Door Arnoud van Adrichem en Chunglin Kwa

Het zou zomaar kunnen gebeuren dat we over zeg een jaar of twintig van eind november tot begin april kunnen schaatsen op de Amsterdamse grachten. Wetenschappers zouden deze ijslaag paradoxaal genoeg wijten aan de opwarming van de aarde, een gevolg van het stilvallen van de oceaancirculatie die ons de warme Golfstroom brengt. Amsterdam ligt immers op dezelfde breedtegraad als de uiterste noordpunt van Newfoundland aan de Canadese kust, waar men het ook zonder warme golfstroom moet stellen. Wie de film The Day After Tomorrow  van Roland Emmerich (2004) heeft gezien zal zich herinneren dat het idee van een bruuske verandering van het klimaat werd uitgewerkt aan de hand van ijsmassa’s die New York overspoelden. De hyperbool maakte van de film een kassucces, maar de ongemakkelijke waarheid (die Al Gore wel over het voetlicht kreeg, al kreeg ook hij kritiek) kwam niet echt over. In mildere vorm is het afkoelingsscenario voor Amsterdam meer dan voor New York zeer wel denkbaar.

Maar een temperatuursprong de andere kant op is ook mogelijk. Door de geleidelijke opwarming van de aarde ontdooien de Siberische toendra’s, grote delen van de permafrost zijn nu vijftien graden warmer dan tijdens hun ontstaan. De toendra’s houden nu nog veel methaan vast – net als koolzuurgas een broeikasgas – maar als dat vrijkomt krijgen we hier misschien een Middellandse-Zeeklimaat. Volgens de voorspellingen kan dat proces zich over dertig jaar voltrekken, maar ook aan het eind van deze eeuw plaatsvinden.

Dit alles lijkt theorie, in de dubbele betekenis van het woord: voorspeld door theoretische modellen en tegelijkertijd veraf, speculatief, ‘theorie’ dus. Toch weten paleontologen dankzij onderzoek in ijskernen naar vroegere klimaatsveranderingen dat de natuur ook in het echt heel springerig is geweest, en dat dus nu ook weer zou kunnen worden. Bij elke snelle temperatuursstijging in het verre verleden vonden ze bijvoorbeeld een methaanpiek.

Waarom zouden we ons niet laten overtuigen door de feiten? Waarom zouden we niet vertrouwen op onze eigen waarnemingen? Neem de warme aprilmaand van 2007 waarin de zon scheen alsof het al juni was. Of kijk naar het jaar daarvóór waarin korte, heftige regenbuien de zomers domineerden op een wijze die we op deze breedtegraad nog niet kenden.

Dit heten ‘lekenwaarnemingen’, waaraan meteorologen en biologen er evenwel nog vele kunnen toevoegen. Trekvogels keren eerder terug dan voorheen, sommige soorten nemen überhaupt niet meer de moeite nog te vertrekken en blijven overwinteren in Nederland. Boeren stappen eerder op hun maaimachines dan pakweg tien jaar geleden; die weten het blijkbaar ook. Het vroege maaien verrast de grutto’s op hun nesten. Dat zijn stumpers die het kennelijk ontgaan is dat de lente tegenwoordig eerder begint, en hun droeve lot haalt de kranten.

De zogenoemde klimaatsceptici werpen tegen dat deze observaties slechts duiden op een geleidelijke opwarming, en dat het bovendien nog niet zeker is of deze trend zich zal voortzetten. Daar hebben ze een beetje gelijk in. Amper drie decennia geleden zagen we in de Verenigde Staten en Engeland enkele jaren lang een trend van afkoeling. De lente begon juist later en voedde de angst voor een nieuwe ijstijd, een angst die nog eens versterkt werd door de vrees voor de bom: na het opklinken van de supersonische boem  komt er een grote hoeveelheid stof in de atmosfeer terecht die zou leiden tot een versnelde afkoeling van de wereld.

Zou leiden, schreven we: inmiddels weten meteorologen (of denken ze te weten) dat de afkoeling een tijdelijk verschijnsel was. Maar ook een paar flinke vulkaanuitbarstingen (qua effect vergelijkbaar met een atoombomarmageddon) zouden voor de nodige afkoelingen kunnen zorgen.

Zo droeg de laatste grote uitbarsting – die van de Pinatubo in de Filippijnen in 1991 – bij aan een wereldwijde temperatuursverlaging van maar liefst een halve graad Celsius. Een nog veel grotere explosie vond plaats in 1883, toen het 25 kubieke kilometer metende gesteente van de Krakatau volledig opging in as en gruis. Op de plek van de vulkaan, waar destijds alleen zee overbleef, groeide een nieuwe grote vulkaan, de Anak (kind van) Krakatau. Sinds een paar jaar is hij actief, en in 2010 kwam het tot een daadwerkelijke uitbarsting. Mogelijk zullen de stofdeeltjes, net als die van de Pinatubo, voor een beetje afkoeling zorgen, naast overigens de stofdeeltjes die het wereldautopark produceert.

Op de keper beschouwd liggen er dus een paar scenario’s op tafel die ons het ergste voorspellen, op een termijn die niet al te ver weg ligt. Binnen vijftig jaar kan het allemaal gebeurd zijn, al laat dat ‘het’ zich vooralsnog niet nader invullen. Ook welke maatregelen we moeten treffen is ongewis. Maar we kunnen wel in kaart brengen op welke verschillende manieren we over de nakende ecologische ramp kunnen nadenken. En dat hoeft niet onmiddellijk reden voor paniek te zijn.

Sommige wetenschappers beschouwen het klimaatsysteem van de aarde als een zeer complexe machine, een apparaat waarvan de temperatuur evenwel met slechts twee knoppen kan worden bediend: warm en koud. Door meer koolzuurgas en methaan de atmosfeer in te jagen brengen we de wereldwijde temperatuur omhoog, met het verspreiden van meer stofdeeltjes zakt de temperatuur weer. Aan de deeltjesknop zitten we natuurlijk liever niet, althans niet om de temperatuur omlaag te brengen. Er zijn overigens wetenschappers te vinden met genoeg hybris om dat wel te willen doen. De andere knop is veelbelovender. Koolzuurgas ontstaat door de verbranding van fossiele brandstoffen, het methaangas in de darmen van koeien, in hoeveelheden die er toe doen; dat methaan inmiddels een probleem vormt komt door de enorme toename van de vleesconsumptie in de afgelopen vijftig jaar. Het tweeknoppenmodel laat duidelijk zien waar de mogelijke handelingsruimte voor de mens ligt: het limiteren van koolzuurgasuitstoot door energiebeperking (en van methaan door inkrimping van de veestapel). Misschien kunnen we, als de techniek een beetje meewerkt, over enige tijd zelfs het teveel aan koolzuurgas uit de atmosfeer verwijderen.

We moeten dan weten hoe het systeem aarde precies reageert op wat je de instelwaarden (de stand van de knoppen dus) van de machine zou kunnen noemen. Daar dienen de zogenoemde General Circulation Models ofwel GCMs voor, die zo groot zijn dat er een supercomputer nodig is van het soort waarvan er in de wereld maar een tiental bestaat, waarop de klimaatmodellen kunnen ‘draaien’. Aan de hand van deze modellen kunnen we het weer voorspellen, het klimaat (leren) begrijpen en klimaatsveranderingen visualiseren. Deze modellen worden gestaag verbeterd, de rekenkracht van de supercomputers neemt almaar toe en er zijn steeds meer meetgegevens om de modellen mee te voeden. Ondanks deze wetenschappelijke vooruitgang zijn onze inzichten gedurende de afgelopen vijftien jaar niet wezenlijk veranderd: de verwachting dat de aarde met 1,5 à 4,5 graden Celsius zal opwarmen is gelijk gebleven.

Deze waarden fungeren als uitgangsgegevens in eveneens zeer grote modellen, die de gevolgen van de temperatuurstijgingen voor een groot aantal regio’s in beeld brengen, zoals vernatting door toenemende neerslag, verdroging of zelfs verwoestijning. In samenhang met de temperatuursstijging (die per regio verschillend kan uitpakken) ontstaat zo een beeld van een wat concreter ingevulde klimaatverandering.

De modellen zijn zo groot en ingewikkeld omdat er heel veel trends tegen elkaar inwerken: ze heffen elkaar op of versterken elkaar juist. Dat geeft de modellen een boekhoudkundig karakter. De claim van de modelmakers is dat ingewikkelde causale regelmechanismen voor contra-intuïtieve uitkomsten zorgen. Een van de voorbeelden voor de huidige wereldmodellen was een model van de huizenmarkt in de Verenigde Staten uit de jaren vijftig. De opsteller ervan, Jay Forrester, die later door zijn modellen voor de Club van Rome de nodige faam zou verwerven, beweerde dat het model aantoonde dat overheidsingrijpen ten bate van een lagere huur averechts zou werken. Je zou in het tot stilstand komen van de Warme Golfstroom, met koude als gevolg, zo’n contra-intuïtief effect kunnen zien.

De totale onderzoeksinspanning rondom deze grotere en kleinere modellen is enorm. Bovendien wordt het onderzoek almaar gedetailleerder. Een onderzoek naar bijvoorbeeld de gevolgen van klimaatverandering voor de drinkwatervoorziening voor een bepaalde regio van een Duitse deelstaat is nu business as usual.

De visie achter dit onderzoek houdt dus een belofte in. We zouden na nog meer onderzoek kunnen achterhalen hoe we de twee knoppen moeten instellen, en hoe snel of langzaam het systeem aarde daar vervolgens op reageert. Idealiter zouden we de grote catastrofe nog net kunnen voorkomen.

We kunnen de houdbaarheid van deze visie testen door het tweeknoppenmodel een beetje ingewikkelder te maken. Want ook zonder de laatste technologische noviteiten kunnen we belangrijke feiten vaststellen. Zo tonen relatief ‘oude’ meetgegevens aan dat er geen eenvoudig verband bestaat tussen de hoeveelheid koolzuurgas die door verbranding van fossiele brandstoffen in de lucht terechtkomt en de concentratie koolzuurgas in de atmosfeer. Als dat verband er wel zou zijn, dan zou er veel meer koolzuurgas in de atmosfeer aanwezig moeten zijn dan we feitelijk kunnen meten. Dat gas blijft dus ergens, de aarde neemt het op, althans grotendeels. Planten nemen een gedeelte op: het extra aanwezige koolzuurgas werkt als een soort meststof. Een ander deel absorberen de oceanen. De aarde neemt zelfs meer koolzuurgas op dan men kan terugvinden, dat zijn de zogenoemde ‘missing sinks’, de nog steeds niet allemaal geïdentificeerde afvoerputjes waarlangs koolzuurgas blijkbaar verdwijnt. Het Kyoto-protocol voorziet in herbebossing van de aarde, waarmee de capaciteit van de aarde om overtollig koolzuurgas op te nemen nog toeneemt.

Dat die reservoirs voor koolzuurgas er blijkbaar zijn, kan een reden voor optimisme betekenen. Het wekt vertrouwen in een zelfregulerend vermogen van de aarde. En het plaatst er een regelknop bij, zoals het Kyoto-protocol laat zien. Maar is dat vertrouwen gerechtvaardigd? Een pessimistische overweging is evengoed mogelijk. Wat als de natuurlijke capaciteit van de opnamereservoirs bijna verbruikt is? Wat als de reservoirs niets meer opnemen en de afvoerputjes verstopt raken? Volgens enkele onderzoekers zal de opnamecapaciteit van de oceanen binnen afzienbare tijd sterk verminderen. Dan neemt de hoeveelheid koolzuurgas in de atmosfeer snel toe, met alle gevolgen van dien. Er is dus nog een scenario bijgekomen dat de mogelijkheid van fataal springerig gedrag door het aardse systeem in beeld brengt.

Sinds 1990 belopen de klimaatonderzoeksbudgetten in de Verenigde Staten jaarlijks meer dan een miljard dollar. Heel veel andere landen in de wereld besteden ook grote sommen geld aan klimaatonderzoek, en een groot deel van dat onderzoek is ondergebracht in wereldwijd gecoördineerde programma’s. De vraag ligt voor de hand: hoe bestaat het dat we niet al veel meer weten over het gedrag van het klimaatsysteem en de eventuele mogelijkheden om dat te beïnvloeden? Toch blijft het trefwoord: onzekerheid. Wie uitkijkt naar een ‘doorbraak’ in het inzicht in het klimaatsysteem en de mogelijkheid van de beheersing ervan, kan wel eens lang moeten wachten. Het idee van een systeem met twee of drie knoppen wekt de schijn dat de aarde een weliswaar complexe maar toch relatief eenvoudig te bedienen machine is. Stel dat er een vierde en een vijfde regelknop bijkomt, is de machine dan alleen gradueel complexer of wordt het een systeem van een heel ander soort? Zo ja, hoe zouden we het moeten benoemen? Chaos? Hoe bestuur je een chaotische machine?

We kunnen ons afvragen of onze verwachtingen rondom klimaatbeheersing überhaupt realistisch zijn. Een enigszins vergelijkbaar ambitieus internationaal onderzoeksprogramma naar de beheersing van grote natuurlijke systemen vond plaats in de jaren zestig en zeventig. De leden van het Amerikaanse Huis van Afgevaardigden vroegen aan de ecologen of zij een ‘early warning-’systeem voor bedreigde ecosystemen konden ontwikkelen, waarop zij (uiteraard) volmondig ‘ja’ antwoordden.

De ecologen begonnen met het opstellen van grote ecosysteemmodellen, die destijds de rekentijd vergden van de zwaarste computers. (Nu zou men kunnen volstaan met een eenvoudige laptop.) Het idee was (en is in het geval van de klimaatmodellen) dat computermodellen het gedrag van een complex systeem nabootsen omdat ze dezelfde structuur kennen als de echte systemen. Ze zijn er als het ware een elektronische ‘afbeelding’ van. In de ecosysteemmodellen kwamen veel meetgegevens samen, verzameld in het veld, over de toename van biomassa in een seizoen en de rondgang van allerlei voedingsstoffen door de verschillende componenten van de ecosystemen. De verwachting was dat men op grond van het onderzoek zou kunnen aangeven binnen welke grenzen ecosystemen stabiel zouden blijven functioneren en welke veranderingen hun voortbestaan bedreigen.

Toen de ecosysteemmodellen rond 1975 op volle kracht draaiden, voldeden ze heel goed aan deze verwachtingen. Misschien zelfs iets te goed. De veronderstelling dat natuurlijke systemen binnen bepaalde grenzen stabiel zijn, ontleenden de ecologen aan de meet- en regeltechniek, zoals toegepast bij het ontwerp van machines. Een automotor regelt zelf zijn temperatuur en oliedruk. Gaat er toch iets mis, dan gloeit er een rood lampje op (de ‘early warning’), waarna de mecanicien kan ingrijpen. De meet- en regeltechniek is gebaseerd op dempende mechanismen. Zo vreemd is het overigens niet om het idee op de natuur te willen toepassen. Er zíjn immers identificeerbare dempende mechanismen in de natuur, zowel in ecosystemen als in het klimaatsysteem. Bovendien zijn deze technische metaforen niet vreemd aan organische systemen: in de jaren dertig van de twintigste eeuw kwam de meet- en regeltechniek zelf weer voort uit reflectie op de werking van het menselijk lichaam.

De idee van beheersbare ecosystemen spoorde bovendien goed met die van de ‘blauwe planeet’: het plaatje van de aarde vanuit de ruimte, een kwetsbare bol tegen een immens zwarte en onpeilbare achtergrond. De foto’s ontroerden velen, en droegen niet weinig bij aan het holistische beeld van één natuur. Het eerste beeld van de blauwe planeet stamt uit 1969, het mooiste beeld (the blue marble) danken we evenwel aan de laatste Apollo-vlucht, de Apollo-17 (1972). ‘Hot diggety dog!’, riep astronaut Ronald Evans tijdens zijn ruimtewandeling toen hij de aarde zag. Vanuit de verte lijkt de aarde net een eenzaam ruimteschip. Niet geheel toevallig lanceerde de Amerikaanse architect Buckminster Fuller drie jaar eerder het idee van een ‘ruimteschip Aarde’ waarvan de handleiding zoek was – dezelfde gebruiksaanwijzing dus die de ecologen in de jaren zestig tevergeefs op schrift probeerden te stellen.

In de jaren tachtig oogsten andere ecologen wat meer succes door ecosystemen in een nieuwe metaforische samenhang te plaatsen: die van los-vast gegroepeerde samenlevingen. Deze metaforische context bood bovendien ruimte aan inzichten uit de evolutietheorie, waarmee veel meer bronnen voor veranderingen in beeld kwamen. Dit nieuwe beeld van ecosystemen evoceert de springerige natuur, die min of meer plotseling van de ene toestand naar de andere kan overgaan – de kleinste variatie in de begintoestand kan leiden tot grote deviaties in het procesverloop. Het technische woord hiervoor is ‘chaos’, maar dan zonder de fatalistische connotatie. Educated guesses over eventuele scenario’s zijn nog altijd mogelijk, en in de toekomst zouden we aan deze scenario’s zelfs bepaalde waarschijnlijkheden kunnen toekennen. Maar de onzekerheid blijft. Misschien moeten we ons eerder richten op vele verschillende toekomsten.

Een belangrijk aspect van het natuurbeeld dat uit de nieuwere ecologie naar voren kwam was dat ecosystemen niet zulke hecht geïntegreerde gehelen waren als men voordien aannam. De Romantische visie van één natuur bleek aan herziening toe. De idee van geïntegreerde ecosystemen nodigde bovendien uit tot het denken in grenzen. Systemen zijn immers afgebakend. Maar uit bijvoorbeeld het biodiversiteitsonderzoek kwam naar voren dat we grenzen voor soorten onderling (planten of dieren) heel anders moeten trekken. Met de medewerking van boeren zou het westen van Nederland in een lokaal paradijs voor de grutto en andere weidevogels kunnen veranderen, maar voor de wolf zou de Veluwe alléén geen betekenis hebben, tenzij hij vandaar af naar Polen op en neer kan.

Niet alleen ecologen zijn leveranciers van natuurbeelden. De blue marble geniet nog steeds een zekere populariteit, hoewel ze sporen van slijtage vertoont. Dat dit beeld inmiddels onder andere fungeert als logo van een vliegtuigmaatschappij lijkt ons een minstens veeg teken. We kunnen voorzichtig vragen gaan stellen. Is onze aarde niet eerder groen dan blauw? Doet het beeld van de blauwe knikker wel recht aan de enorme ruimtelijke differentiatie op aarde? Is het niet net als met het uitzicht vanaf hoge bergtoppen, die altijd weer inspireren tot gevoelens van hybris? Vanuit het dal en de delta ziet de aarde er immer heel anders uit. Het is een ironische omkering van waarden dat de vele ruimtebeelden – de zogenaamde remote sensing-beelden vanuit de satellieten die circuleren voor het wereldwijde klimaatonderzoek – de aarde tonen in een extreme fragmentering, die van de pixels. In de zee van pixels construeert iedere onderzoeker zijn eigen eenheden. Het beeldmateriaal zelf levert ze niet. In de meeste gevallen zijn de eenheden die we te zien krijgen niet die van abstracte ecosystemen maar de aloude landschapselementen, de akkers, hagen en stroomwallen van het cultuurlandschap.

Maar de hamvraag blijft: kunnen we overweg met een springerige aarde? Hoe basaal het misschien ook klinkt, de mensheid moet in elk geval leren om zich aan te passen. Een paar honderd jaar geleden begon ze in zalige onwetendheid aan een experiment zonder weerga: het in relatief korte tijd opstoken van fossiele brandstoffen die honderden miljoenen jaren achtereen het koolzuurgas bonden. Nu we eindelijk de schade van ons handelen inzien ligt het voor de hand dat we het gebruik van fossiele brandstoffen tot een minimum gaan beperken.

Misschien kunnen we slechts hopen dat de onvermijdelijke sprongen van de aarde niet al te groot zullen zijn. Zo bezien is het doen van onderzoek naar de toekomstige drinkwatervoorziening ergens in Europese regio helemaal geen gekke vorm van voorbereiding op wat er ons staat te wachten. Dat het klimaat bij ons in Nederland juist sterk zou kunnen afkoelen en de Amsterdamse grachten maandenlang geschikt zijn om te schaatsen, zou ons kunnen inspireren tot de gedachte dat ‘de’ natuur niet bestaat. De natuur springt niet alleen, ze beweegt overal anders.

Een eerdere versie van dit artikel verscheen in Parmentier jg. 17, nr. 4 (2008).