Een CO2-proef

I shudder to think what would happen if getting people to understand GHGs involved having them understand Pauling’s resonance model.1 -Lezersreactie op RealClimate.org1

Zo langzamerhand kent iedereen de broeikastheorie nu wel. Duizenden keren hebben we in bladen kunnen lezen dat het klimaat opwarmt als gevolg van broeikasgassen in de atmosfeer. Het grootste aandeel in de opwarming van de aarde heeft kooldioxide (CO2), dat vrijkomt bij het verstoken van fossiele brandstoffen. We weten exact hoeveel CO2 er van nature in de atmosfeer zit en we weten ook welk aandeel de mens heeft. We worden regelmatig op de hoogte gehouden van de laatste CO2-stand. Maar nu wil ik ook weten hoeveel de aarde opwarmt door onze eigen CO2. Aan het één heb je niets zonder het ander. Toen ik eind 2006 begon te lezen over het klimaatprobleem, was een van mijn eerste vragen of er niet ooit een solide proef was gedaan waarbij het effect van CO2 op de temperatuur van de atmosfeer werd gemeten. Want, vreemd, daarover las je eigenlijk niets. Lag het niet voor de hand dat men geprobeerd heeft om de werking van CO2 in een laboratorium na te bootsen? Of sterker, gezien de ernst van het klimaatprobleem zou je verwachten dat de CO2-werking voortdurend onderzocht wordt om steeds betere resultaten te krijgen. Was men niet in de weer met weerballonen, satellieten of complexe laboratoriumopstellingen die de atmosferische omstandigheden zo goed mogelijk moesten nabootsen? In dat geval zouden er toch zeker harde cijfers bekend moeten zijn over de werking van CO2. Maar als dat zo is, waarom is het dan nog nodig om voor een bewijs van het broeikaseffect studies te laten verrichten naar de werking van klimaat in het verre verleden, tot vele miljoenen jaren terug in de tijd? De aarde lag er toen heel anders bij en we weten bijna niets met zekerheid over die toestand. Als je de werking van CO2 in de huidige situatie niet kunt bepalen, hoe kun daarover dan iets definitiefs hopen te ontdekken in een 55 miljoen jaar oude zandlaag, hoe interessant zulke gegevens verder ook mogen zijn. Over paleoklimatologische onderzoeken lees je veel. Weten ze dan toch niet genoeg van CO2 om het zo ver te zoeken? Ziehier de vraag die ik stelde. En het frustrerende was dat er nou nooit eens een helder antwoord op kwam. Ik stel geen hoge eisen. Het zou ook prettig zijn als men zou zeggen dat de werking van CO2 in de atmosfeer niet direct kan worden gemeten. Dan weet je dat en hoef je niet verder te zoeken.

Een aantal keer heb ik tevergeefs op internet naar een eenvoudig CO2-experiment gezocht. Het waren vaak prachtige avonturen. Je komt altijd voor interessante nieuwe dingen te staan. Ik kan de verleiding nooit weerstaan om halverwege het zoekproces allerlei kronkelige zijpaden in te slaan en gaandeweg vergeet ik zelfs waarnaar ik op zoek was. Erg professioneel is dit niet, maar wel leuk. Hier zullen we ons vastbijten in de hoofdvraag: Eens moet iemand toch een koker met kooldioxidegas hebben gevuld en daar infrarode straling doorheen hebben gestuurd om vervolgens de temperatuur aan het andere uiteinde te meten? Had ik dan misschien niet goed gezocht? Zijn de gegevens er, maar staan ze in zeer gespecialiseerde vakliteratuur waar je op internet niet bij kunt? Ook dit leek me onwaarschijnlijk. Want je zou denken dat, wat de uitkomst van de gezochte CO2-experimenten ook was, hieraan altijd veel ruchtbaarheid was gegeven in de populaire pers. Elk resultaat zou de broeikashypothese bevestigen of weerleggen. En dat is groot nieuws. Er is altijd een partij die belang heeft bij de publicatie van zelfs het meest obscure onderzoekje. Als metingen bijvoorbeeld zouden wijzen op een geringe invloed van CO2 op de aardtemperatuur, dan zouden de klimaatsceptici hieraan zeker ruchtbaarheid geven. Ik vond het dus maar vreemd dat er over CO2-experimenten niets te vinden was. Je zou echt duizenden treffers in de zoekmachine verwachten van het type: AGW Theorie refuted in MIT lab, of: Smoking gun: antropogenic CO2 adds 2 W/m² to surface.

Ik had dus tevergeefs gezocht. Maar na een aantal pogingen liet ik mijn vraag rusten, hopende dat ik het antwoord toevallig eens zou tegenkomen. Misschien had ik niet goed gezocht. Of misschien had ik het antwoord misschien reeds lang aan mij voorbij zien komen zonder het te beseffen? Zo af en toe pakte ik mijn million dollar question weer op. Hier en daar vond ik dan snippertjes van een antwoord waar je toch wel iets mee kon. Maar het was nooit compleet. Tot op vandaag is het me niet gelukt om tot de kern van de zaak door te dringen. Ik had dit verhaal allang geschreven willen hebben. Eerdere versies heb ik niet op internet gezet vanwege het onaffe karakter. Ik kan de stand van zaken nog niet samenvatten. Ze zeggen dat er geen domme vragen bestaan. Maar zo langzamerhand begin ik me toch een beetje dom te voelen. Het nu volgende is een verslag van een zoektocht naar de werking van kooldioxide. Als het verhaal verwarrend overkomt, dan bereikt het zijn doel. Misschien dat we op het eind die verwarring kunnen wegnemen. Maar ik beloof het niet.

Wood, 1909
Dit is waar ik na mijn eerste zoektocht zo eind 2006 was gebleven. De proef begreep ik destijds niet goed. Er werd ook geen CO2 in getest. Op een wiki-artikel over het Greenhouse effect staat een link naar een vertaling door W. M. Connolley van een 'Note on the Theory of the Greenhouse' door de natuurkundige R. W. Wood (Philosophical Magazine, 1909, vol 17, p319-320). (Overigens, wikipedia vermeldt eind 2008 nog steeds: "This article may require cleanup to meet Wikipedia's quality standards." Men is nog ontevreden.)

Aan het begin van de twintigste eeuw had Wood een zeer eenvoudig experiment gedaan met twee dozen en twee verschillende lichtdoorlatende platen. Eerst legt Wood de werking van een broeikas uit: licht dat de doos ('enclosure') binnenkomt, wordt omgezet in infrarood licht dat niet door glas kan ontsnappen. Hierdoor warmt de doos (de broeikas) op. Infrarood licht gaat echter wel door een plaat van zoukristal (rock-salt) heen. Wood nam twee dozen. Hij dekte de ene doos af met een glasplaat, de andere met een zoutplaat. Voordat het zonlicht de twee lichtdoorlatende platen bereikte, werd het eerst gefilterd door een glasplaat om te voorkomen dat de ene doos (die met de zoutplaat) meer energie (infrarode straling van de zon) zou ontvangen dan de doos met het glazen deksel.

De opstelling van Wood. De doos met de glasplaat houdt het infrarode licht vast, die met de zoutplaat niet. Het verschil is 1°C.

De temperatuur in de dozen van Wood liep op tot ongeveer 55°C. Het temperatuurverschil in de twee dozen bedroeg ongeveer 1°C. Deze uitkomt bevestigde een vermoeden van Wood. Het broeikaseffect is niet zo sterk. "I have always felt some doubt as to whether this action played any very large part in the elevation of temperature. It appeared much more probable that the part played by the glass was the prevention of the escape of the warm air heated by the ground within the enclosure. If we open the doors of a greenhouse on a cold and windy day, the trapping of radiation appears to lose much of its efficacy." Dus, als je een kas open zet, dan ontsnapt de meeste energie door opstijgende warme lucht. Het broeikaseffect zit hem voor het grootste deel in het voorkomen van deze convectie, en voor een veel kleiner gedeelte in de ondoorlaatbaarheid van glas voor infrarood licht. Het broeikaseffect was goed voor ten hoogste een graad Celsius in de dozen.

Je zou Wood, gewoon een nieuwsgierige geest (denk ik), de allereerste klimaatscepticus kunnen noemen vanwege zijn mening dat we het broeikaseffect niet moeten overdrijven. Wat een heerlijke tijd was dat nog in 1909. Als je iets wilde weten, dan nam je twee dozen, twee platen en twee thermometers. Klaar was Wood. Iedereen kan deze proef thuis nadoen om te kijken of het klopt.

Een eerste resultaat ligt er. Wood dacht dat de broeikas slechts een klein effect heeft. Hij concludeert eniszins sceptisch, zonder getallen te noemen en met gepaste bescheidenheid op het einde: "Is it therefore necessary to pay attention to trapped radiation in deducing the temperature of a planet as affected by its atmosphere? The solar rays penetrate the atmosphere, warm the ground which in turn warms the atmosphere by contact and by convection currents. The heat received is thus stored up in the atmosphere, remaining there on account of the very low radiating power of a gas. It seems to me very doubtful if the atmosphere is warmed to any great extent by absorbing the radiation from the ground, even under the most favourable conditions. I do not pretent to have gone very deeply into the matter, and publish this note merely to draw attention to the fact that trapped radiation appears to play but a very small part in the actual cases with which we are familiar."

Natuurlijk is het laatste woord nog niet gesproken... Wordt vervolgd.


Jeroen Vuurboom - 29 dec 2008 (bijgewerkt 29 dec 2008)