Een les over de fysische basis van klimaatverandering kon natuurlijk niet ontbreken in het korfvak Klimaatverandering. In de les van 25 september bracht Sara Vicca (Universiteit Antwerpen, Global Change Ecology Centre of Excellence) een les met basisinformatie over oorzaken, gevolgen en een blik op de toekomst. De studenten kregen meteen ook een aantal belangrijke informatiebronnen mee. Vooral het belang van de rapporten van het IPCC, het Intergouvernementeel Panel voor Klimaatverandering werd benadrukt. Daarin wordt alle kennis over klimaatverandering gebundeld. De rapporten bevatten enkel informatie die is gepubliceerd in wetenschappelijke tijdschriften. Het zijn consensusrapporten die een samenvatting geven van de huidige kennis. Toevallig kwam net op de dag van deze les het special report van het IPCC over de oceanen en crysofeer (gebieden met ijs, sneeuw of permafrost) uit.
Ons klimaat wordt bepaald door de stralingsbalans. Die hangt af van (1) de inkomende zonnestraling, (2) de mate waarin de wordt geabsorbeerd en gereflecteerd (bvb. groter ijsoppervlak = meer reflectie van zonlicht = minder opwarming van het aardoppervlak) en (3) de mate waarin de warmte wordt vastgehouden. Dat laatste wordt gereguleerd door de broeikasgassen in de atmosfeer. Die liggen als een dekentje rond de aarde. De huidige klimaatverandering wordt veroorzaakt door een toename van broeikasgassen in de atmosfeer; het dekentje wordt dus dikker. Dit is in de eerste plaats het gevolg van de uitstoot van het broeikasgas CO2 (koolstofdioxide), maar ook van CH4 (methaan) en N2O (lachgas). Door de toename van deze broeikasgassen in de atmosfeer, stijgt de temperatuur op aarde. Wereldwijd is de gemiddelde temperatuur nu al met ongeveer 1°C gestegen (ten opzichte van de gemiddelde temperatuur tussen 1850 en 1900). Van de 10 warmste jaren, kwamen er 9 na 2000. De top 5 van warmste jaren t.e.m. 2018 is: 2016 > 2015 > 2017 > 2018 > 2014.
Figuur uit het Landmark United in Science Report (2019)
Het ijs smelt en de zeespiegel stijgt
Door de toenemende temperatuur, smelten gletsjers en ijskappen steeds sneller af. Dit water komt in zee terecht en zorgt voor de stijging van het zeeniveau. De grootste ijskappen zijn die van Groenland en Antarctica. Deze bevatten enorme hoeveelheden water. Volledig afsmelten van de Groenlandse ijskap zou de zeespiegel met 7 m doen stijgen. Antarctica bevat nog meer water; het equivalent van 50 m zeespiegelstijging. Hiervan is vooral West-Antarctica, goed voor zo’n 3.6 m zeespiegelstijging, heel gevoelig aan de opwarming. Het afsmelten gaat gelukkig heel traag; naar schatting zou het bvb. bij een globale opwarming van 1 a 2 ⁰C tussen 300 jaar en 1000 jaar duren voor de ijskap op Groenland verdwenen is.
Extreem weer neemt toe
Een verandering van het klimaat leidt onvermijdelijk tot een verandering in de frequentie, intensiteit, ruimtelijke omvang, duur en timing van extreme weersgebeurtenissen zoals hittegolven, droogtes, en overvloedige neerslag. 
Neerslag is vaak een belangrijke factor bij extreme weersgebeurtenissen Als gevolg van de opwarming van de Aarde, neemt de waterdamp in de atmosfeer toe; voor elke graad opwarming, kan de lucht 7% meer water bevatten. Er kan meer water verdampen, en er kan dus ook meer neerslag vallen. Met andere woorden, de watercyclus intensifieert als gevolg van de opwarming.
Een belangrijke rol bij extreme weersgebeurtenissen in onze streken is weggelegd voor de straalstroom. De straalstroom is een band van snelle wind op zo’n 10 km hoogte die in belangrijke mate het weer in o.a. West-Europa bepaalt. Beweegt de straalstroom ten noorden van ons, dan krijgen we warme lucht uit het zuiden, bevindt de straalstroom zich ten zuiden van ons, dan is het hier kouder. De straalstroom wordt aangedreven door het drukverschil tussen Noordpool en evenaar, en dat drukverschil wordt bepaald door het temperatuurverschil tussen beide. Hoe groter het verschil in temperatuur (en dus ook luchtdruk), hoe sneller en rechter de straalstroom beweegt. Omdat de Aarde in het noordpoolgebied sneller opwarmt dan in de tropen, daalt het drukverschil tussen beiden. De straalstroom zwakt af, hij begint meer en meer te meanderen, en blijft ook vaak langer boven dezelfde plaats hangen (de straalstroom blokkeert als het ware). In de zomer zorgt dit ervoor dat we in onze streken vaker te maken krijgen met een hittegolf, die ook nog eens langer kan duren.
Het aantonen van een causaal verband tussen een bepaalde weersgebeurtenis en klimaatverandering is heel moeilijk. We kunnen immers onmogelijk weten hoe het was geweest zonder klimaatverandering. Bovendien worden extreme weersgebeurtenissen vaak veroorzaakt door een combinatie van factoren, wat het nog gecompliceerder maakt om een bepaalde gebeurtenis toe te schrijven aan een bepaalde oorzaak. Maar de wetenschap staat niet stil, en de laatste jaren wordt de link tussen specifieke extreme weersgebeurtenissen en klimaatopwarming steeds duidelijker. Terwijl wetenschappers enkele jaren geleden doorgaans meldden dat geen enkele weersgebeurtenis op zich aan klimaatverandering kon toegeschreven worden, maar de algemene toename van extremen er wel duidelijk een gevolg van is, stelt men nu dat het overgrote deel van de weersextremen een menselijk aandeel heeft: zonder toedoen van de mens zouden deze extremen nooit zo erg geweest zijn en voor een aantal extreme weersgebeurtenissen is aangetoond dat menselijke factoren cruciaal waren.
En zoals ook duidelijk zal worden in deze lessen, brengen deze veranderingen in temperatuur, neerslag, weersextremen, zeespiegel een hele cascade van effecten mee. Een aantal ervan worden geïllustreerd in de figuur hiernaast.
WAT BRENGT DE TOEKOMST?
De keuzes die de mensheid nu en in de komende jaren maakt zullen in sterke mate de toekomst bepalen. Zullen we erin slagen om de broeikasgasemissies snel drastisch terug te dringen – dat zal bepalen in welke mate de opwarming toeneemt, met alle bijhorende gevolgen. Naarmate de Aarde verder opwarmt, zullen bvb. extremen steeds vaker voorkomen. Wanneer de opwarming boven 2 °C stijgt, neemt bovendien de kans enorm toe dat klimaatopwarming zichzelf gaat versterken. Een soort sneeuwbaleffect waardoor verdere opwarming nog heel moeilijk/niet meer kan tegengehouden worden. Om klimaatopwarming te beperken tot 2 °C moet de uitstoot van CO2 met ongeveer 25% afnemen tegen 2030 en met zo’n 85% tegen 2050 (zie figuur hieronder). Om onder 1.5 °C te blijven, moet dit nog sneller en moet de uitstoot tegen 2050 zelfs netto gelijk zijn aan nul. Daarna zal er zo goed als zeker ook CO2 uit de atmosfeer gehaald moeten worden – CO2 die te veel uitgestoten werd.
De uitstoot van broeikasgassen is voor 70-75% gerelateerd aan de verbranding van fossiele brandstoffen (kolen, olie, gas). De overige uitstoot is vooral te wijten aan landgebruik en ontbossing. Dit zijn dus ook de oorzaken die aangepakt moeten worden, wat een hele uitdaging is aangezien onze maatschappij grotendeels draait op energie uit fossiele brandstoffen. Het IPCC concludeerde in het recente SR15 rapport (2018) dan ook dat een snelle en omvangrijke transformatie nodig is op vele vlakken: energieproductie-en consumptie (omschakeling van energie uit fossiele brandstoffen naar hernieuwbare energie), landgebruik (o.a. ontbossing stoppen), infrastructuur (o.a. gebouwen isoleren), en industrie. Alle sectoren moeten betrokken worden en bijdragen tot een systeemtransitie waarbij de broeikasgasuitstoot geëlimineerd wordt. Verschillende aspecten van deze transitie zullen in de loop van de lessen aan bod komen.
Deze figuur combineert de historische uitstoot van CO2 (links; de verschillende kleuren voor de verschillende bronnen: kolen, olie, gas, en landgebruik) met de pathway (weg) die de emissies moeten volgen om de opwarming te beperken tot 1.5°C (of 2°C; dunne gele lijn toegevoegd ter illustratie). De schalen van beide figuren zijn op mekaar afgestemd om de enorme uitdaging duidelijk te maken. De afname van de CO2 emissies moet sneller gaan dan ze ooit stegen. Linkse figuur afkomstig van Global Carbon Project (2018), rechtse figuur van IPCC SR15 (2018).
De ecologie van een wereld in verandering 