow and Ice Data Center geeft aan dat de zomer van 2008 het op een na hoogste record aan verlies van ijsmassa liet zien. Het resultaat gaf een verschil met het vorige record uit 2007 van 9% terwijl de de metingen uitkwamen op een waarde van 34% onder de gemiddelde waarden sinds de metingen begonnen in 1979. Bovendien was de ijsmassa geheel 2008 lager dan normaal onder invloed van het record van 2007. De auteurs stellen dat, in de komende decennia, een ijs-vrije poolzomer wellicht mogelijk wordt en dat dit een grote invloed kan hebben op de arctische en sub-arctische ecosystemen. Daarbij ontstaan mogelijkheden van doorvaart, visvangst en wellicht zelfs olieboringen.

Alpengebergte

• M. Huss, A. Bauder en M. Frank, “Mass balance changes of 30 Swiss glaciers during the 20th century”, presented december 2008 at the 2008 American Geophysical Union meeting

In dit onderzoek wordt de nadruk gelegd op het verlies van ijsmassa van de  gletsjers in de Zwitserse alpen. Daarbij berekenden de onderzoekers van 30 verschillende representatieve gletsjers het verloop van de ijsmassa tussen 1900 en 2007. Ze ontwikkelden een model waarin luchttemperatuur en neerslag als input werden gebruikt. Ze ontdekten dat in de periode tussen 1907 en 2007  en ook in de periode tussen 1957 en 2007 er netto een verlies aan ijsmassa is opgetreden.  Belangrijk daarbij is dat de afname een stuk stijler verloopt tussen het laatste 50 jaar van de twintigste eeuw vergeleken met het gemiddelde van de hele eeuw.

Implicatie: De auteurs schrijven de veranderingen in de massa van de gletsjers toe aan de verlenging van het dooi seizoen. De non-lineare afname van massa van de gletsjers is significant. Als de trend zich onverminderd voortzet zal dit grote consequenties hebben voor menselijke en natuurlijke systemen die afhankelijk zijn van smeltwater. Volgens Huss (Jonathon Amos, “Swiss glaciers ‘in full retreat’, BBC News, 19 december 2008) is het zuidwesten van Zwitserland afhankleijk van smeltwater bij de opwekking van hydro elektriciteit. Dit terwijl Zwitserland voor de helft van haar elektriciteit afhankelijk is van deze waterkrachtcentrales.

Himalaya gebergte

• N.M. Kehrwals, L. G. Thompson, Y. Tandong, E. Mosley-Thomspson, en anderen, “Mass loss on Himalayan glacier endangers water resources” 22 november 2008, Geophysical Research Letters.

Met het analyseren van het ijs verkregen met boringen in 2006 in het ijs van de Naimona’nyi gletsjer in Tibet, wijden de onderzoekers zich aan het onderzoek naar verlies van ijsmassa in deze gletsjer.  Ze ontdekten dat er sinds tenminste 1950 of nog eerder geen toename is geweest van de ijsmassa van de gletsjer.  Dit op basis van het ontbreken van radioctieviteit die er zou zijn als gevolg van thermonucleaire testen in de twee decennia na 1950. De auteurs stellen dat hun onderzoek van de Naimona’nyi gletsjer het grootste gedocumenteerd verlies van ijsmassa aantoont vergeleken met andere gletsjers. Ze beargumenteren dat factoren als de wind niet zijn veranderd sinds 1950 en daarmee niet verantwoordelijk kan zijn voor het verlies aan ijs.  Ze stellen dat daarmee de verklaring gezocht moet worden in het tempo van smelten van het ijs en dat dit samenhangt met de stijging van de luchttemperatuur in Tibet sinds 1950.

Implicatie: De auteurs merken op de 50% van alle gletsjers in het westen van China kleiner zijn geworden en met een tempo dat groter is dan in andere regio’s. Ze beschrijven meerdere negatieve consequenties van het verlies van ijsmassa en het tempo waarin dit gebeurt. Voorbeelden zijn: seizoensgebonden pieken in het aanbod van smeltwater aan de rivieren, risico’s voor overstromingen en verstoorde neerslag patronen. De Naimona’nyi gletsjer voedt grote rivieren zoals de Indus, Ganges en Bahmaputra. Verlies van ijsmassa kan daarmee schadelijk zijn voor grote populaties die afhankelijk zijn van het water uit deze rivieren.  Eerder heeft men nooit kunnen denken dat op zulke hoogten sprake kon zijn van het ‘opdrogen’ van de gletsjer. Kehrwald en collega’s eindigen hun betoog met het stellen dat wanneer andere gletsjers in de omgeving hetzelfde ondervinden van de opwarming van de aarde, dit verregaande consequenties kan hebben voor een half miljard mensen.

Een onderzoek dat niet wordt aangehaald door het WRI rapport is dat van het WNF dat stelt dat ook verdamping een groot effect heeft op het opdrogen van de gletsjers. Zie bericht.

IJsland

• Carolina Pagli en Freysteinn Sigmundsson, “Will present day glacier retreat increase volcanic activity? Stress induced by recent glacier retrnajökull ice cap, Iceland”, 7 mei 2008, Geophysical Research Letters

Gletsjermeer in IJsland

Pagli en Sigmundsson richtten hun studie op de effecten die het smelten van de gletsjers heeft op vulkanische activiteit. Op sommige plaatsen op IJsland zoals bij Vatnajökull, IJslands grootste ijskap, verandert de aardkorst van vorm wanneer de ijskap afneemt. Dit komt door veranderingen in de krachten die worden uitgeoefend op de aardkorst.  De onderzoekers berekenen de krachten die optreden in de aardmantel en aardkorst onder invloed van het dunner worden van de ijskap. Ze ontdekten dat met de snelheid van het dunner worden van de ijskap dit lijdt tot smelten van de aardmantel met 1,4 km³ per eeuw, wat lijdt tot ruwweg 10% toename van magma productie vergeleken met een elke 30 jaren optredende eruptie wanneer gesmolten lava de aardkorst zou doorbreken.

Implicatie: De onderzoekers hebben gegevens opgeleverd die in de toekomst kunnen wijzen op toenemende seismische activiteit. De auteurs stellen dat ook andere gebieden op aarde dezelfde effecten kan ondervinden. Voorbeelden zijn dan de Erubus in Antarctica, de Aleutian IJland vulkanen in Alaska en de vulkanen van zuidelijk Patagonië.

Groenland

• S. Das, I. Loughin, M. Behn, I. Howat, en anderen, “Fracture propagation to the base of the Greenland Ice Sheet during supraglacial lake drainage”, 9 mei 2008, Science.
• I. Loughin, S. Das, M. King, b. Smith, en anderen, “Seasonal speedup along the western flank of the Greenland Ice Sheet”, 9 mei 2008, Science

Twee studies suggereren samen genomen dat smeltwater veel sneller naar de bodem kan migreren dan eerder werd aangenomen.  Smeltwater dat van de bovenkant van een gletsjer naar de onderkant sijpelt, werkt daar als een glijmiddel voor de ijsmassa. Die beweegt daardoor sneller richting lager gelegen delen, waar het warmer is en het ijs nog sneller smelt, vervolgens nog rapper glijdt en uiteindelijk in – voor gletsjerbegrippen – sneltreinvaart in zee belandt. Men dacht dat dit bepalend was, het onderzoek stelt echter dat het niet bepalend is voor de snelheid waarop de gletsjer uiteindelijk in zee glijdt. In de eerste studie werd in 2006 onderzoek uitgevoerd naar twee meren die zich hadden gevormd aan het oppervlak van de gletsjer. De meren worden gevormd door het smeltwater aan de oppervlakte van de gletsjer. Met behulp van GPS apparatuur is waargenomen dat een meer van 5,2km² in 1,4 uur verdween. Het smeltwater had grote spleten en scheuren uitgesleten en op deze manier kon het smeltwater snel op de bodem, 1 km lager, komen. In de tweede studie verzamelden I. Louglin en collega’s de resultaten van InSar en GPS gegevens van twee oppervlakte smeltwater meren. Hun gegevens tonen een snellere stroming in de zomer voor de ijskap in zijn geheel,  wel 50% tot 100% sneller. Maar de uiteinden van de gletsjer kan maar 15% van de versnelling worden toegeschreven aan smeltwater. Dit suggereert dat hoewel smeltwater voor de hele gletsjer invloed heeft op de stroom snelheid, de uiteinden minder gevoelig zijn. De onderzoekers stellen dat hoewel het smeltwater als glijmiddel kan werken grote gebieden van de ijskap kan beinvloeden het onwaarschijnlijk is dat er een algeheel catastrofaal effect zal ontstaan.

Implicatie: Het onderzoek van Das en collega’s impliceert dat het snelle en directe transport van smeltwater kan leiden tot meer water dat de bodem bereikt in kortere tijd. Echter het onderzoek van Joughlin en collega’s laat zien dat hoewel meer water op de bodem kan leiden tot meer smeermiddel effect en daarmee snellere sroom van de gletsjer kan geven, dit niet de belangrijkste oorzaak is van het snelle smelten van de gletsjers. Een ander onderzoek van Holland en anderen ondersteunt dit door te bewijzen dat het snelle afkalven van de Jokobhavn Isbrae veroorzaakt werd door de komst van ondergrondse warmere zeestromingen in de oceaan (D. Holland, R. Thiomas, B. Young, M. Ribergaard, en anderen, “Acceleration of Jakobshavn Isbrae triggered bij warm sibsurface ocean waters”, oktober 2008, Nature Geoscience). Deze  studies laten zien dat er een noodzaak is om meer onderzoek te doen aan alle factoren die bijdragen aan de veranderingen in de de ijskap op Groenland en eventuele zee stijgingen.  Het moet ook nog worden opgemerkt dat een snel transport van het relatieve warme smeltwater ook er voor zorgt dat deze warmte snel wordt getransporteerd naar het binnenste van de gletsjer en het zou best kunnen dat dit uiteindelijk het meest belangrijke blijkt te zijn.

• I. Howat, B. Smith, I. Loughin en T. Scambos, “Ratesof southeast Greenland ice volume loss from combined ICEsat and ASTER observations, 9 september 2008, Geophysical Research Letters

Howat en zijn collega’s hebben twee verschillende technieken gebruikt voor het bepalen van het ijs volume. Het Ice, Cloud and Land Elevetion Satellite (ICEsat) en Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection (ASTER) werden beiden gebruikt om het verlies van ijsmassa van de Groenlandse gletsjer te berekenen. Ze vonden dat tussen 2002 en 2005 de gletsjer met 109 km³ / jaar aan volume afneemt. Interessant om te zien is dat het meeste verlies kan worden gevonden in kleinere gletsjers  die in tegenstelling van de twee grootste gletsjers die maar voor 30% van de afname verantwoordelijk zijn.  Ze vonden ook meer verlies bij verspreid liggende inlandse gletsjers dan bij meer buitenwaarts liggende gletsjers.

Implicatie: De combinatie van de gebruikte onderzoeksinstrumenten gaf de onderzoekers een beter beeld van de veranderingen in volume van de ijsmassa. Hun bevindingen tonen dat dunner wordende gletsjers niet lokaal optreden maar door het hele systeem plaatsvindt. Daarbij onderstreept dit onderzoek de belangrijke rol die kleine gletsjers spelen in het verlies van volume en ook het besef dat voortdurende veranderingen in de stroming van de buitenste gletsjers een belangrijke rol kunnen spelen in de dynamiek van de ijskap en het verlies aan volume.

Smeltend ijs en het stijgen van de zeespiegel

• “Meltdown in the mountains: Record glacier thinning means no time to waste on agreeing net international climate regime”, 16 maart 2008, United Nations Enivronment Progrmamme (UNEP) press release

De “World Glacier Monitoring Service (WGMS) heeft gevonden dat de snelheid van het smelten en dunner worden van dertig gletsjers in negen berggebieden rond de wereld verdubbeld zijn tussen de persiode 2004-2005 en 2005-2006.  De WGMS berekende de massa van de gletsjers vana 1980 tot aan 2006. Sinds 1980 is de dikte van het ijs gemiddeld met 11,5 meter geslonken.

Implicatie: De WGMS gegevens betreffen de versnelling in het smelten van gletsjers werldwijd. Een groot deel van de wereldbevolking is afhankelijk van de gletsjers voor drinkwater, opwekking van elektriciteit en landbouw.

Beschikbaarheid van zoet water

De onderzoeken die volgen belichten de risico’s die kleven aan klimaat gerelateerde gebeurtenissen. Daarbij laten de auteurs niet alleen de voorspellingen zien die volgen uit de gebruikte modellen, maar laten ook zien wat er nu al in de wereld gebeurt dat met de klimaatverandering kan worden geassocieerd. Bijvoorbeeld verlengde droge perioden, veranderingen in rivieren en gletsjers en sneeuwval.

• Pavel Groisman en Richard Knight, “Prolonged driy episodes over the conterminous United States: New tendencies emerging during the last 40 years.”, mei 2008, Journal of Climate

Groisman en Knight wijden deze studie aan het onderzoeken van verlengde droge perioden meer voorkomen dan eerder binnen de Verenigde Staten. Een droge periode is gedefinieerd als een aantal aaneengesloten dagen met een neerslag minder dan 1 mm. Daarbij wordt een periode onderzocht van 40 jaar.  De onderzoekers baseerden hun onderzoek op metingen van weerstations door het hele land en concentreerden hun onderzoek op de droge perioden tijdens het warme seizoen. Hoewel ze geen afwijkingen vonden in het noordwesten van de Verenigde Staten, bleek dit wel in het oosten en zuidwesten het geval. In het oosten namen de perioden van tenminste één maand droge periode substantieel toe en dit was ook het geval bij de tenminste twee maanden droge perioden in het zuidwesten. Het oosten van de VS iervaart maanden lang of langere droge perioden met een frequentie van vijf of zes keer in de laatste vier decennia tegenover twee of drie keer in dezelfde periode.  Droge perioden van 30 of meer dagen komen nu eens in de vijf jaar voor in California.

Implicatie: De auteurs stellen dat verlengde droge perioden in de warme periode van het jaar een veel grotere bedreiging vormen dan het verminderen van het aantal dagen met neerslag.  Tussen de periodes met regen kan de landbouw en de natuurlijke omgeving al worden geconfronteerd met verdwijnen van de bron van zoet water.

Stormen

Er blijft onzekerheid over de vraag of de, door de mens veroorzaakte, klimaatverandering, een rol speelt in de activiteit van orkanen. Ook het onderzoek uit 2008 gaat in op de rol van klimaatverandering in het voorkomen van orkanen.  Sommige onderzoeken bestrijden een verband terwijl anderen de band benadrukken. Zie daarvoor ook onderstaande onderzoeken:

• James Esner, James Kossin en Thamas Jagger, “The increasing intensity of the strongest tropical cyclones“, 4 september 2008, Nature
• Kerry Emanuel, Rogoth Sundararajan en John Williams, “Hurricanes and global warming: Results from downscaling IPCC AR4 simulations”, maart 2008, Bulletin of the American Meteorological Society
• Mark Sanders en Adam Lea, “Large contribution of sea surface warming to recent increase in Atlantic hurricane activity”, 31 januari 2008, Nature

In 2008 zijn er ook onderzoeken die nieuw licht werpen op de invloed van de klimaatverandering op stormen. Het rapport gaat richt zich daarom met name op deze nieuwe bevindingen.

• Sirpa Hakkinenen, Andrey Proshutinsky en Igor Ashik, “Sea ice drift in the Arctic since the 1950s“, 3 oktober 2008, Geophysical Research Letters

Gestegen temperaturen hebben er toe geleid dat het pad waarlangs de stormen in het noordpoolgebied reizen, is verschoven naar het noorden. Resultaat daarvan is dat er meer stormen in het gebied voorkomen die er voor zorgen dat ijs op drift raakt. De onderzoekers gebruikten bij hun onderzoek de gegevens van het National Snow and Ice Data Center (NSIDC) over drijfijs en ook nog van ijsonderzoekers en zee-boeien. Daarmee konden gegevens worden verzameld over de beweging van het ijs. Daarnaast bestudeerden ze ook nog gegevens over wind stress die met de bewegingen van de ijsschotsen samenhing als indicator voor het voorkomen van stormen. Het onderzoek toont aan dat sinds 1950 tot aan in ieder geval 2006 de snelheid waarmee het ijs beweegt langzzaam is toegenomen. De onderzoekers leggen de oorzaak hiervoor bij het vaker voorkomen van stormen of van zwaardere stormen in deze regio.

Implicatie: Het meest belangwekkende wat Hakkinenen en collega’s aangeven is dat de verticale stratificatie (ordening van lagen zout en zoeter, koud en warmer water in de kolom) kan veranderen onder invloed van storm activiteiten. Wanneer deze stratificatie verzwakt kan er een convectieput onstaat die de condities kan leveren voor de opname van grote hoeveelheden CO2 uit de atmosfeer. En dat in zulke hoeveelheden dat het invloed kan hebben op het klimaat en de klimaatveranderingen in de toekomst.

• P. Zhang, H. Cheng, R. Edwards, F. Chen, en anderen, “A test of climate, sun, and culture relationships from 1810-year Chinese cave record”, 7 november 2008, Science

Bij hun onderzoek gebruikten Zheng en collega’s een stalagmiet van 118 millimeter lang uit de Wanxiang grot in China. De stalagmiet groeide tussen 1900 en 2003 in een regio die onder invloed stond van de Aziatische moesson die in de zomer plaatsvindt.  Door de groei te meten konden de onderzoekers veranderingen inhet klimaat duiden. De veranderingen bleken verband te houden met de neergang van verschillende chinese dynastieën, in deze periode verminderde de moesson ook. De onderzoekers ontdekten dat de laatste 50 jaar de moesson meer afneemt dan in de laatste 200 jaar. Ze stellen dat dominante factor in het varieren van de moesson aan de mens ligt. En met name de laatste 50 jaar zichtbaar is.

Implicatie: Zhang en collega’s stellen dat de laatste 50 jaar echt een afwijking in de trend vertonen en rekening houdend met de eeuwen daarvoor wel verband moet houden met de menselijke activiteiten. Verder merken ze op dat perioden met een sterkere Aziatische moesson samenviel met de eerste tientallen jaren van de Song dynastie, die werd gekenmerkt door een enorme bevolkingsexplosie en toegenomen rijst teelt, terwijl zwakkere moesson perioden samenvielen met perioden van onrust aan het einde van verschillende belangrijke dynastieën.

Ecosystemen en de natuurlijke omgeving

Er wordt steeds meer bekend over verandering in ecosystemen en de natuurlijke omgeving die daarmee samenhangt in relatie tot de klimaatverandering. Deze kennis brengt niet alleen nieuwe trends in beeld maar bevestigt bovenal de bestaande trend van de klimaatverandering. Onderstaande verhalen laten zien wat er rond de wereld aan het veranderen is onder invloed van de klimaatverandering of dit snel zal doen. Verhalen over onder andere jager-prooi relatie’s,  betekenis van de verzuring van de oceaan en verlies van ijs op het zeeleven, de verspreiding van vreemde diersoorten en de uitbreiding van zogenoemde dode zones in de oceanen. Hoewel lang niet volledig en uitputtend geven de verslagen wel een goed beeld van hoe de veranderingen in het klimaat ingrijpen in ecosystemen en daarmee de natuurlijke omgeving van de mens.

• C. Rosenzweig, D. Karly, M. Vicarelli, P. Neofotis, en anderen, “Attributing physical and bological impacts to anthropogenic climate change“, 15 mei 2008, Nature

Verbleekt Koraal (Afgestorven)

Rosenzweig en collega’s hebben aangetoond dat geobserveerde waarnemingen in verschillende fysische- en biologische systemen tussen 1970 en 2004 zijn veroorzaakt door klimaatveranderingen die door de mens zijn veroorzaakt. Ze gebruikten daarbij aanvullende onderzoeken waarmee eerst werd aangetoond dat de verenderingen werden veroorzaakt door het opwarmen van het klimaat en vervolgens aan te tonden dat deze opwarming door menselijke activiteit wordt veroorzaakt en niet kan worden toegeschreven aan natuurlijk variatie. De onderzoekers voor een meta-analyse onderzoek uit op publicaties die de veranderingen hadden vastgelegd in 28.800 plantaardige en dierlijke systemen en 829 fysische systemen, waarvan 90% en 95% van de veranderingen te verwachten waren onder invloed van opwarmen van het klimaat. Ze concluderen dat de door mensen veroorzaakte klimaatverandering een grote invloed heeft op wereldwijde natuurlijke en fysiche systemen als ook sommige continentale systemen.

Implicatie: Dit onderzoek heeft gesteund op de gegevens die eerder waren gebruikt door een van de auteurs voor het IPCC “Working Group II” rapport uit 2007.  Het onderzoek bevestigd dat er verband bestaat tussen de veranderingen in ecologie en natuurlijke omgeving onder invloed van de door de mens veroorzaakte klimaatveranderingen. Een kanttekening is dat er maar weinig gegevens voorhanden zijn uit de meeste tropische en sub-tropische gebieden.

• K. Carpenter, M. Albrar, G., Aeby, R. Aronson, en anderen, “One-third of reef-building coral face elevated extinction risk from climate change and local impacts.”, juli 2008, Science

Carpenter en collega’s richtten hun studie op het risico van het afsterven van zooxanthellae bevattend hard koraal, dit type koraal is verantwoordelijk voor het ontstaan van koraalriffen en heeft een symbiotische relatie met de zooxantellae die het koraal van voeding voorzien. Het risico is reëel omdat de klimaatveranderingen kunnen zorgen voor temperatuurstijgingen en het bekend is dat de zooxanthellae daar niet goed tegen kunnen en veel gifstoffen gaan produceren waardoor de poliepen van het koraal deze uitstoten en zonder voeding komen te zitten. Het koraal kan dan afsterven wanneer de syymbiotische relatie niet snel wordt hersteld. Het koraal wordt dan wit en zal verdwijnen door stroming en aantasting door het zeeleven. De onderzoekers gebruikten de lijst van categorieën en criteria die worden gebruikt om de overlevingskans van een plant- of diersoort te bepalen die wordt bedreigd met uitsterven. Daarnaast werden schattingen gebruikt van koraalriffen die al waren verdwenen.  De onderzoekers onderzochten 704 van de 845 verschillende poliepen (van 141 soorten was te weinig bekend) die verantwoordelijk zijn voor het ontstaan van zogenaamd hard koraal.  Ze ontdekten dat 231 soorten, circa 33%,  werd bedreigd en dat van nog eens 407 soorten dat er om hangt. De soorten die niet worden bedreigd zijn poliepen die diepe en niet stijl aflopende hellingen bezetten en ook zonder rif kunnen overleven.  De risico’s voor het uitsterven van koraal-bouwende poliepsoorten is heden ten dage hoger dan in het verleden. Voor 1998 zouden maar 20 soorten worden beschouwd als bedreigd en van 13 soorten dat bijna het geval zijn.  Uit het onderzoek blijkt ook dat het percentage van uisterven van soorten hoger is dan i andere soorten dieren, met als uitzondering amfibieën. Soorten die worden beschouwd als meest bedreigd zijn te vinden in de Indonesiche-Maleisische- Philipijnse archipel. De bedreiging komt van menselijke activiteiten en de klimaatverandering.

Implicatie: Het overleven van koralen is afhankelijk van de veerkracht van het koraal en de inspanningen om CO2 te verminderen, en niet klimaatfactoren te reduceren als de  uitstoot van voedselrijke afvalwater (eutrofiëring) in zeegebieden met koraal en de benutting van het kustgebied.  Het zal vaker voorkomen dat koralen bleken in een mate dat het koraal zal afsterven omdat het de symbiose niet meer op tijd kan herstellen. Uitsterven is dan een reële mogelijkheid. Het afsterven van koraal heeft grote invloed op het marine leven dat voor een groot deel van het koraal afhankelijk is. Ook de soortenrijkdom komt hierdoor onder druk te staan. En daarmee ook een belangrijke voedselbron voor miljoenen mensen die leven van vissen die men vangt in het rif.

• S. Cherry, A. Derocher, I Stirling en E. Richardson, “Fasting physiology of polar bears in relation to environmental change and breeding behavior in the Beaufort Sea”, 22 oktober 2008, Polar Biology

Ringelrobben vormen het hoofdvoedsel voor ijsberen en worden op ijsschotsen gevangen

Cherry en collega’s onderzochten poolberen op de mate waarin de beren aan het vasten waren in het oosten van de Beaufort Zee in de buurt van Arctische Oceaan.  De onderzoekers traceerden in totaal 436 ijsberen met een helicoopter in de jaren 1985, 1986, 2005 en 2006, verdoofden hen en namen bloed af en deden metingen aan de beer. Het bloed werd getest op het voorkomen van ureum en creatinine, Het gehalte daarvan geeft een beeld in hoeverre de ijsbeer voldoende eet of aan het vasten is. De onderzoekers brekenden dat het vasten is toegenomen van 9,6% in 1985, 10,5% in 1986, 21,4 % in 2005 tot aan 29,3 in 2006. Alle ijsberen ongeacht sexe en  leeftijd of levensfase lieten een toename zien, maar volwassen mannetjes bleken het meest vatbaar.

Implicatie: De onderzoekers stellen dat hun onderzoek in lijn is met andere onderzoeken die aantonen dat ijsberen last hebben van voedsel stress. Ze stellen dat dit veroorzaakt kan worden door een mindere aanwezigheid van prooidieren, ringelrobben, vermoedelijk door het verminderen van ijsschotsen en verslechteren van de samenstelling daarvan.

• N. Dulvy, S. Rogers, S. Jennings, V. Stelzenmüller, en anderen, “Climate change and deepening of the North Sea fish assemblage: a biotic indicator of warming seas”, augustus 2008, Journal of Applied Ecology

Parallel aan de toenemende trends in de migratie van landdieren in een opwarmend klimaat, is nu ook door Dulvy en collega’s ontdkt dat zeedieren onder invloed van de opwariming van de zee naar koelere gebieden of diepten migreren. Ze onderzochten hoe 28  verschillende soorten bodemvissen uit de Noord-Zee tussen 1980 en 2004 reageerden op de opwarming. Dit deed men door de afstand te meten dat de dieren naar het noorden, zuiden, dieper of ondieper migreerden.  Ze ontdekten dat naast een gemiddelde breedte noordwaartse beweging of een minumum breedte zuidelijke beweging, de meeste soorten ook op grotere diepten gingen leven.  De meeste tot 3,6 meter dieper in een periode van tien jaar tot wel 10 meter.

Implicatie: De auteurs stellen dat op groter diepte vaak minder volume is waardoor het goed kan dat de migrerende vissen met een kleinere populatie rekening moeten houden. Daarnaast worden ook soorten gedwongen in een gebied dat al door ander soorten wordt bezet en ook die kan gevolgen hebben op verschillende soorten van zeeleven.

• R. Feely, C. Sabine, J. Hernadez-Ayon, D. Ianson, en anderen, “Evidence for upwelling of corrosive ‘acidified’ water onto the continental shelf”, 3 juni 2008, Science
• J. Hall-Spencer, R. Rodolfo-Metalpa, S. Martin, E. Ransom, en anderen, “Volcanic carbon dioxide vents show ecosystem effects of ocean acidification”, 3 juli 2008, Nature

Terwijl de meeste onderzoeken naar verzuring van de oceaan wordt uitgevoerd met computer modellen en gecontroleerde experimenten, laten twee recente onderzoeken zien dat verzuring van de oceaan reeds plaatsvindt.  In het ene onderzoek omderzochten  onderzoekers Feely en collega’s de al verzuurde kustwateren van Californië. In mei en juni van 2007 deden de onderzoekers hydrografische metingen  waarbij ze water onderzochten uit 13 transecten (rechte lijnen) langs het continentaal plat van westelijk Noord-Amerika, van het centrum van Canada tot Noord-Mexico.De onderzoekers ontdekten dat belangrijke delen van het opwellende water onderverzadigd is met Calcium Carbonaat (Arganiet) Hoewel seizoensgebonden opwelling van onderverzadigd water een natuurlijk verschijnsel zijn in deze regio, is er tijdens het onderzoek aangetoond dat een groot deel van de verzuring is toe te schrijven aan de opname van CO2. Calcium Carbonaat vormt de ruggengraat voor het vormen van schelpen en koralen en zijn daarmee cruciaal voor een groot deel van het maritieme leven. De situatie van het oceaan water is veel sneller verergerd dan verwacht, de metingen komen overeen met verwachtingen voor het jaar 2050 en niet 2008.

Onderzeese warmwaterbronnen kunnen wel tot 95% CO² uitstoten

In een ander onderzoek deden Hall en collega’s onderzoek naar de effecten van CO2 uitstoot van vulkanische zee-geisers in Italië. Deze warmwater bronnen van vulkanische oorsprong kunnen wel 90 tot 95% CO2 uitstoten.  Daarbij vergeleken de onderzoeker bronnen waar een een normale pH (zuurgraad) waarde werd gemeten met bronnen waar verminderde pH waarden werden gemeten. Op plaatsen waar de pH waarde van 7.8-7.9 werd gevonden (versus normale waarden van 8.1-8.2) werden 30% minder soorten aangetroffen. Daarnaast bleken er in deze verzuurde omgevingen verscuivingen in het ecosysteem op te treden waarbij soorten die typisch zijn voor kustgebieden werden vervangen door soorten die zonder kalkachtige of steenachtige koralen kunnen leven en daarnaast werd er een grote afname waargenomen in de hoeveelheid zee-egels en koraal-algen die van kritiek belang zijn voor de ecologie in de koraal riffen.

Implicatie: Het onderzoek van Feely en collega’s  demonstreert dat kustgebieden, die economisch waardevolle gebieden zijn, al schade ondervinden van het opwellen van bijtend aangezuurd water. Het onderzoek van Hall-Spencer en collega’s is uniek in het in een natuurlijk experiment te laten zien welke invloed verzuring heeft op de maritieme ecosystemen. Ze ontdekten dat sommige maritieme soorten verdwijnen doordat kalk-skeletten werden opgelost in het verzuurde oceaan water, en daardoor grote impact heeft op de ecologie in rotsachtige kustgebieden. Ze halen literatuur aan die stelt dat het verlies van soorten zoals zee-egels hte begin kan inluiden van een vermindering in complexiteit en stabiliteit van ecosystemen.

• H. Geisz, R. Dickhut, M. Cochran, W. Fraser, en anderen, “Melting glaciers: A probable source of DDT to the Antarctic marine ecosystem“, 30 april 2008, Environmental Science and Technology

Het gebruik van de synthetische pesticide Dichloor-Difenyl-Trichloorethaan (DDT) is in het Noordelijk halrond verboden en in de rest van de wereld gereguleerd. De reden daarvoor is gelegen in het schadelijke effect dat DDT heeft op de gezondheid van mens en dier.  Als gevolg hiervan zijn, in de afgelopen decaden, de sporen van DDT in de meeste vogelpopulaties gedaald. Geisz en collega’s ontdekten dat in Adéliepinguïns van het West-Antarctisch schiereiland de DDT niveaus niet waren gedaald. De onderzoekers onderzochten de geraamten van dode pinguïns en eieren in twee onderzoeken. In 2004 op de Palmer Archipel en in 2006 op het eiland Ross op Cape Crozier.  De monsters werden onderzocht op de aanwezigheid van DDT en derivaten (afgeleiden) van DDT. De onderzoekers concludeeerden dat de DDT niveaus niet gedaald waren omdat er een bron was waar nog steeds DDT vandaan kwam: IJs. Ze concludeerden dat via het smelten van het ijs de DDT weer in het water terechr kwam.  Metingen in de kustwateren bevestigt dit. In de omringende wateren rondom de gletsjer zijn waarden DDT aangetroffen. Het DDT is in het ijs opgenomen toen DDT nog vrij en veelvuldig gebruikt werd.

Implicatie: De gemiddelde temperaturen in de winter van het  Zuidpoolgebied is met 6 graden Celcius gestegen in een periode van 30 jaar, volgens de auteurs, hiermee het proces van smelten van gletsjers versnellend. Het Zuidpoolgebied heeft met het DDT opgelost in het zeewater een grote impact op het zeeleven, waarbij het gif toeneemt in de voedselketen bij roofdieren. De effecten van een lange blootstelling aan DDT zijn bekend uit onderzoek in het Noorpoolgebied. Hier werd effecten op de voortplanting, het achterblijven van de ontwikkeling van ongeboren baby’s en een minder goed werkend immuunsysteem, gevonden.

• K. Kausrud, A. Mysterud, H. Steen, J. Vik, en anderen, “Linking climate change to lemming cycles”, 6 november 2008, Nature

Lemming gedijt minder goed door slechter sneeuw en ondergrond condities. Cruciaal voor voortplanting.

Iedereen kent wel het verhaal van explosies in het aantal lemmingen in Noorwegen wat heeft geleid tot de mythe dat lemmingen samenscholen en zich in het water storten en daarmee omkomen in een ultieme poging een nieuwe habitat en voedsel gebieden te vinden. Sinds 1994 is er echter een waarneembare afwezigheid van zulke bevolkingsexplosies van de Noorwegen lemming. In een poging om de oorzaak te achterhalen van het ontbreken van bevolkingspieken in het lemmingenbestand gebruikten de onderzoekers de gegevens van 35 jaar registratie (1970 tot 2007 ) van de omvang van de populatie die was verkregen uit de registratie van, met behulp van vallen, gevangen dieren. De onderzoekers bekeken ook de onderlaag in de bodem (onder de sneeuw) omdat de lemming alleen daar zich voortplant wanneer er optimale omstandigheden zijn.  Daarnaast bekeken ze ook nog de populatie van op de grond nestelende vogels om zo de interactie met de lemming populatie te kunnen leggen.  Ze ontdekten dat de condities in de onderlaag sterk veranderden onder invloed van de temperatuur veranderingen. Sterker nog, de veranderingen in de populatie lemmingen en het ontbreken van pieken in de populatie zijn toe te schrijven aan het weer in de winter en de sneeuw condities.

Impicatie: De onderzoekers vonden een hoge correlatie tussen de dichtheid van de knaagdier populatie en de hoeveelheid op de bodem nestelende vogels en noemen de effecten van de klimaatverandering op deze jager-prooi relatie en daarmee de gehele voedselketen. In lijn daarmee veronderstellen de onderzoekers dat het waarschijnlijk is dat de afname in sneeuwuilen en poolvossen in Scandinavië verklaard wordt door de afwezigheid van pieken in de populatie lemmingen. In hun conclusie stellen de auteurs dat, met de gegeven voorspellingen van meer neerslag en hogere temperaturen, de lemmingen cyclus zal ophouden te bestaan.

• J. Lenoir, J. Gégout, P. Marquet, P. de Ruffray, en anderen, “A significant upward shift in plant species optimum elevation during the 20th Century“,27 juni 2008, Science

Lenoir en collega’s bekijken de impact van klimaatverandering op de ecologie van het bos in laagland tot aan hoger gelegen sub-alpine hoogten (0 tot 2600 meter) in zes West-Europese berggebieden.  Daarbij gebruiken ze twee grootschalige inventarisaties van de flora en bepaalden 171 soorten voor gebruik in het onderzoek.  Bij het onderzoek  naar de perioden 1905 tot 1985 en 1986-2005 ontdekten de onderzoekers dat soorten op grotere hoogten het snelst opschuiven naar hoger gelegen gebied. De auteurs sluiten uit dat dit te wijten is aan veranderingen in neerslag, stikstof depositie, CO2 bemesting, plaagdieren, maar stellen daarentegen dat de opwarming bepalend is voor het opschuiven van de boomgrens. Over het geheel genomen was de gemiddelde snelheid waarmee de boomgrens opschuift op dezelfde breedtegraad,  29,4 x 10,9 meter per 10 jaar.

Implicatie: Dit onderzoek toont aan dat de samenstelling van ecosystemen snel kan veranderen (en dat in dit onderzoek al doet) onder invloed van een veranderend klimaat. Wanneer de boomgrens opschuift heeft die ook implicaties voor de jager-prooi relaties. De veranderingen stellen de mens voor uitdagingen in het beheer en de conservatie van ecosystemen in de berggebieden.

• W. Kurz, C. Dymond, G. Stimson, C. Ramley, en anderen, “Mountain pine beetle and forest carbon feedback to climate change”, 24 april 2008, Nature

De Dentroctonus ponderosae alias mountain pine beetle (pijnboomkever) is een vrij onopvallende kever. Maar inmiddels woekert hij langs de westkust van Canada in een zone die 600 km lang is en ruim 200 km breed: een gebied veel groter dan de Benelux. De kevers rukken steeds verder op. Na British Columbia trekken ze inmiddels ook de Rocky Mountains over en beginnen schade aan te richten in de dennenbossen van Alberta, landinwaarts. De larven van de pijnboomkever, die onder de schors van naaldbomen van de sapstromen leven, zijn bestand tegen de extreme winterkoude in Canada. Ze ontwikkelen een soort van bio-antivries in hun bloed waardoor ze temperaturen tot min 40 graden kunnen weerstaan gedurende korte tijd. Twee tot drie weken van -40 overleven de larven niet en vrieskoude vroeg of laat in de winter wordt hen nog fataler, want dan is het gehalte bio-antivries in het bloed van de larven lager. Door de opwarming van het klimaat woekert er nu een epeidemie omdat de populatie niet meer onder controle van de koude perioden wordt uitgedund.  Kurt en collega’s wijden hun onderzoek naar de netto impact van de kever, bosbranden en bosbouw in de periode 2000-2020. Daarbij gebruiken ze Monte Carlo simulaties voor het model van een bos ecosysteem in een poging om de toekomstige netto bioom productie te voorspellen. Daarmee waren de onderzoekers in staat om de kever populatie en impact daarvan te voorspellen. Ze ontdekten dat tussen 2003 en 2020 door de invloed van de kever het bos verandert van een kleine netto  CO2 opslag in een grote netto CO2 producent. De uitstoot neemt in 2020 toe tot 64,5 miljoen ton CO2 (17,6 MtC) en is er geen herstel meer mogelijk van het bioom.

Implicaties: Terwijle bosbranden nu al een grote bron van CO2 uitstoot vormt wordt dit nog overtroffen door de uitstoot tussen 2005-2014 die wordt veroorzaakt door de pijnboom kever. De auteurs stellen dat in deze periode 13% van de totale houtproductie wordt geraakt door de pijnboom kever. Daarmee zal, naast een ongunstig ecosysteem en klimaateffecten, het verlies aan bos ook significante gevolgen hebben voor de economie en inkomens in de houtindustrie.  Bosbouw vormt de hoeksteen van de samenleving in Britisch Columbia en daarmee economie. Er moet opgemerkt worden dat de pijnboom kever zich niet zal beperken tot British Columbia. De besmetting door de pijnboom kever kan leiden tot het afsterven van van meer dan 8.000 km² (2.000.000 acres) in Wyoming en Colorado in 2008.

• D. Lobell, M. Burke, C. Tebaldi, M. Mastandrea, en anderen, “Prioritizing climate change adaption needs for food security in 2030“, 1 februari 2008, Science

Er is maar weinig tijd en er zijn maar beperkte middelen die resten voor het bevorderen van de aanpassing aan het klimaat (adaptatie) om de voedselzekerheid te garanderen. Door het inventariseren van de soorten die het meeste in gevaar zijn door de klimaatverandering kunnen Lobell en collega’s  adviseren over de prioritering van investeringen in adaptatie ten gunste van de voedselzekerheid. Ze bekeken de risico’s van klimaatverandering op een verscheidenheid aan voedselgewassen in 12 kwetsbare regio’s waar voedselzekerheid niet zeker is, maar wel gelijke voedingsgewoonten en eenzijdige agricultuur kennen.  Bij hun onderzoek gebruikten ze 20 klimaat modellen en ook voedsel productie statistieken. Ze bekeken daarbij de situatie in 2030 omdat er doorgaans 15 tot 30 jaar nodig is om een bruikbaar resultaat te krijgen.  Ze ontwikkelden probabilistische voorspellingen van de voedsel productie (uitgaand van kans x risico met beperking van zoveel mogelijk onzekerheden). Ze berekenden dat verschillende voedingsgewassen in Zuid-Azië en Zuidelijk Afrika het meest worden beïnvloed, wanneer er geen adaptatie plaatsvind.

Implicatie: De onderzoekers stellen dat er 95% of meer kans is dat de klimaatverandering de productie van tarwe in Zuid-Azië, rijst in Zuidoost Azië en mais in Zuidelijk Afrika,  zal schaden.  Tenminste wanneer er geen tegenmaatregelen worden genomen.  Als je kijkt naar gewassen die het meest vatbaar zijn voor een  hoog risico voor aantasting productie met een kleine kans dat dit gebeurt, zijn dit kafferkoren (sorghum) in de Sahel, mais in Zuidelijk Afrika en verschillende Zuid Aziatische gewassen waarop de maatregelen gericht moeten worden.

• Abraham Miller-Rushing en Richard Primack, “Global warming and flowering times in Thoreau’s Concord: A community perspective”, februari 2008, Ecology

Dit onderzoek laat zien dat opwarming kan leiden tot het eerder opkomen van begroeiing en bloei. Bij hun onderzoek gebruikten Miller-Rushing en Primack gegevens over de bloeitijd van diverse gewassen die onder ander  Henry David Thoreau verzamelden in drie perioden: 1852-1858, 1878-1902 en 2004-2006. Ze analyseerden 43 soorten in één bepaalde regio waarvan de gemiddelde temperatuur 2,4 graden Celcius was gestegen in de periode 1852 tot 2006.  Ze ondervonden dat de verschillende soorten gemiddeld  7 dagen eerder bloeien. Daarbij werd een duidelijke correlatie gevonden met de temperaturen in de maanden vooraf de bloeitijd als ook de temperatuur in de maand januari.

Implicatie: Het eerder opkomen van gewassen en het eerder bloeien van gewassen kan doorwerkende effecten hebben in de hele voedselketen doordat de tijd waarop de piek in voedselproductie valt, verandert.

• C. Moritz, J. Patton, C. Conropy, J. Parra, en anderen, “Impact of a century of climate change on small-mamml communities in Yosemite National Park, USA”, 10 oktober 2008, Science

De onderzoekers hebben het onderzoek gericht op de invloed van een eeuw van  klimaatverandering op kleine zoogdieren in Yosemite Narional Park in Californië. De onderzoekers stellen het geluk te hebben bijna een eeuw te kunnen omspannen met hun onderzoek, waar andere onderzoekers het vaak met korte tijdvakken moeten doen. Ze herhaalden het onderzoek van John Grinnell en collega’s die tussen 1914 en 1920 het gebied onderzochten.  Door vallen uit te zetten en daarmee de dichtheid van de soort te berekenen konden ze over een hoogte van 3000 meter de soorten in kaart brengen. Tussen de tijd dat Grinnell en collega’s hun onderzoek deden en het onderzoek van Moritz en collega’s is de minimum temperatuur met 3 graden Celcius toegenomen en is meer dan de helft 28 onderzochte diersoorten gemiddeld circa 500 meter hoger gaan leven.  Terwijl soorten die de lagere gebieden bezetten hun gebied hoger konden uitbreiden is voor de soorten die op hogere gebieden steunden juist minder leefgebied kregen.

Implicatie: Een grotere of juis kleinere habitat is niet alleen van invloed op de soorten die het betreft, vooral niet voor de soorten die snel een kleiner gebied moeten bezetten, maar ook voor de samenstelling van het gehele ecosysteem. Immers nieuwe soorten bezetten nieuw gebied dat voorheen nog niet was ‘bewoond’ terwijl andere soorten juist het gebied waar ze altijd in leefden niet meer kunnen gebruiken. De auteurs benadrukken de noodzaak voor beschermde gebieden omdat de soortenrijkdom nog verder wordt aangetast omdat soorten via de eigen hoogte graden migreert naar aanliggende regio’s.

• A. Oschlies, K. Schultz, U. Riebesell, en anderen, “Simulated 21th Century’s increase in oceanic suboxia by CO2-enhanced biotic carbon export”, 11 november 2008, Gloabal Biochemical Cycles
• Jeffrey Polovina, Evan Bowell and Melanie Abecassis, “Ocean’s least productive waters are expanding”, 14 februari 2008, Geophysical Research Letters
• I. Stramma, G. Johnson, J. Sprintall en V. Mohrholz, “Expanding oxygen-minumum zones in the tropical oceans”, 8 mei 2008, Science

Drie onderzoeken gaan in op het voorkomen van delen van de oceaan die minder productief zijn of zullen worden als gevolg van de opwarming van de aarde. In het eerste onderzoek laten Oschlies en collega’s zien dat verhoogde waarden van CO2 ook kan leiden tot een toename in “dode zones” in de tropische oceanen. Dode zones zijn delen van de oceaan die hypoxisch zijn (wateren met opgeloste zuurstof-concentraties van minder dan 2 mg/L, het niveau dat algemeen geaccepteerd wordt als het minimum peil dat vereist is voor het leven en de reproductie van water-organismen). Dode zones onstaan onder invloed van stikstof (zoals van  uitgespoelde meststoffen en rioolwater)  en verstoorde waterstromen. De wetenschappers gebruikten een UVic Earth System Climate Model en extrapoleerden de gegevensdie ze verkregen uit het onderzoek naar mesocosmos omgevingen waarin plankton werd blootgesteld aan verschillende  CO2 concentraties. Wanneer de emissies onveranderd blijven zullen de dode zones in de tropische oceanen met 50% toenemen in 2100.

Gyres

In een tweede onderzoek, ontdekten Polovina en collega’s dat gyres (spiralende stromingen in de oceaan) die oligotroof (arm aan meststoffen) zijn, sneller groeien dan voorspeld door klimaat-modellen, maar wel consistent met de opwarming van de aarde. De onderzoekers gebruikten gegevens van de SeaWiFS stelliet die de oceanen observeert en de chlorofyl waarden heeft gemeten tussen 1998-2007. De onderzoekers vonden een verband tussen lage chlorofyl waarden, een goede indicator voor oligotrofische oceaan, en de jaarlijkse groei van gyres met een percentage van 0,8% in de Zuid-Atlantische oceaan tot 4,3% in de Noord-Atlantische oceaan. De oligotrofe gebieden nemen gezamenlijk de plaats in van, 0,8 miljoen km² per jaar, chlorofiel rijke en productieve wateren in de Pacifische en Atlantische oceanen. Gemeten over negen jaar is dit het equivalent van 6,6 miljoen km² wat een toename van 15% vormt, ten opzichte van de waarden in 1998. De auteurs stellen dat de groei van oligotrofe gyres samenhangt met de gemiddelde opwarming van het water in de subtropische oceanen. Ze veronderstellen dat in de warmere gyres het water minder wordt gemend en de lagen strikter worden gescheiden.  Een onderzoek van Stramm en collega’s komt overeen met de bevindingen van Polovina en collega’s.  De onderzoekers hebben een historische database met 50-jarige tijdreeksen van opgeloste zuurstof-concentratie geconstrueerd,  voor een selecte tropische oceanische regio, gebruik makend van recente metingen. De tijdreeksen onthullen een verticale uitbreiding van de tussenliggende zuurstofarme zones in de oostelijke tropische Atlantische Oceaan en de equatoriale Stille Oceaan tijdens de afgelopen 50 jaar. De zuurstof daling in waterlaag tussen de 300 – tot 700 meter, is 0,09 tot 0,34 micromol per kilogram per jaar. Minder zuurstof niveaus kunnen dramatische gevolgen hebben voor ecosystemen en de kust economieën.

Implicatie: Oschlies en anderen stellen dat hun bevindingen enrtige gevolgen hebben voor hogere tropische niveau’s die afhankelijk zijn van de specifieke voedselrijkdom, terwijl deze zal varieren aan de hand van zuurstof niveaus. Stramma en anderen merken op dat lage zuurstof concentraties belangrijke gevolgen kunnen hebben voor vissery sector, CO2 en stikstof cyclussen en maritieme ecosystemen.

• C. Raxworthy, R. Pearson, N. Rabibisoa, A. Rakotondrazafy, en anderen, “Extinction vulnerability of tropical montane endemism from warming and upslope displacement: a preliminary appraisal for the highest massif in Madagascar”, 6 mei 2008, Global Change Biology

Tsaratanana Massief

Madagaskar huisvest een grote biodiveristeit in vergelijking met de rest van de wereld als gevolg van de geïsoleerde liggen en het tropische klimaat.  Veel van de soorten zijn endemisch, wat betekent dat ze alleen daar voorkomen. Tegelijkertijd behoren de soorten van Madagaskar ook tot de meest kwetsbare dieren op aarde, met name door de conversie van steeds meer natuur tot landbouwgebied. Raxworthy en collega’s laten zien dat ook een andere door de mens veroorzaakte factor – de klimaatverandering – kan bijdragen aan het verminderen van de biodiversiteit.  Ze bestudeerden het hoogste gebergte van Madagaskar, het Tsaratanana Massief, dat rijk is aan endemische soorten.  Ze gebruikten verschillende gegevensbronnen en technieken:

1. nemen van monsters langs transects (rechte lijnen) vanaf 1400 tot 2878 meter hoogte
2. gebruik makend van gegevens van een weerstation
3. heranalyse van gegevens
4. gebruik makend van een klimaatmodel

Op basis van hun onderzoek concluderen de onderzoekers dat de geschatte afstand die de 30 onderzochte  diersoorten hoger op het massief zijn getrokken, tussen de 19 en 51 meter hoger ligt. In deze periode nam de temperatuur toe tussen de 0.1 en 0.37 graden Celcius. Dooe het extrapoleren van de gevonden waarden kunnen de onderzoekers voorspellen dat drie soorten (twee die niet meer waren aangetroffen in 2003 en één die nog maar 1 keer was aangetroffen in 1949) hun leefgebied compleet verliezen, bij een opwarming van slechts 1,7 graden Celcius. Bij een gemiddeld scenario van de opwarming van de aarde zullen twee van deze soorten geheel uitsterven binnen een periode van 50 tot 100 jaar.

Implicatie: De auteurs stellen dat hun bevindingen het belang van rekening houden met de klimaatverandering als het gaat om natuurbescherming, zoals het stellen van een prijs op het beschermen van de hoger geleden habitats. Ze roepen bovendien op tot meer onderzoek naar ecosystemen in de berggebieden in de tropen omat juist daar de biodiversiteit groot is en de soorten bovendien vaak endemisch zijn. Dit onderzoek moet het gat aan kennis opvullen dat er nu nog is over de impact die de klimaatverandering op dit soort gebieden zal hebben.

Technieken voor tegengaan van de klimaatverandering.

Dit hoofdstuk belicht de technologische vooruitgang en ontwikkelingen die kunnen bijdragen aan het tegengaan van de klimaatverandering.  Daarbij wordt gekeken naar verschillende technologieën: zonne-energie, thermo-elektrische energie, biobrandstoffen, golven energie, batterij en ultra-halfgeleider technologie en de afvang en opslag van CO2. Doorbraken met nieuwe technieken en materialen, verhoogde efficiëntie en de opslag van energie, worden belicht.

Solar

Veel landen hebben via de politie en financiële injecties bevorderd dat het gebruik van  zonne-energie breed werd ingezet. In 2008 is er naar schatting 5,2 gigawatt aan geinstalleerd zonne-energie vermogen bijgekomen met een geschatte waarde van 30,5 miljard dollar. De competitieve  industrie (alsmede overhedsprogramma’s)  die rond de productie en installatie van zonnecellen is ontstaan, vormt een innovatieve basis die als stimulans voor onderzoek dat zich richt op verlagen van de kostprijs en verhogen van de efficiëntie. Het onderzoek in 2008 was gericht op nieuwe ontwerpen en materialen, kostenbesparing en toename van de efficiëntie. Onder de doorbraken van 2008 zijn onder andere de volgende onderzoeken en ontdekkingen te scharen:

• De efficiëntie van de meervoudige zonnecel is vergroot van 37,6% (record uit july 2008) tot 39,7% met behulp van III-V halfgeleiders (“Fraunhofer ISE Researchers Achieve 39.7% Solar Cell Efficiency“, 30 september 2008, Renewable EnergyWorld.com)
• De efficiëntie van de silicium zonnecel is opgevoerd tot 25% wat werd bereikt door het toepassen van een ontwerp dat een breder spectrum van licht kan vangen. (“Highest silicon solar cell efficiency ever reached“, 24 oktober 2008, ScienceDaily)
• De efficiëntie van de foto-elektrochemische zonnecel (Gätzel of dye-sensitized zonnecel) heeft een record gehaald van 8,2% efficiëntie door in plaats van een organische oplossing een zout-gebaseerde oplossing te gebruiken. (“New efficiency benchmark for dye-sensitized solar cells“, 2 juli 2008, ScienceDaily)
• De efficiëntie van de polymeer zonnecel is verbeterd tot 5,6% door het gebruik van een nieuwe vervangende polymeer toe te passen. (“Polymer solar cells with higher efficiency levels created“, 10 december 2008, ScienceDaily)
• Onderzoekers van de Northwestern University (VS) hebben de efficiëntie van 2-4% naar 5,2,-5,6% verbeterd met een verbeterde werking van de bulk hetero-junctie zonnecel door de anode te bedekken met nikkel oxide. (“Special coating greatly improves solar cell performance“, 26 februari 2008, ScienceDaily)
• Onderzoekers aan het Rensselaer Polytechnic Institute (VS) ontwikkelden en nieuwe anti-reflectieve (met nanobuisjes in 7 lagen) coating voor zonnepanelen waardoor de zonnecel het hele licht spectrum kan absorberen (inclusief UV, infrarood en zichtbaar licht) en dat ook in vrijwel elke hoek. De efficiëntie van de absorptie van licht neemt hierdoor toe van 67,4% tot wel 96,21%. (“Michael Mullaney – “Solar power game-changer: Near perfect absorbtion of sunlight, from all angles“, 3 november 2008, Polytechnic Institute Press Release)
• Het U.S.  Depatment of Energy’s Idaho National Laboratory heeft met een nieuw ontwerp voor zonne collectors- met flexibele nanobuisjes op een plastic ondergrond – wel 92% van het infrarood licht opgevangen. (“Flexibile nanoantenna arrays capture abundant solar energy“,12 augustus 2008, ScienceDaily)
• Met het gebruik van een stof “Alknedithols”  bij de productie van plastic zonnecellen bereikten de onderzoekers een efficiëntie van 5,1% en daarmee een record zettend. (“Toward the next generation of high-efficiency plastic solar cells“, 19 maart 2008, ScienceDaily)
• Wetenschappers van het M.I.T (VS) ontwikkelden een nieuw ontwerp voor geconcentreerde zonne-energie. In dit ontwerp zijn de zonnecellen aan de zijkant te vinden in plaats van dat het hele materiaal wordt gebruikt en is de efficiëntie bovendien met weinig extra kosten tot 50% toegenomen. De technologie maakt opwekking van elektriciteit mogelijk vanuit grote glazen oppervlakten waarbij het licht naar de randen wordt geleid waar de zonnecellen dit omzetten. ( Elisabeth Thomson, “MIT research may bring down cost of solar energy“, 16 juli 2008, MIT News Office)

Verscheidene andere innovatieve onderzoeken volgen hieronder:

• “NREL solar research gains two R&D 100 awards”, 17 juli 2008, National Renewable Energy Laboratory Newsroom
• “Record makes thin-film solar cell competitive with silicon effiency”, 24 maart 2008, National Renewable Energy Laboratory Newsroom
• “NREL, HelioVolt receive technology tranfer award for PV manufacturing technology”, 7 oktober 2008, National Renewable Energy Laboratory Newsroom

Het Department of Energy’s National Renewable Energy Laboratory (NREL) heeft opvallende vooruitgang geboekt in zonnecel technologie in 2008. De door het laboratorium gecreëerde “Inverted Metamorphic Multi-junction” zonnecel heeft drie records gezet in efficiëntie.  De technologie weet 94% aan gewicht en kosten te besparen door de cellen ondersteboven te laten groeien. Daarmee is er geen noodzaak voor een dikke germanium onderlaag.  De nieuwe zonnecel is daarmee ook een stuk flexibeler.

In een ander technologische doorbraak heeft NREL een koper indium gallium discelenide (CIGS) dunne film zonnecel geproduceerd. Centraal in het ontwerp staat de manier waarop de inkt wordt opgebracht, waarmee het productieproces wordt versimpeld en er een zeer flexibele film ontstaat.

Implicatie: De omgekeerd gegroeide metamorfe multi-junctie zonnecel is niet alleen meer efficiënt dan andere zonnecel technieken, maar kan ook geproduceerd worden tegen lagere kosten en daarmee aantrekkelijker zijn voor commerciële toepassingen. Omdat de inkt in de dunne film technologie direct kan worden toegepast op allerlei oppervlakten kan commercialisering van de techniek er in de toekomst toe leiden dat complete gebouwen veranderen in energiecentrales die zichzelf kunnen voeden.

• Matthew Kanan en Daniel Nocera, “In situ formation of an oxygen-evolving catalyst in neutral water containing phosfate an CO2“, 22 augustus 2008, Renewable Energy World
• “MIT researchers discover new energy storage solution“, 4 augustus 2008, Renewable Energy World
• “Researchers generate hydrogen without the carbon footprint“, 18 juli 2008, ScienceDaily

In het onderzoek naar waterstof productie met behulp van zonne-energie zijn ook vorderingen bereikt.  Zo hebben MIT wetenschappers een nieuwe,, niet giftige, goedkope technologie ontwikkeld die de potentie heeft om waterstof te kunnen genereren. Matthew Kanan en Daniël Nocera hebben hun ontdekkingen op het gebied van fotosynthese gedaan. Ze maakten een zonnecel dat water kan splitsen in zuurstof en waterstof en dit waterstof kan in een brandstofcel weer in stroom worden omgezet. Ze maakten dit mogelijk door een nieuwe katalysator te gebruiken van een inerte indium tin oxide elektrode in fosfaten bevattend water waarin kobalt ionen in zaten.  Penn State wetenschappers, geleid door Craig Grimes hebben ook een methode gevonden om via zonne-energie waterstof te produceren. Zij gebruikten een nanobuisjes ontwerp met een foto-elektrochemische diode die bestond uit titanium dioxide en koper titanium.

Implicatie: De technieken die nu worden gebruikt om water te splitsen in waterstof en zuurstof zijn kostbaar en gebruiken giftige omgevingen en materialen. Hoewel nog lang niet uitontwikkeld en commercieel toepasbaar zijn de onderzoeken veelbelovend. De catalyst technologie van Kanan en Nocera maakt gebruik van materialen die in de natuur voorkomen en, volgens de auteurs, in grote hoeveelheden. De techniek van Grimes en collega’s betekent een vooruitgang door de lage kosten en de duurzaamheid er van, hoewel er nog wel werk gemaakt moet worden van de efficiëntie.

• J. Yoon, A.J. Baca, S. Park, P. Elvikis, en anderen, “Ultrathin silicon solar microcells for semitransparant, mechanically flexible and microconcentrator module designs“, november 2008, Nature Materials
• Andrew Mitchinson, “Meterials science: Solar cells go round the bend“, 9 oktober 2008, Nature

Yoon en collega’s hebben een nieuwe ultra dunne silicium zonnecel ontworpen die niet alleen ultra dun is maar ook flexibel, lichtgewicht en transparant is. Hun ontwerp bevat grote array’s van silicium mirco zonnecellen. Deze worden gesneden uit een blok silicium en vervolgens opgebracht op een substraat via een printstraat. Daarbovenop worden elektrodes aangebracht om de cellen met elkaar te verbinden.  De cellen kunnen circa 100 nanometers dun zijn en een oppervlakte hebben van een paar micrometers. De zonnecellen zijn goed te transporteren omdat ze niet alleen buigbaar zijn maar dan ook geen efficiëntie zullen verliezen.

Implicatie: De auteurs stellen dat de materialen uit hun ontwerp lang meegaan en robuust zijn. Het nieuwe ontwerp vraagt bovendien minder silicium waardoor de kostprijs lager wordt en er minder materiaal nodig is. De doorzichtige ultra dunne zonnecel opent mogelijkheden om er ramen mee uit te rusten.

Thermo-elektrische energie

Met het gebruik van thermo-elektrische materialen kan warmte omgezet worden in elektriciteit. Naast te gebruiken in andere toepassingen, zou dit goed kunnen toegepast worden in auto’s waar de warmte van de moter, die normaliter verdwijnt, dan kan worden omgezet in elektriciteit. Onderzoek in 2008 heeft nieuwe typen thermo-elektrisch materiaal opgeleverd, zoals in het onderstaande onderzoek vermeld,  op basis van een verbinding van thallium, lood en tellurium.

• Pam Frost Gorder, “Material may help autos burn heat into electricity“, 25 juli 2008, RenewableEnergyWorld

Bij een vooruitgang in het onderzoek naar thermo-elektrische materialen, hebben onderzoekers van de Ohio State University (VS) onder leiding van Joseph Heremans een nieuw type materiaal ontwikkeld op basis van een verbinding van thallium, lood en tellurium. Dit materiaal betekent een verdubbeling van de efficiëntie van huidige commercieel verkrijgbare materialen.

Implicatie:  De verbinding van thallium, lood en tellurium kan niet alleen hitte weerstaan, het is zelfs het meest efficiënt bij temperaturen tussen 450 en 950 graden Celcius. Dit is ook de temperatuur waarop auto motoren en andere verbrandingsmotoren werken. Bijna 60% van de geproduceerde energie van een conventionele motor wordt via warmte verspild; dit materiaal kan helpen deze energie weer nuttig in te zetten.

Biobrandstoffen

Biobrandstoffen zijn verkregen uit biologische materialen zoals, grassoorten, voedselgewassen en hout. Nieuw onderzoek heeft geleid tot meer kennis op het gebied van: de productie van diobrandstoffen, over hoe biobrandstof ingezet kan worden in waterstof brandstofcellen en van nieuwe bronnen voor de productie van biobrandstof. Baanbrekende ontdekkingen die helpen om onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen. Hoewel nieuwe bevindingen er op wijzen dat de uitstoot die samenhangt met sommige biobrandstoffen hoger is dan men voorheen dacht.

• T. Searchinger, R. Heimlich, R. Houghton, F. Dong, en anderen, “Use of US croplands for biofuels increases greenhouse gases through emissions from land-use change”, 29 februari 2008, Science
• J. Fargione, J. Hill, D. Tilman, S. Polasky, en anderen, “Land clearing and the biofuel carbon debt”, 29 february 2008, Science

Searchinge en collega’s laten zien dat ethanol vanuit mais veel meer CO2 intensief kan zijn dan fossiele brandstof. Dit is het gevolg van de concurrentie van land en de samenhangende conversie van bos en graslanden tot maisvelden. Wanneer dit meegeteld wordt is er over een periode van 30 jaar gemeten twee keer zoveel CO2 uitstoot van ethanol productie als van fossiele brandstoffen. Wanneer de maisvelden van de VS worden omgezet in velden met siergras betekent dit een 50% toename in uitstoot gerekend over 30 jaar alleen al door het veranderen van het gebruik van het land. Hun analyse wijst verschillende gerelateerde feiten die het veranderen van gebruik van land en de hoeveelheid uitstoot. Doordat de vraag naar biobrandstoffen stijgt, zullen de prijzen voor de oogst stijgen, de export van voedsel zal verminderen en boeren zullen hun opbrengst willen opkrikken door het inzetten van voorheen ongecultiveerd land. De conversie van land lijdt tot de emissie van CO2 en landbouw gebied verwerkt minder CO2 dan bosgebieden of graslanden.

In een gerelateerd onderzoek stellen Fargione en collega’s dat tenzij biobrandstof gewassen worden verbouwd op huidige landbouwgronden of worden geproduceerd uit biomassa afval, de productie van biobrandstof meer CO2 zal uitstoten dan fossiele brandstoffen al gevolg van de uitstoot die samenhangt met land conversie. Ze stellen de de CO2 schuld van een gebied pas na tientallen jaren of zelfs eeuwen pas wordt terugbetaald met de lagere emissies van biobrandstoffen.  Fargione en collega’s kwamen tot deze conclusie met het berekenen van de CO2 schuld die smaenhangt met de levenscyclus van verschillende biobrandstoffen. De conversie van regenwoud in landbouwgebied voor de productie van palmolie in Indonesië en Maleisië zou bijvoorbeeld een CO2 schuld hebben van 86 jaar. Dit betekent dat er 86 jaar palmolie moet worden geproduceerd om het CO2 te compenseren dat samenhangt met de conversie van regenwoud.

Implicatie: Beide artikelen laten zien dat bij het gebruik men de levenscyclus moet betrekken, zeker wanneer de productie gepaard gaat met de conversie van gebruik van grond. Fergiona en collega’s stellen dat wellicht met uitzondering van suikerriet gebaseerde ethanol  en soja gebaseerde biodiesel, alle andere scenario’s, in een  periode van zeker 50 jaar, zullen uitmonden in hogere CO2 uitstoot dan dat van fossiele brandstoffen. Echter ze benadrukken dat er potentie zit in de teelt van natuurlijk voorkomende gewassen op al eerder gebruikte landbouwgrond, en Searchinger en collega’s wijzen op de belofte die op cellulose gebaseerde ethanol biedt bij het vermijden van conversie van land.

• “New method turns wood into sugar for biofuels“, 28 oktober 2008, RenewableEnergyWorld.com

Onderzoekers van het MaxInstituut voor Onderzoek naar Koolstof in Duitsland hebben een nieuwe aanpak ontwikkeld voor het maken van suiker gebaseerde ethanol. De cellulose wordt in twee stappen omgezet naar ethanol. Allereerst wordt de cellulose afgebroken in een bad met vloeibare zouten die ionen afgeven. De lange moleculen breken dan in kleinere stukken waardoor enzymen daarna ethanol kunnen produceren.

Implicatie:  De onderzoekers noemen de veelzijdigheid van de methode, vrijwel elk materiaal inclusief hout kan worden gebruikt als grondstof. Hierdoor is er minder concurrentie met voedselgewassen.  Het moet wel worden opgemerkt dat er nagatieve effecten zijn als de grondstof wordt gekregen uit bosgebieden. Eerder pogingen om van hout ethanol te maken gingen gepaard met veel warmte en druk waarvoor veel energie benodigd was. Daarnaast werden milieubelastende chemicaliën gebruikt. De nieuwe methode is no niet commercieel interessant genoeg omdat het ionen bad nog erg kostbaar is.

• “Sugar-powered carss: World’s most efficient method to produce hydrogen developed“, 10 april 2008, ScienceDaily
• “A Better way to make hydrogen from biofuels“, 21 augustus 2008, ScienceDaily

Onderzoek heeft er aan bijgedragen dat biobrandstoffen efficiënter kunnen bijdragen in het proces van het produceren van waterstof.  Percival Zhang en collega’s kondigden tijden de 235ste bijeenkomst van de American Chemical Society dat ze waren gelaagd in het creëren van de meest geschikte methode voor de productie van waterstof op basis van cellulose afkomstig van planten in plaats van een fossiele brandstof.  Hun proces bevat het mengen in een reactor van zetmeel en 13 verschillende enzymen met water.  Ozkan en collega’s van de Ohio State University (VS), hebben een nieuwe methode voor het converteren van ethanol in waterstof. Ze ontdekten een katalysator – calcium oxide – dat voor een opbrengst zorgt van 90% waterstof. Calcium oxide is niet duur en geen zeldzaam metaal en kan meteen worden gebruikt in de reactor om direct waterstof te gaan produceren.

Implicatie: Door het proces van productie van waterstof te baseren op biobrandstoffen in plaats van fossiele brandstoffen is gehele levenscyclus van de productie van waterstof verantwoordelijk voor een veel lagere CO2 emissie. Verder kost de methode van Ozkan en collega’s een fractie van het traditioneel gebruikte rhodium dat zeldzaam is en wordt gebruikt als katalysator.  Terwijl Zhanfg en collega’s een systeem hebben dat inefficiënt is, volgens de onderzoekers, kan de techniek binnen 3 tot 5 jaar toepasbaar zijn in kleine apparaten.

Golven-energie

Mechanische energie afkomstig uit de beweging van water kan worden omgezet in elektrische energie.  Onderzoek heeft nieuwe ontwerpen opgeleverd voor golven-energie en heeft de toepasbaarheid in traag stromend water verbeterd.

• “Anaconda could prvide up to 20 Mw of wave energy”, 15 juli 2008, RenewableEnergyWorld

Ingenieurs hebben een nieuw ontwerp gerealiseerd van een op een slang lijkend apparaat dat golven-energie omzet in elektriciteit. Omdat het op een waterslang lijkt qua vorm, is het anaconda gedoopt. Het idee achter de Anaconda is eenvoudig. De rubberen slang, die zo’n 150 tot 200 meter lang is, wordt aan de bodem van de zee bevestigd, zodat hij vlak onder de zeespiegel drijft. Door de beweging van de golven wordt water door een buis naar een generator gestuwd. De generator zet de bewegingen van de Anaconda om in stroom.

Implicatie: Het voordeel van het ontwerp is dat het van rubber is gemaakt en daarmee onderhoudsarm is en kostenbesparend is.  In 2008 was het echter nog in een onderzoeksfase. Hoewel de anaconda efficiënter is dan andere golven-energie oplossingen is de elektriciteit die wordt geproduceerd nog altijd twee keer zo duur als elektriciteit geproduceerd in een traditionele kolencentrale.

• Nicole Casal Moore, “New ‘vivace’ system draws renewable energy from slow water currents”, 2 december 2008, RenewableEnergyWorld.com

De meeste technieken die gebruik maken van waterkracht vereisen golven, getijden of snelstromend water. Echter op veel plaatsen stroomt water veel minder hard, drie knopen of minder. Aan de universiteit van Michigan (VS)  heeft Michael Bernitsas de VIVACE ontwikkeld dat gebruik maakt van traag stromend water om elektriciteit op te wekken. Vivace staat voor ‘Vortex Induced Vivbrations for Aquatic Clean Energy’.  Het systeem bestaat uit verticale staanders waartussen horizontale beweegbare ronde buizen bevinden. De buizen creëren wervelingen en worden daardoor naar boven en beneden bewogen. Daarmee ontstaat bewegingsenergie die vervolgens wordt omgezet in elektrische energie.

Implicatie: Energie die wordt geproduceerd door de Vivace kost minder dan windenergie in de VS en hetzelfde als nucleaire energie. Een pilot project is gepland in de Detroit rivier. Een voordeel van de vicace boven een stuwdam is dat de ecosystemen niet worden verstoord.

Batterijen en Ultra halfgeleiders

Een belangrijke beperking in duurzame engergie opwekking is het opslaan daarvan. Immer wind en zon zijn verantwoordelijk voor een groot deel van de duurzame energie en zijn niet altijd voorhanden en geven ook pieken die opgeslagen moeten worden om later weer terug gegeven te worden wanneer er minder wordt geproduceerd. Onderzoek uit 2008 zorgde voor verschillende verbeteringen op het gebied van batterij techniek en de techniek van ultra halfgeleiders.  Zie hieronder:

• “New battery outperforms current batteries in HEV applications“, Argonne National Laboratory

Als winnaars van de R&D award van 2008 voor het ontwerp, zijn het Amerikaanse Department of Energy’s Argonne National Laboratory en EnerDel verantwoordelijk voor het ontwerp van een lithium-ion baaterij die niet alleen kleiner en lichter is dan technologie van nikkel hybride accu’s , maar ook efficiënter en gaat deze ook langer mee.  De onderzoekers konden een hogere efficiëntie en robuustheid bereiken door de inzet van harde kristallijne materialen: LiMn2O4 in de kathode en Li4Ti3O12 in de anode.

Implicatie: Zoals het persbericht van het laboratorium stelt is er dankzij het ontwerp dankzij de veiligheid, performance, duurzaamheid en lage kostprijs geen barrière meer voor de hybride voertuigen en de acceptatie daarvan bij het grote publiek. Naast het gebruik in voertuigen noemen de onderzoekers ook de mogelijkheden voor militaire en luchtvaart toepassingen gezien de goede werking van de batterij onder hoge temperaturen.

• “Breakthroughin in energy storage: New carbon material shows promise of storing large quantities of renewable electrical energy“, 17 september 2008, ScienceDaily

Ultracondensatoren vormen een alternatief voor batterijen voor het opslaan van elektrische energie.  Een team onderzoekers aan de universiteit van Texas in Austin (VS) heeft in 2008 de ultracondensator techniek verbeterd door het toepassen van een koolstof gebaseerd blad, gemaakt van grafeen, in het ontwerp.  Grafeen heeft een groot oppervlak, zelfs als het maar 1 atoom dik is, zoals toegepast in dit ontwerp. Een grotere oppervlakte maakt dat meer materiaal in contact komt met de elektrolyt  en daarmee meer ionen op kan slaan. De toepassing van grafeen heeft de potentie de opslag van energie in ultracondensatoren te verdubbelen.

Implicatie: Ultracondensatoren kunnen worden gebruikt in combinatie met of zonder batterijen en hebben verschillende voordelen boven batterijen. De voordelen bestaan onder andere uit duurzaamheid, laag gewicht, minder onderhoud en de mogelijkheid om onder verschillende temperaturen te werken.

CO2 afvang en opslag

Terwijl de gevolgen van de klimaatverandering voelbaar zijn en de regels rondom CO2 aangescherpt worden, wordt ook het afvangen en opslaan van CO2 commercieel interessanter. Hoewel de technieken nog duur zijn en commercieel nog niet altijd haalbaar levert het onderzoek de mogelijkheid op om in de toekomst kunstmatig CO2 op te nemen.

• “Global warming fix? Carbon dioxide captured directly from air with simple machine”, 30 september 2008, ScienceDaily

Wetenschappers David Keith en collega’s hebben methode ontwikkeld om CO2 direct vanuit de lucht af te vangen. Ze ontwikkelden een machine in de vorm van een toren die ze typeren als “bijna commercieel haalbare technologie” die tot 20 ton CO2 per jaar kan afvangen met maar een meter aan CO2-wassers. De machine vraagt 100 kw aan elektriciteit voor elke ton CO2.

Implicatie: De technologie bevindt zich nog in de onderzoeksfase en moet nog verder ontwikkeld worden, maar de patenten zijn al aangevraagd. Als de technologie kan worden opgeschaald en de kosten kunnen dalen kan de technologie een belangrijke doorbraak betekenen. Stel dat de machine wordt gebruikt voor het afvangen van de CO2 in een kolencentrale dan kan het apparaat 10 keer meer CO2 afvangen dan het zelf produceert met de energie die het nodig heeft om te functioneren.

• “In situ carbonation of peridotite for CO2 storage”, Peter Kelemen en Jörg Matter, 11 november 2008, Proceedings of the National Academy of Sciences

Ke;lemen en Matter hebben in 2008 in Oman ontdekt dat een vrijgekomen stuk peridotiet (soort stollingsgesteente)  aanzienlijke hoeveelheden CO2 in korte tijd kan opnemen.  Het gesteente bestaat voornamelijk uit olivijn en pyroxeen. Het afgevangen gas wordt geconverteerd in vaste carbonaat mineralen. Het natuurlijke proces van het gesteente kan worden opgevoerd door hogere temperaturen toe te passen en de CO2 onder hoge druk toe te voeren. Maar ook boren en opdelen in kleine fragmenten (oppervlakte vergroting) verbetert de werking.

Implicatie: De auteurs stellen dat in theorie meer dan één miljard ton CO2 kan worden opgeslagen per jaar met dit proces. Daarnaast stellen ze dat de techniek niet duur hoeft te zijn, veilig is en permanent de CO2 vasthoudt. Meer onderzoek moet worden gedaan voordat het op grote schaal kan worden toegepast.

Einde vertaling. In originele tekst volgen nog de bronvermeldingen maar deze zijn vaak als link al in de tekst te vinden en een stukje over de auteurs, dankzeggingen en over de WRI. In dit document zitten vele uren schrijfwerk van ondergetekende. Daarom overname graag met dankzegging aan Henk Dubbelman en deze site.