5. Interacties tussen de mens en de biosfeer ECOSYSTEEM-ECOLOGIE 5. Interacties tussen de mens en de biosfeer 5.1. De ecologische voetafdruk 5.2. Antropogene impact op ecosystemen 5.3. Global Change: klimaatverandering Welk van onderstaande drie gassen is het belangrijkste broeikasgas? a. CO2 b. H2O c. CH4

Invloed van de mens op de biosfeer 5) Klimaatverandering: wereldwijde temperatuurstijging sinds 1860 Wereldwijd gemiddelde temp-stijging sinds 1860: 0.8 +/- 0.2 °C (IPCC 2007) Thermometer-metingen aan het aardoppervlak, al gecorrigeerd voor effect van toenemende urbanisatie rond meteo-stations Korte-termijn variatie < El Niño, NAO, vulkaanuitbarstingen, 11-jarige zonnecyclus lange-termijn trends < variatie zonnestraling, pollutie (aerosols), broeikasgas-emissies vulkaanuitbarstingen El Chichón Pinatubo Agung Katmai 1983 1998 1926 uitzonderlijke El Niño’s 1998 IPCC 3AR 2001 (bovenaan); IPCC 4AR 2007 (onderaan)

Invloed van de mens op de biosfeer 5) Klimaatverandering: wereldwijde temperatuurstijging sinds 1860 www.globalwarmingart.com/wiki/Temperature_Gallery

Invloed van de mens op de biosfeer 5) Klimaatverandering: wereldwijde temperatuurstijging sinds 1860 Global Top 10 Warmest Years (Jan-Dec) Anomaly °C Anomaly °F 2010 0.62 1.12 2005 1998 0.60 1.08 2003 0.58 1.04 2002 2009 0.56 1.01 2006 2007 0.55 0.99 2004 0.54 0.97 2001 0.52 0.94

Invloed van de mens op de biosfeer: 5) klimaatverandering ‘The smoking gun’: stijging CO2 concentratie < antropogene CO2 emissies Evolutie atmosferische CO2 concentratie gemeten op Hawaï (rood) en de Zuidpool (blauw) sinds 1957, en het wereldwijd gemiddelde sinds 1980 op basis van het NOAA luchtmeting-netwerk (zwart) Zaagtandpatroon < seizoenale variatie [CO2] door opname en afgifte in/uit de biosfeer, met piek tijdens de winter in de noordelijke hemisfeer Seizoenale amplitude neemt toe < CO2 fertilisatie: hoge [CO2] (+ temperatuurstijging) stimuleert fotosynthese in ecosystemen zonder gebrek aan N, P of H2O (tropisch woud, boreaal woud) Deels gecompenseerd door toenemende respiratie en afbraak organisch materiaal (arctische toendra) Momenteel is wereldwijde NPP ~6% hoger dan voorheen, zal in de toekomst terug dalen Hofmann et al. 2006 EOS

Invloed van de mens op de biosfeer: 5) klimaatverandering verband tussen CO2 emissies en evolutie CO2 concentratie in de atmosfeer Fossiele CO2 emissies (Gt) CO2 concentratie (ppm) de natuurlijke interglaciale CO2 concentratie is 275-285 ppm vanaf begin 19de eeuw sterk stijgende trend < begin intensieve landbouw USA, plus veen als brandstof vanaf ~1850 verbranding fossiele brandstoffen: start van het Antropoceen dipjes tijdens 1930s Grote Depressie en 1970s oliecrisis voormalige USSR vanaf de late 1930s, ‘3de wereld’ pas vanaf de 1960s maar intussen ~50% van het totaal Ruddiman 2007 Fig 18-5

Invloed van de mens op de biosfeer: 5) klimaatverandering evolutie CO2 concentratie in de atmosfeer: het lange-termijn perspectief 700 verwachting 2100 650 De huidige [CO2] in atmosfeer (2011: 392 ppm) is hoger dan ooit in de afgelopen 800.000 jaar; de [CO2] verwacht voor 2100 is hoger dan ooit in de afgelopen ~20 miljoen jaar Het verschil tussen de huidige [CO2] en pre-industriële [CO2] (voor 1850 AD) is van dezelfde grootte-orde als het verschil tussen ijstijd en interglaciaal Waarom nu dan (nog) geen opwarming van ~8 °C ? 1) Effect CO2 op IR absorptie neemt af met toenemende concentratie 2) Trage respons oceaan tempert opwarming atmosfeer 3) Lange levensduur CO2 in atmosfeer > effect van huidige emissies uitgesteld 600 550 500 Concentratie (ppmv) 450 vandaag 2011 400 350 2 CO 300 piek interglaciaal pre-industrieel 250 200 piek ijstijd 150 400,000 300,000 200,000 100,000 Vostok Ice Core IPCC IS92a Scenario Law Dome Ice Core Mauna Loa Record Years Before Present

Invloed van de mens op de biosfeer: 5) klimaatverandering Kan de temperatuurstijging niet aan natuurlijke processen w. toegeschreven ? Temperatuurafwijking tov 1961-1990 (°C) 95% onzekerheids-enveloppe rond gereconstrueerde waarden IPCC 1990 IPCC 2001 IPCC 1990: duidelijk Middeleeuws Optimum en Kleine IJstijd, maar datareeksen fragmentair en bijna uitsluitend uit Europa IPCC 2001: Mann hockey-stick curve, reconstructie 1000-1980 AD voor de volledige noordelijke hemisfeer a.d.h.v. alle natuurlijke archieven met jaarlijkse resolutie en precisie (jaarringen van bomen, koralen, sommige ijsboringen), gecalibreerd met instrumentele data (rood) over de periode 1902-1980 kritiek wegens gebruikte methodes data-selectie en statistiek, maar intussen correct bevonden

Temperatuurvariatie 0-2000 AD, diverse reconstructies en simulaties Invloed van de mens op de biosfeer: 5) klimaatverandering Temperatuurvariatie 0-2000 AD, diverse reconstructies en simulaties IPCC 2007 IPCC 2007: verschillen tussen reconstructies (volle lijnen) door verschillende selectie datareeksen, of de manier van statistische verwerking van boomringdata Verschillen tussen simulaties (stippellijnen) door verschillen in gesimuleerde duur of geografische verspreiding van het effect van vulkaanerupties, en gevoeligheid voor variatie in zonnestraling en CO2 Recente temperatuurstijging is in alle gevallen een robuust signaal

Invloed van de mens op de biosfeer: 5) klimaatverandering Bijdrage van natuurlijke vs. antropogene klimaatdrijvers vulkanen zon 10Be zon 14C Bd zon 14C St broeikasgassen troposferische aerosols Mid-eeuws Optimum Kleine IJstijd 1816 Temperatuursvariatie (°C) Temperatuursvariatie (°C) temperatuur-fluctuaties toe te schrijven aan vulkaanuitbarstingen en variatie zonnestraling Toename in zonnestraling vnl. ~1920-1960; ongewone cluster grote vulkaanuitbarstingen sinds ~1960 Luchtvervuiling (aerosols) vertraagt opwarming, ~1945-1980 (Eur+NAm+Japan) en vanaf ~2000 (Indië, China)

Invloed van de mens op de biosfeer: 5) klimaatverandering Bijdrage van natuurlijke vs. antropogene klimaatdrijvers: simulaties IPCC 2001 Evolutie wereldklimaat sinds 1860: vergelijking tussen de waarnemingen (rode lijn) en klimaatmodel-simulaties gebruikmakend van a) natuurlijke klimaatdrijvers; b) antropogene klimaatdrijvers; c) natuurlijke + antropogene klimaatdrijvers

Invloed van de mens op de biosfeer: 5) klimaatverandering Hoe warm waren de middeleeuwen? 2003 Tijdsreeks van druifoogst-data in de Bourgogne-streek van 1370 tot 2003 AD, als proxy (indicator) voor lente-zomer temperatuur Zomer-temperaturen zoals in de 1990s hebben zich in midden-Frankrijk herhaaldelijk voorgedaan; enkel de zomer van 2003 was uitzonderlijk Maar: IPCC reconstructies gebruiken proxies voor de gemiddelde jaartemperatuur, en regionaal uitgemiddeld over de hele noordelijke hemisfeer Plus: middeleeuwse wijnen gebruikten niet alleen zongerijpte druiven

Invloed van de mens op de biosfeer: 5) klimaatverandering wetenschappelijke consensus (volle lijn) versus publieke opinie (stippellijn) Het klimaat verandert, de oorzaak is in grote mate antropogeen, en het is een serieus maar oplosbaar probleem Het klimaat verandert, de oorzaak is in grote mate antropogeen, en het einde van de wereld is nabij Het klimaat verandert, maar de oorzaak is niet of in beperkte mate antropogeen

Invloed van de mens op de biosfeer: 5) klimaatverandering IPCC2007 prognose voor de wereldwijd gemiddelde temperatuurstijging 2000-2100 business as usual balanced energy use, global low popn & strong reductions Temperatuurstijging (°C) Ten opzichte van 1980-1999 Onzekerheid op de prognose voor elk scenario afzonderlijk, met gezamenlijke onzekerheid alle klimaatmodellen prognose globaal gemiddelde temperatuurstijging 2001-2100: 1.1-6.4 °C, nl. 1.1-2.9 °C (scenario B1) tot 2.4-6.4 °C (scenario A1F1)

Invloed van de mens op de biosfeer: 5) klimaatverandering CO2 emissie-scenario’s en concentraties 2000-2100 gebalanceerd veel niet-fossiel Business-As-Usual (BAU) veel fossiel BAU, maar alle landen reduceren veel niet-fossiel, bevolking 6.4 Mjd BAU, bevolking 6.4 Mjd CO2 emissies (Gt koolstof) CO2 concentratie (ppm) Emissie-scenario’s: totale wereldwijde CO2 emissies zijn sterk afhankelijk van 1) de effectieve bevolkingsaangroei tot en na 2050 2) industrieel-technologische ontwikkeling en gemiddelde levensstandaard 3) mate van overschakeling naar koolstofvrije brandstoffen Concentratie CO2 < cumulatieve historische emissies, min extra opname door biosfeer en oceaan > stabilisatie CO2 concentratie vereist drastische reductie in CO2 emissies

Invloed van de mens op de biosfeer: 5) klimaatverandering Regionale verschillen in temperatuurstijging 2000-2100 wereldwijd gemiddelde temperatuurstijging 2001-2100: mediaan ~3.2 °C stijging in arctische & boreale gebieden >6 °C; West-Europa 3-4 °C; tropische zeeën 1-2 °C stijging temperatuur gaat gepaard met toenemende variatie: meer extreme jaren en seizoenen IPCC WG1 AR4 SPM (2007)

Invloed van de mens op de biosfeer: 5) klimaatverandering Intensifiëring hydrologische cyclus: trends in regionale neerslag Natte regio’s worden natter, droge regio’s worden droger Landbouwproductie: hogere neerslag weegt uiteindelijk niet op tegen verhoogde evaporatie in warmer klimaat

Invloed van de mens op de biosfeer: 5) klimaatverandering Zeespiegelstijging 2000-2100 2100 2000 prognose zeespiegelstijging 2001-2100: 0.18-0.59 m (IPCC2007) positieve bijdragen door thermale expansie, alpiene gletsjers, Groenland, West-Antarctica gedeeltelijke compensatie door aangroei Oost-Antarctica, maar zal in belang afnemen

Invloed van de mens op de biosfeer: 5) klimaatverandering impact op de cryosfeer Pinatubo In de periode 1979-2002 is het seizoenaal afsmelten van Groenland 16% gestegen, met veel variatie tussen jaren In de periode 1993-2003 is de ijsmassa van Antarctica gegroeid (toename Oost compenseert voor afname West), maar recent is die compenserende trend aan het keren

Invloed van de mens op de biosfeer: 5) klimaatverandering Zeespiegelstijging 2000-2100 2010 afsmelting zee-ijs Arctische Oceaan en rond Antarctica heeft geen direct effect, wel indirect want leidt tot versnelling gletsjerstromen van het vasteland Ruddiman 2001 Fig. 19-13

Invloed van de mens op de biosfeer: 5) klimaatverandering Klimaatverandering en zeespiegelstijging op lange termijn: het komende millennium Indien sterke reductie in totale CO2 uitstoot: na enkele eeuwen stabiliseert de concentratie CO2, maar gaat niet merkelijk omlaag Na equilibratie van de bovenste oceaan, stabiliseert ook temperatuur op een nieuw, hoger niveau Zeespiegelstijging tengevolge thermale expansie stabiliseert pas na ~1000 jaar Zeespiegelstijging door afsmelting van ijskappen gaat gewoon door, Groenland en West-Antarctica smelten wschl. volledig weg > zeeniveau ~30 m hoger dan vandaag

Invloed van de mens op de biosfeer: 5) klimaatverandering Waar gaat de discussie nu eigenlijk over ? Is antropogene klimaatverandering reëel en al merkbaar ? Zijn de IPCC prognoses voor de komende eeuw realistisch ? Zijn de klimaatmodellen een realistische weergave van het echte systeem ? ii) Zijn de diverse emissie-scenario’s realistisch ? Is het Kyoto-protocol de redding ? Is het klimaatprobleem in feite een test van wereldwijde sociale rechtvaardigheid ? Levert het Kyoto systeem van top-down regulering (cf.Kopenhagen) de oplossing ? Vertrouwen we op vrijwillige actie of is (al dan niet gesubsidieerde) ‘rantsoenering’ nodig ?