De kooldioxide (CO2) concentratie in de atmosfeer stijgt de laatste eeuwen voornamelijk door de verbranding van fossiele brandstoffen, zoals kolen, aardolie en aardgas. Op grond van een vijftal argumenten kan dit worden vastgesteld.

De mens is de hoofdoorzaak van de CO2 stijging sinds de industriële revolutie. Dit blijkt uit de volgende argumenten, die hieronder uitgewerkt worden:
De stijging van de CO2 concentratie in de atmosfeer
1. …gaat gelijk op met het gebruik van fossiele brandstoffen.
2. …gaat gepaard met een daling van het zuurstofgehalte in de atmosfeer.
3. …gaat gepaard met een verandering in de isotopen samenstelling van CO2.
4. …ijlt op het Zuidelijk Halfrond na op die op het Noordelijk Halfrond.
5…..leidt tot meer opslag van CO2 in oceanen en veroorzaakt verzuring.

1.De CO2 stijging gaat gelijk op met het gebruik van fossiele brandstoffen
Tussen 1970 en 2004 zijn zowel het tempo van de stijging (de toename van de CO2 concentratie per jaar) als het jaarlijkse gebruik van fossiele brandstoffen bijna verdubbeld (figuur 1). Zo bedroeg de uitstoot in 2005 zo’n 8 miljard ton koolstof tegen 4 miljard ton koolstof in 1970. In diezelfde periode is de groei van de CO2 concentratie in de atmosfeer toegenomen van 1 naar 2 ppm per jaar.

De overeenkomst tussen de toename van CO2 in de atmosfeer en de trend in de uitstoot van fossiele brandstoffen bevestigen de stelling dat de toename van CO2 veroorzaakt is door de uitstoot van broeikasgassen door de mens.

Figuur 1: CO2 toename in de atmosfeer in ppm per jaar in relatie tot de mondiale uitstoot in miljard ton koolstof per jaar.
Bron IPCC, 2007.

2. De CO2-stijging gaat gepaard met een daling van het zuurstofgehalte in de atmosfeer.
Voor de verbranding van fossiele brandstoffen is zuurstof (O2) nodig waarbij CO2 en water (H2O) ontstaan. De daling van het zuurstofgehalte in de atmosfeer stemt overeen met de hoeveelheid verbruikte brandstoffen (figuur 2) (zie vraag “Neemt de hoeveelheid zuurstof af door verbranding van fossiele brandstoffen?”). Als de opwarming van de oceanen de oorzaak zou zijn van de CO2 stijging, zou je een stijging van het zuurstofgehalte in de atmosfeer verwachten. De oplosbaarheid van zuurstof in water neemt, net als die van CO2, af bij toenemende temperatuur.

Figuur 2: Recente CO2 concentraties en emissies. (a) Toename CO2 concentratie en afname zuurstofgehalte (maandelijks gemiddelde). Vanwege meer landoppervlak met vegetatie op het noordelijk halfrond is er een sterke seizoenscyclus van atmosferisch CO2. Het verschil tussen minimum en maximum bedraagt circa 6 ppm. Ook zuurstof vertoont door de wisselwerking met de biosfeer een sterke seizoenscyclus (b) Jaarlijkse mondiale CO2 emissies door de verbranding van fossiele brandstoffen en cementproductie in miljarden ton koolstof per jaar (zwarte lijn) en de afnemende isotopenverhouding 13C/12C. Bron: IPCC, 2007.

3. De CO2 stijging gaat gepaard met een verandering in de isotopen samenstelling van CO2.
Ook aan het gewicht van de CO2 in de atmosfeer kunnen we zien dat de oorzaak van de toename verbranding is. Niet alle CO2 is hetzelfde. Koolstof komt van nature voor in drie isotopen. Zij verschillen van elkaar in gewicht. Ongeveer 99% van de koolstof op aarde is koolstof-12 (12C), ongeveer 1% is 13C en een zeer kleine fractie is 14C.

De toename van de CO2-concentratie in de atmosfeer gaat gepaard met een afname van het aandeel 13C en 14C. Dit komt doordat in fossiele brandstoffen het aandeel 13C en 14C kleiner is dan in het atmosferische CO2.

Fotosynthese heeft een voorkeur voor 12C, waardoor planten en dus ook fossiele brandstoffen relatief weinig 13C bevatten. Het koolstof-14 isotoop ontstaat hoog in de atmosfeer door interactie van lucht met kosmische straling. Dit isotoop is radioactief en heeft een vervaltijd van ongeveer 5700 jaar. Fossiele brandstoffen, die miljoenen jaren onder de grond hebben gezeten, hebben daarom vrijwel al hun 14C verloren.

Door verbranding van fossiele brandstoffen neemt het aandeel van 13C (figuur 4b) en 14C in de atmosfeer dus af. Het 14C gehalte in de atmosfeer, afgeleid uit boomringen, nam in de periode 1850-1954 inderdaad af (Suess, 1955). Na 1954 werd het 14C gehalte verstoord door nucleaire testexplosies. Waarnemingen laten eveneens een daling zien van het 13C gehalte in de atmosfeer (Keeling et al., 1979; IPCC 2007). Deze waargenomen veranderingen zijn consistent met veranderingen in de verschillende koolstofstromen over de laatste eeuw.

4. De CO2 stijging op het Zuidelijk Halfrond ijlt na op die op het Noordelijk Halfrond.
De uitstoot van CO2 door menselijke activiteiten gebeurt vooral op het Noordelijk Halfrond met het meeste land en industriële centra. De uitwisseling van lucht tussen het Noordelijk en het Zuidelijk halfrond duurt ongeveer twee jaar. De CO2 concentratie op het Zuidelijk Halfrond ijlt inderdaad ongeveer 2 jaar na op die op het Noordelijk Halfrond. Het verschil in CO2 concentratie tussen de twee halfronden is in de loop der tijd toegenomen, in overeenstemming met de toegenomen jaarlijkse uitstoot van CO2 (figuur 3).

Figuur 3: CO2 toename in de atmosfeer in ppm per jaar in relatie tot de mondiale uitstoot in miljard ton koolstof per jaar. Bron IPCC, 2007.

5. De CO2 stijging leidt tot meer opslag van CO2 in oceanen en veroorzaakt verzuring.
Van de CO2 uitstoot door menselijke activiteiten blijft ongeveer 60% achter in de atmosfeer, 20% verdwijnt in de oceanen en 20% verdwijnt in de biosfeer (Canadel et al, 2007). Door de opname van de extra CO2 door de oceanen neemt de verzuring van de oceanen toe. Sinds 1750 is de zuurgraad (pH) van het oceaanwater gedaald met circa 0,1. Van ontgassing en netto transport van CO2 van de oceanen naar de atmosfeer is dus geen sprake, de CO2 concentratie in de oceanen neemt juist toe.

Zijn er tegenargumenten?
Als tegenargument voor de menselijke invloed op de stijging van de CO2 concentratie wordt doorgaans genoemd dat de mens jaarlijks relatief weinig CO2 aan de atmosfeer toevoegt, namelijk slechts 3% ten opzichte van de natuurlijke koolstofstromen (zie de koolstofcyclus). Kleine veranderingen in de koolstofkringloop door natuurlijke processen kunnen volgens dit argument daardoor de oorzaak zijn van de huidige CO2 stijging.

Bijvoorbeeld, de CO2 stijging zou het gevolg kunnen zijn van de temperatuurstijging, omdat de oplosbaarheid van CO2 in water afneemt bij toenemende temperatuur. De waargenomen temperatuurstijging van het zeewater zou dan dus kunnen leiden tot ontgassing en netto transport van CO2 van de oceanen naar de atmosfeer. De waargenomen verzuring van de oceanen geeft echter aan dat er geen sprake is van ontgassing van de oceanen.

Ook is het feit, dat de jaarlijkse CO2 uitstoot door menselijke activiteiten momenteel slechts 3% bedraagt van de natuurlijke koolstofstromen, niet voldoende als tegenargument. Gedurende de laatste tienduizend jaar tot aan de industriële revolutie zijn de (natuurlijke) koolstofstromen nagenoeg constant gebleven getuige een nagenoeg stabiele CO2 concentratie in de atmosfeer, schommelend tussen 260 en 280 ppm. Een toevoeging van CO2, hoe klein ook, verstoort dit (quasi-)evenwicht. In combinatie met de relatief lange verblijftijd van CO2 in de atmosfeer (50 tot 200 jaar) (IPCC, 1994) accumuleert de extra CO2 in de atmosfeer.

Het is wel zo dat de CO2-concentratie ook varieert doordat de biosfeer het ene jaar meer CO2 opneemt dan het andere. Deze natuurlijke variaties zijn echter kleiner dan de stijging door menselijke emissies in de afgelopen decennia.

Laatste update: 11 augustus 2011

Meer lezen:
Neemt de hoeveelheid zuurstof af door verbranding van fossiele brandstoffen?
Bepaalt de temperatuur de CO2 concentratie of andersom?

De koolstofcyclus


Referenties:
IPCC, 1994: Climate Change 1994: Radiative Forcing of Climate Change and an Evaluation of the IPCC IS92 Emission Scenarios. J.T. Houghton, L.G. Meira Filho, J. Bruce, Hoesung Lee, B.A. Callander, E. Haites, N. Harris and K. Maskell (eds), Cambridge University Press 1995.

IPCC, 2007: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 996 pp.

Keeling, C.D., W.G. Mook, and P.P. Tans, 1979: Recent trends in the 13C-12C ratio of atmospheric carbon- dioxide. Nature, 277, 121-123.

Suess H.E., 1955: Radiocarbon content of modern wood. Science, 122, 415-417.