Waarom was er een warme periode in Nederland in de middeleeuwen? En waarom is er bij opwarming een focus op de rol van CO₂ en niet op waterdamp?

Warmte in Europa in de Middeleeuwen

Er is in noordwest en centraal Europa veel bewijs voor een wat warmere periode in de Middeleeuwen tussen de jaren 900 tot 1200 AD. Dit weten we bijvoorbeeld door metingen aan boomringen. Veel bomen worden elk jaar dikker omdat ze een nieuwe ring aan de buitenkant van hun stam maken. Boomringen van sommige soorten maken dikkere ringen als het warmer is. Van fossiele boomstronken en hun ringen kunnen we heel precies de ouderdom bepalen en we kunnen er zo uit herleiden hoe warm het was toen ze elke ring maakten. Deze reconstructies laten zien dat er een iets warmere fase was in deze periode (Figuur 1). Nog iets warmer zelfs was het in Europa rond de Romeinse tijd, maar niet zo warm als nu. Toen konden hierdoor in Zuid-Engeland zelfs druiven groeien voor de wijnproductie. Dat is nu ook weer mogelijk, ook in Nederland.

De Middeleeuwse warme periode is gezien de variatie over de laatste 2000 jaar wel relatief warm, maar het was toen zeker niet warmer dan nu. Waarschijnlijk lag de temperatuur net iets (minder dan een graad) onder het gemiddelde van 1960-1990. De laatste tientallen jaren zijn juist weer duidelijk warmer dan de periode 1960-1990.

Figuur 1. Temperatuurveranderingen tijdens de laatste 2500 jaar in centraal Europa, door boomringreconstructie. Oranje lijn: jaarlijkse meetgegevens. Dikke rode lijn: 60-jarig gemiddelde. Dunne rode lijnen: onzekerheidsmarge van de metingen. Zwarte lijn: onafhankelijke meting uit Duitsland. Figuur op basis van bron 1.

Het wereldwijde klimaat in de Middeleeuwen

Wetenschappers doen al lang onderzoek naar dit soort variaties in het klimaat, die plaatsvonden over tientallen tot enkele honderden jaren. Dit doen we om te begrijpen wat de oorzaken zijn en met die informatie beter vooruit te kunnen kijken naar de toekomst. Reconstructies van de temperatuur worden niet alleen in noordwest Europa gedaan, maar over de hele wereld, op land en in zee. Een belangrijk verschil met vandaag de dag: in de Romeinse tijd en Middeleeuwen was het weliswaar relatief warm in delen van Europa maar in andere gebieden was het juist koeler, met name in Azië. Er is geen warme periode in de laatste duizenden jaren aan te wijzen die overal tegelijk plaatsvond. Oftewel, de gemiddelde temperatuur over de hele wereld varieerde nauwelijks. Dat is goed te zien in Figuur 2 waar een gemiddelde van duizenden reconstructies van verschillende plekken is geplot. Dit wijst erop dat de Middeleeuwse warmte een andere oorzaak had dan de opwarming van vandaag de dag, omdat de huidige opwarming wel wereldwijd is (Figuur 2). In de Middeleeuwen veranderde de totale hoeveelheid hitte op het aardoppervlak niet, maar de hitte werd anders over het aardoppervlak verdeeld.

Dit werd veroorzaakt doordat variaties in lucht- en oceaanstroming warmte naar andere plekken transporteerden waardoor het op de ene plek opwarmde en op de andere juist afkoelde.

Figuur 2. Reconstructie van veranderingen in de wereldwijd gemiddelde jaartemperatuur sinds de laatste ijstijd. Deze is gebaseerd op duizenden reconstructies van temperaturen op heel veel plekken op land en in zee (inclusief de boomringenreconstructie van Figuur 1) en gecombineerd met simulaties van klimaatmodellen. De grafiek laat zien dat temperatuurveranderingen sinds het einde van de laatste ijstijd, vanaf ruwweg 10.000 jaar geleden, heel klein zijn. Van 1000 tot 100 jaar geleden is de gemiddelde temperatuur wereldwijd met minder dan 0.2 °C veranderd. Dit staat in sterk contrast met de ~7°C opwarming tussen 17.000 en 10.000 jaar geleden: het einde van de laatste ijstijd. De bovenste kaartjes laten zien hoe sterk temperaturen per regio varieerden. Figuur op basis van bron 2.

De huidige opwarming

Het effect van CO₂ op de temperatuur van het aardoppervlak heeft tegelijk op de hele aarde invloed. De huidige opwarming lijkt daarom meer op het einde van de laatste ijstijd, tussen 17.000 en 10.000 jaar geleden (Figuur 2), dan op de Middeleeuwen. Een toename in CO₂ concentratie speelde ook toen een grote rol in de opwarming van de aarde. Er smolt veel ijs, waardoor minder zonlicht werd gereflecteerd door witte sneeuw en ijs (dit weerkaatsende effect heet het albedo effect). In plaats van weerkaatst werd het zonlicht omgezet in warmte, wat bijdroeg aan de opwarming. Maar ook die wereldwijde opwarming was niet overal hetzelfde. Dichter bij de noord- en zuidpool warmde het oppervlak veel meer op dan in de tropen (zie de kaartjes in Figuur 2) en dat zien we vandaag de dag ook. Omdat lucht- en oceaancirculatie ook veranderde aan het einde van de laatste ijstijd was er in de ene regio veel meer opwarming dan in de andere. Dit is vandaag de dag net zo. Sterker nog, in het noorden van de Atlantische Oceaan is er een gebied dat de afgelopen eeuw iets is afgekoeld (mogelijk komt dit door een verzwakking van de warme golfstroom, die warmte in dit gebied aanvoert). Voor zowel het einde van de ijstijd en nu geldt dat de wereldwijde gemiddelde temperatuur gelijk loopt met de stijging in de CO₂ concentratie in de lucht.

Andere invloeden op de huidige opwarming

De temperatuur volgt niet precies de CO₂ concentratie. In de 20e eeuw is de huidige opwarming als gevolg van CO₂ nog gedempt door andere luchtvervuiling dan CO₂. We brachten namelijk ook kleine zwevende deeltjes in de lucht (aerosolen genaamd) die een deel van de zonnestraling blokkeerden en daardoor de opwarming vertraagden. Mogelijk heeft het relatief schoner worden van de lucht de opwarming de laatste tientallen jaren versneld. Figuur 3 laat zien hoe verschillende factoren, zoals deze aerosolen, een effect hebben op de wereldwijde temperatuur. Overigens is het effect van aerosolen nog best onzeker (zie onzekerheid in Figuur 3) en daarom zijn we voorzichtig in onze uitspraken over de invloed ervan. Daarnaast neemt de oceaan tijdens sommige perioden meer hitte op en dat zorgt voor minder opwarming van de atmosfeer (en inderdaad, de opwarming van de oceaan volgt de stijging van de CO₂ concentratie nauwkeuriger dan de temperatuur van de atmosfeer). Een verdere verklaring is dat de opwarming iets achterloopt bij de CO₂ toename. Dit komt vooral doordat oceaanwater heel veel warmte op kan nemen, maar het een tijd duurt voordat de temperatuur van de oceaan omhoog gaat. Als de CO₂ concentratie stabiliseert duurt het nog ongeveer een eeuw voordat de temperatuur van de oceanen niet meer toeneemt.

Figuur 3. Veranderingen in de stralingsbalans tussen 1750 en 2019. De staven geven de beste schatting aan van de totale invloed op het klimaat van verschillende zaken. Bovenaan staat de invloed van CO₂ op de totale energie aan het aardoppervlak (effectieve stralingsforcering). De toegenomen energie leidt tot opwarming. Ook de uitstoot van andere broeikasgassen, zoals methaan, speelt een rol. Aerosolen hebben de opwarming afgeremd omdat velen daarvan zonlicht weerkaatsen. Foutmarges (zwarte lijnen) geven de 95% zekerheid aan. Figuur op basis van bron 3.

Andere oorzaken dan CO₂ en de rol van waterdamp

Naast CO₂ zijn er ook andere door de mens geproduceerde broeikasgassen, met name methaan (CH₄), stikstofgassen (N₂O) en ozon (Figuur 3). Het opwarmende effect van de uitstoot van deze gassen is niet zo groot als die van CO₂, vooral omdat de hoeveelheden kleiner zijn. Waterdamp is ook een sterk broeikasgas. Vocht in de atmosfeer houdt namelijk zeer effectief warmte vast, en dat voel je in de tropen, maar het vocht condenseert en het regent ook zeer makkelijk uit. Een warmere atmosfeer kan echter meer waterdamp bevatten voordat het uitregent, ongeveer 7% per graad Celsius. Dit zorgt ervoor dat de hoeveelheid regen in Nederland toeneemt. Het zorgt ook voor meer extreme regenval zoals we de afgelopen jaren zoveel zien. Omdat waterdamp zo’n sterk broeikasgas is werkt het dus als een versterker van het broeikaseffect. Het is de belangrijkste aanjager van de opwarming die door andere broeikasgassen wordt veroorzaakt. Waarom ligt de focus dan op CO₂ en niet op waterdamp? Omdat de toename in waterdamp niet direct door de mens wordt veroorzaakt. Met andere woorden: we kunnen als samenleving wel bepalen hoeveel CO2 we uitstoten, maar niet hoeveel waterdamp de atmosfeer kan bevatten. Zie ook: Hoe belangrijk is water als broeikasgas en waarom krijgt dit broeikasgas zo weinig aandacht?

Ondanks het smelten van sneeuw en ijs lijkt het erop dat de totale zonnereflectie van het aardoppervlak (albedo) is toegenomen (Figuur 3). Dit komt met name doordat donker bos is gekapt om plaats te maken voor landbouwgrond, wat beter zonlicht reflecteert.

Zonneactiviteit is ook een factor, maar geen grote omdat de variaties heel klein zijn vergeleken met andere factoren (Figuur 3). Er zijn langjarige variaties geweest in de zonneactiviteit, met name in de periode na de warme middeleeuwen. Ze zijn nét meetbaar, maar hebben geen direct groot opwarmend effect. Indirect mogelijk wel, doordat de zonneactiviteit ook de wolkenvorming beïnvloedt. Dat heeft regionaal best wat temperatuureffecten en ook neerslagverandering tot gevolg.

Conclusie

Kortom, hiermee beantwoorden we twee vragen. Het eerste antwoord benadrukt het verschil tussen wereldwijd en regionaal klimaat. Regionaal klimaat kan door allerlei zaken variëren, met name door veranderingen in waar hitte vanuit de tropen naartoe wordt getransporteerd, zoals tijdens de Middeleeuwen gebeurde. Alleen variaties in de wereldwijde stralingsbalans, zoals door broeikasgassen, albedo en aerosolen, zorgen voor wereldwijde klimaatverandering. Die hebben we sinds de laatste ijstijd niet meer gezien, tot nu. Het tweede antwoord verklaart de focus op CO₂. Die is er omdat CO₂ zo’n grote rol speelt in de wereldwijde opwarming, die op zijn beurt zichzelf versterkt door de toename in waterdamp. Ook andere broeikasgassen spelen een rol. Alle mogelijke factoren worden meegenomen in het onderzoek naar klimaatverandering maar CO₂ heeft simpelweg de meeste invloed op de wereldwijde temperatuur.