Kantelpunten in het klimaat in de klas

Klimaatverandering kent veel aspecten, naast klimatologische ook geologische, natuurkundige, biologische, maatschappelijke, economische en politieke. In plaats van deze bij een aantal schoolvakken afzonderlijk te behandelen, kiest Geo Future School voor een integrale aanpak. Hiervoor werkt het KNAG samen met het Netherlands Earth System Science Centre (NESSC).

Klimaatwetenschappers van NESSC maakten samen met leraren twee Geo Future Schoolmodules: over snelle, onomkeerbare veranderingen en ijs, en een module over het paleoklimaat. Zoals gebruikelijk bij Geo Future School (GFS) hebben de modules een opbouw in denkvaardigheden. Het begint met het aanleren van de benodigde basiskennis. Daarna moeten leerlingen kennis toepassen, analyseren of op een creatieve manier verwerken, bijvoorbeeld in een infographic of documentaire. De opbouw in denkvaardigheden maakt de lessen afwisselend en zet leerlingen echt aan het denken. Momenteel wordt de laatste hand gelegd aan een module op het grensvlak van aardrijkskunde en wiskunde. Ook de rekenaars komen dus aan hun trekken. De modules zijn alle drie bestemd voor de bovenbouw havo/vwo.

Abrupte klimaatverandering

Waarom is het belangrijk dat jongeren nadenken over onomkeerbare veranderingen (kantelpunten ofwel tipping points) in het klimaat? Wel, om dezelfde reden als wetenschappers ze bestuderen. Vroeger dacht men dat het klimaat geleidelijk veranderde. Onderzoek heeft echter aangetoond dat het klimaat in het verleden op bepaalde momenten juist abrupt omsloeg. Deze kantelpunten zijn essentieel voor het begrijpen van het klimaat. Als een kantelpunt eenmaal is overschreden, raakt het klimaat voor langere tijd uit evenwicht. Dit heeft ingrijpende gevolgen. Wordt bijvoorbeeld op de ijskap van Groenland een tipping point overschreden waardoor de hele ijskap afsmelt, dan leidt dat tot een mondiale zeespiegelstijging van 7 meter. Gebeurt dat op Antarctica, dan kan het zelfs gaan om tientallen meters. Een indruk van de mondiale impact van het overschrijden van een tipping point kunnen we krijgen vanuit onderzoek naar het paleoklimaat.

Zo’n 56 miljoen jaar geleden vond er een zeer snelle opwarming plaats. Er kwam een enorme hoeveelheid methaangas vrij die tot dan toe in bevroren toestand op de zeebodem was vastgelegd. De gemiddelde temperatuur op aarde, die toen al hoog was, steeg met nog eens ruim 5 graden, waardoor het de warmste episode in de geschiedenis van de aarde werd. Op Groenland groeiden palmbomen en op Spitsbergen leefden nijlpaarden. Als gevolg van de hoge koolstofdioxideconcentraties verzuurden de oceanen. Dit is te zien aan een witte laag sedimenten die in deze periode op de oceaanbodem is neergelegd. Deze witte laag bevat anders dan andere lagen geen kalkskeletjes. Deze zijn destijds opgelost in het verzuurde oceaanwater. Vooral mariene soorten stierven massaal uit. Er waren destijds geen ijskappen op aarde en de zeespiegel moet ongeveer 70 meter hoger hebben gestaan dan nu. Na de recordtemperaturen normaliseerde het klimaat in de loop van de tijd weer. Het systeem aarde zorgt op de lange termijn namelijk steeds voor evenwicht. Op kortere tijdschalen kunnen de effecten echter enorm zijn.

Ook aan het einde van de laatste ijstijd trad een snelle temperatuurstijging op. Onze streken werden door deze opwarming beter bewoonbaar, maar met het vullen van de Noordzee verdween ook enorm veel land permanent onder water.

Hoogste tijd

Dergelijke kantelingen in het klimaat zouden vandaag de dag rampzalige gevolgen hebben. Wereldwijd wonen nu tussen de 300 en 400 miljoen mensen minder dan 5 meter boven NAP. Bij het overschrijden van een tipping point op een van de ijskappen zou dat op termijn niet meer mogelijk zijn zonder grote kunstgrepen. Voor Nederland wordt dan een scenario zoals in de televisieserie Als de dijken breken griezelig realistisch. In dit licht moeten we ook het klimaatakkoord van Parijs zien, dat 174 landen in 2015 ondertekenden. De regeringsleiders spraken af de opwarming van het klimaat te beperken tot 1,5 of 2 graden boven het niveau van vóór het industriële tijdperk. Hopelijk wordt deze doelstelling gehaald en is dat genoeg om te voorkomen dat er tipping points in het klimaat worden overschreden. Zeker weten doen we dat helaas niet. Het is zelfs mogelijk dat we, zonder ons daar direct bewust van te zijn, recentelijk al een tipping point hebben overschreden.

Onderzoek nodig

Tipping points bestaan op meerdere schaalniveaus. In de nieuwe GFS-module wordt bijvoorbeeld de verandering van de Sahara van een savannelandschap met meertjes in een woestijn gerelateerd aan het overschrijden van een tipping point. De tollende beweging van de aardas (precessie) heeft waarschijnlijk zo’n 5000 jaar geleden een fase ingeluid waarin de Sahara minder instraling van de zon ontving. Hierdoor verschraalde de begroeiing, en de moessonwinden namen in kracht af. Ze brachten daardoor minder vocht naar de Sahara, waardoor de begroeiing verder verschraalde. Dit is een voorbeeld van een positieve terugkoppeling. Terugkoppelingen spelen een belangrijke rol in ons klimaat. Ze kunnen een verandering versterken (positieve terugkoppelingen) of juist afzwakken (negatieve terugkoppelingen). Dit mechanisme maakt het lastig om te bepalen of en wanneer een systeem gaat kantelen. Het belang van gedegen klimaatonderzoek naar deze terugkoppelingen is evident. Als we weten dat we een kantelpunt naderen, zijn maatregelen nog mogelijk. Weten we dit niet, dan kunnen we ongemerkt een kantelpunt passeren en zullen eventuele maatregelen geen effect meer hebben. Een wiskundige benadering van kantelpunten kan helpen beter inzicht te krijgen in kantelpunten en terugkoppelingen. Dat is ook precies de insteek die gekozen is voor de nieuwe GFS-module. Naast aansprekende voorbeelden zoals het opdrogen van de Sahara en de armoedeval, bevat de module ook wiskunde. Een prima gelegenheid om op school samen op te trekken met de wiskundecollega’s.

Verdieping

De samenwerking met NESSC maakt het mogelijk de lessen bij de modules te voorzien van allerlei extra’s. Zo kunnen leerlingen via tippingpointahead.nl hun vragen direct stellen aan klimaatwetenschappers (zie kader). Die geven dan antwoord op maat. Een gastles aanvragen kan ook; de expert brengt de leerlingen dan op de hoogte van de meest actuele stand van zaken in de klimaatwetenschap. Verder kunnen docenten bij NESSC materiaal lenen zoals albedometers en ijsmonsters om het klimaatonderzoek nog tastbaarder te maken.

De samenwerking met NESSC laat naar ons idee de idealen van Geo Future School goed zien. Leraren werken samen met wetenschappers aan boeiend, vakoverstijgend onderwijs, waarbij de meest actuele wetenschappelijke kennis direct naar de leerling toestroomt. Leren wordt zo betekenisvoller en ook als docent kun je je kennis up to date houden en uitbreiden met die van collega’s op school. Wij hopen dat er veel gebruik gemaakt wordt van de tipping point-modules in de klas.