Ongeveer 60 jaar geleden begon David Keeling zich een weg te banen naar de kant van Mauna Loa. Op 11.135 voet boven zeeniveau stopte hij bij een klein, grijs betonnen gebouw - het enige teken van menselijk leven tussen mijlen en mijlen lavasteen, afgezien van een bijgebouw op ongeveer 50 meter van het gebouw. Keeling, een 30-jarige wetenschapper uit Californië, had aanvankelijk naam gemaakt in de wetenschapsgemeenschap door een unieke methode te ontwikkelen voor het bemonsteren van kooldioxide, die een aantal intrigerende patronen had onthuld - namelijk dat de atmosferische concentratie van kooldioxide was relatief uniform over het gehele noordelijk halfrond, gemiddeld ongeveer 310 delen per miljoen. Nu kwam hij naar de top van 's werelds grootste vulkaan om in te checken voor een nieuw project waarvan hij hoopte dat het de manier zou veranderen waarop de wetenschappelijke gemeenschap atmosferisch kooldioxide meet.
Keeling was in Hawaï terechtgekomen op aandringen van Harry Wexler, de directeur van de divisie Meteorological Research van het US Weather Bureau. Een paar jaar eerder was Keeling naar Washington, DC gevlogen om Wexler te ontmoeten en had hij binnen enkele uren de directeur overtuigd om het koolstofmeetprogramma van het Weather Bureau volledig te herzien. Wat de wereld nodig had, betoogde Keeling, waren een paar afgelegen locaties over de hele wereld, die continu fluctuaties meten in de hoeveelheid koolstofdioxide die de atmosfeer binnenkwam of verliet.
Keeling kreeg zijn wens, zelfs als Wexler niet per se die van hem kreeg: in plaats van lid te worden van het Weather Bureau, nam Keeling een positie in bij het Scripps Institution of Oceanography en passeerde hij een kantoor zonder ramen bij de Marine Observatory voor de zeebries van San Diego. Maar Keeling en Wexler onderhielden een professionele relatie, waardoor zowel Scripps als de federale overheid konden meewerken aan het meetprogramma dat werd opgezet in Mauna Loa - een publiek en privaat partnerschap dat nog tientallen jaren zou voortduren. In maart 1958 begonnen de eerste continue metingen van kooldioxide op het observatorium; maanden later, in november, bezocht Keeling de site voor het eerst.
Al na enkele maanden in het programma leverde de monitoring bij Mauna Loa al revolutionaire resultaten op. In november, toen Keeling voor het eerst de bochtige trektocht boven de vulkaan maakte, toonden de metingen aan dat de concentratie koolstofdioxide toenam - langzaam, maar gestaag. Toen gebeurde in de zomermaanden het tegenovergestelde, met dalende kooldioxideconcentraties. Het patroon herhaalde zich bijna exact in het tweede jaar van metingen. Keeling was gefascineerd.
"We waren voor het eerst getuige, " schreef hij in zijn autobiografie, "de natuur zuigt CO2 uit de lucht voor plantengroei tijdens de zomer en retourneert het elke volgende winter." Ze hadden in wezen een foto gemaakt van het noordelijk halfrond ademhalen en vrijgeven - kooldioxide uitademen terwijl bossen kaal worden voor de winter, en inademen terwijl de bladeren elke zomer terugkeren.
De seizoensgebonden opname en afgifte van koolstofdioxide zou slechts een van de verbluffende fenomenen blijken te zijn die worden geïllustreerd door de metingen bij Mauna Loa. In de loop van de volgende 60 jaar zouden de gegevens van het observatorium iets veel onheilspellends in de atmosfeer onthullen: een snelle toename van kooldioxide in de atmosfeer, veroorzaakt door het verbranden van fossiele brandstoffen.
"Als de mensheid de 21e eeuw overleeft met de enorme toename van de bevolking die nu onvermijdelijk lijkt, " zei Keeling tijdens een toespraak die zijn onderzoek aan de American Philosophical Society in 1969 presenteerde, "de mensen die toen leefden, samen met hun andere problemen, kan ook worden geconfronteerd met de dreiging van klimaatverandering als gevolg van een ongecontroleerde toename van atmosferische CO2 uit fossiele brandstoffen. "
De oorspronkelijke structuur van het Mauna Loa Observatorium, genaamd het Keeling-gebouw. (Ted Coran) Ongeveer 400.000 jaar geleden doorbrak een vulkaan onder water het oppervlak van de Stille Oceaan. De daaropvolgende honderdduizenden jaren bleef de vulkaan barsten in cyclische uitbarstingen en groeide snel totdat deze ongeveer 13.680 voet boven de zee uitsteeg. Lava stroomde langs de zijkanten van de berg en verhardde uiteindelijk om het grootste deel van het Grote Eiland van Hawaï te vormen. Voor de inheemse Hawaiianen die het eiland voor het eerst bevolkten, werd de vulkaan bekend als Mauna Loa of Long Mountain - een indicatie van de geleidelijke hellingen die ongeveer 19.000 kubieke mijl omvatten, waardoor het de grootste vulkaan ter wereld is. In 1951 werd op de top een klein weerobservatorium geopend - het Mauna Loa Summit Observatory genoemd - het resultaat van een alliantie tussen het US Weather Bureau, de Park Service, de Amerikaanse marine en gevangenisarbeiders, die jarenlang de wikkeling uithielden weg die naar de top van de vulkaan zou leiden. Vier jaar later werd het Mauna Loa Observatorium een paar duizend voet langs de vulkaan gebouwd vanaf de oorspronkelijke topstructuur; vandaag blijft het een van de belangrijkste observatoriumstations ter wereld.
Het Mauna Loa Observatorium is weinig veranderd sinds Keeling zijn eerste bezoek bracht in 1968. Een tweede gebouw trad toe tot de oorspronkelijke structuur in 1997, en de faciliteit heeft overdekt sanitair, waardoor het bijgebouw grotendeels verouderd is, tenminste voor bezoekers. Andere projecten strijden nu om onderzoekstijd op het observatorium; meer dan 70 projecten, geleid door instellingen over de hele wereld, meten ongeveer 250 atmosferische bestanddelen, van aerosolen tot zonnestraling. Maar het zijn nog steeds de continue koolstofmetingen van het observatorium - de langstlopende ter wereld - die de meeste aandacht trekken. Tegenwoordig is de grafiek op basis van die metingen grotendeels bekend onder een andere naam: de Keeling Curve, die Thomas J. Barton, een voormalige president van de American Chemical Society, 'een icoon van de moderne wetenschap' noemde.
De koolstofmetingen op het observatorium zijn ontleend aan luchtmonsters genomen op de top van een toren van 130 voet, een structuur die opvallend misplaatst is in een omgeving die kaal is van iets groter dan een gebouw met één verdieping. Honderddertig meter hoog is de lucht grotendeels vrij van lokale vervuiling die soms de berg op kan worden gedragen door een inversielaag die ontstaat wanneer de zon de berg opwarmt, die overdag vanuit lagere hoogten lucht trekt en 's nachts naar beneden . Vanuit de toren trekken twee lijnen luchtmonsters naar een kleine kamer in het tweede gebouw van het observatorium. Tegenwoordig draaien zowel NOAA als Scripps gelijktijdige meetprogramma's bij Mauna Loa, met dezelfde luchtmonsters, maar met iets andere technieken (NOAA begon zijn monitoringprogramma in de jaren '70 en heeft stations over de hele wereld opgezet, van Mauna Loa tot Barrow, Alaska naar de zuidpool).
Het originele apparaat dat door Charles Keeling wordt gebruikt om atmosferische concentraties koolstofdioxide te meten. (Ted Coran) Keeling stierf in 2005, maar zijn nalatenschap is voelbaar in het observatorium, van de speciale plaquette aan de buitenkant van het oorspronkelijke gebouw tot het originele koolstofmeetinstrument genesteld in plexiglas in de gang van het tweede gebouw. Zijn invloed is misschien wel het meest opvallend in de toewijding van het programma aan zorgvuldige meting en kalibratie. Uurmonsters worden tussen 15 minuten gekalibreerd aan elke kant en een kalibratie van een uur wordt elk 25e uur uitgevoerd. De resulterende metingen worden ook uitgevoerd via een computerprogramma dat eventuele uitbijtergegevens markeert - alles met te veel fluctuaties of een hoger dan verwachte waarde - voor handmatige goedkeuring. Alle verzamelde gegevens worden ook vergeleken met 15 andere laboratoria over de hele wereld, en de NOAA- en Scripps-programma's onderzoeken hun resultaten regelmatig tegen elkaar. Gewoonlijk is het verschil zo verwaarloosbaar dat het praktisch niet bestaat.
"Als je kijkt naar de plot van CO2 bij Mauna Loa, is het verschil tussen [het Scripps] -programma en ons programma minder dan de dikte van de lijn op de plot", zegt Pieter Tans, hoofd van de Carbon Cycle Greenhouse Gases Group in de Global Monitoring Division van NOAA's Earth System Research Laboratory. "Het is echte kwaliteitsborging."
Het Mauna Loa Observatory-complex. (Ted Coran) Maar de erfenis van Keeling van zorgvuldige metingen is niet de enige reden dat onderzoekers van zowel NOAA als Scripps zoveel moeite doen om ervoor te zorgen dat hun resultaten onaangetast zijn. Sinds Keeling zijn bevindingen voor het eerst presenteerde aan de American Philosophical Society in 1968, is de conclusie dat atmosferisch koolstofdioxide in toenemende mate voornamelijk te wijten is aan de acties van de mensheid een van de meest polariserende onderwerpen in de Amerikaanse politiek geworden. Bijna een kwart van de Amerikanen gelooft dat er geen solide aanwijzingen zijn dat de aarde de afgelopen decennia warmer is geworden, terwijl bijna 30 procent van de Amerikanen de opwarming van de aarde niet als een serieus probleem beschouwen.
In dezelfde periode is koolstofdioxide met een alarmerend hoge snelheid de atmosfeer binnengekomen - sneller dan ooit tevoren in de geschiedenis. Tegelijkertijd heeft de planeet een verbluffende reeks recordbrekende temperatuuruitrekkingen gezien, met 10 van de warmste jaren ooit geregistreerd na 1998. Onlangs passeerde de meting van atmosferisch koolstofdioxide bij Mauna Loa 400 delen per miljoen, een 42 procentuele stijging ten opzichte van pre-industriële niveaus. Ervoor zorgen dat hun aantal niet te ontkennen is, is niet alleen een goede wetenschap, maar ook bescherming tegen de dreigende winden van een onstuimig politiek klimaat.
Toch zijn de onderzoekers die verantwoordelijk zijn voor het verzamelen van de gegevens bij Mauna Loa bijna koud, apolitiek, ondanks alle politieke conflicten rondom antropogene klimaatverandering. Zowel Tans als Ralph Keeling - de zoon van David Keeling, die het Scripps-gedeelte van het programma overnam na de dood van zijn vader - zien hun rol niet zozeer als het beïnvloeden van beleid, maar het verzamelen van belangrijke gegevens.
"Ik ben op dit gebied gekomen om het beleid niet te veranderen, maar om dingen over de aarde te ontdekken, en ik blijf dat als mijn belangrijkste motivatie zien, " zegt Ralph Keeling. "Ik denk dat het proces van het uitzoeken wat de maatschappij moet doen en hoe veranderingen moeten worden aangebracht, nog steeds mensen zoals ik vereist die gewoon feiten verzamelen." De rest, zegt hij en Tans, is aan de beleidsmakers van de wereld.
Hoewel de jongere Keeling misschien gelooft in het buiten de wetenschap houden van de politiek, betekent dit niet dat de wetenschap niet wordt beïnvloed door de politiek. Minstens de helft van de financiering van het partnerschap - het NOAA-deel - is afkomstig van de federale overheid, die de afgelopen jaren verschillende keren heeft gepoogd om de financiering voor NOAA-onderzoek zonder weersomstandigheden te verlagen. Die politieke grillen, onder andere, maken het partnerschap met Scripps zo waardevol voor de continuïteit van het programma, legt Tans uit.
"Het is mogelijk dat een toekomstige president of congres besluit dat klimaatverandering een hoax is, en we gaan het programma van NOAA inperken", zegt hij. “Dus het is ook een verzekering tegen dergelijke grillen. We willen niet dat het Mauna Loa-record wordt stopgezet, dus het is belangrijk dat niet één lab, maar verschillende labs in verschillende landen dit allemaal doen. "
Een zicht op Mauna Kea vanaf de top van het Mauna Loa Observatorium. (Ted Coran) Zorgen voor constante financiering voor het Scripps-gedeelte van het programma is ook niet zonder valkuilen. Onderzoek op lange termijn, legt Keeling uit, is vaak de herkomst van federale agentschappen, die vaak een meer voorspelbare financieringsstroom hebben voor projecten met een langere tijdlijn. Voor particuliere bureaus ligt de focus vaak op nieuwe ontdekkingen - niet op de voortdurende monitoring van een bekend fenomeen.
"De uitdaging is dat er een idee is, als een concept van wat de wetenschapsonderneming zou moeten zijn, dat je de ene plaats moet gaan en een ontdekking moet doen en dan moet je naar een andere plaats gaan en een andere ontdekking doen, " zegt Keeling . “Dat was een probleem waar mijn vader voor stond, en in zekere zin moet de gemeenschap die hiermee bezig is, blijven antwoorden. Het antwoord is dat we niet steeds maar hetzelfde bestuderen - we kijken naar de aarde in een tijd van buitengewone verandering en het zou heel onverantwoordelijk en vreemd zijn om de informatiestroom gewoon uit te schakelen. "
De constante monitoring van atmosferische koolstofdioxide bij Mauna Loa is misschien een belangrijke nieuwe fase ingegaan - monitoring van de wereldwijde inspanningen om de uitstoot van broeikasgassen te beperken. In december kwamen bijna 200 landen bijeen in Parijs en kwamen overeen inspanningen te leveren om de wereld ruim onder de 2 graden Celsius van opwarming te houden - de consensuslimiet voor wanneer de gevolgen van klimaatverandering echt, heel erg zouden worden. Milieuactivisten en klimaatwetenschappers hebben de overeenkomst over het algemeen toegejuicht, maar er was een belangrijk punt van zorg: hoe zou de wereld weten of landen hun beloften nakomen? Hoe konden we er zeker van zijn dat de overeenkomst echt werkte?
Dat is waar NOAA's Tans denkt dat het koolstofmeetprogramma nuttig kan zijn - en waar hij het programma in de toekomst ten minste gedeeltelijk ziet lopen.
“Er moet een manier zijn om objectief te verifiëren in hoeverre dit beleid daadwerkelijk succesvol is. We hebben lang nagedacht over hoe we dit kunnen doen, hoe we metingen kunnen doen op een zodanige manier dat als een beleidsdoel 20 procent minder uitstoot in 10 jaar is, we dat daadwerkelijk kunnen meten vanuit de atmosfeer? ”Tans zegt.
NOAA's onderzoekers oefenen in het meten van bekende methaanbronnen in de VS om de reducties in broeikasgasemissies te meten en te kwantificeren. Nu richten ze hun aandacht op koolstofdioxide in steden, proberen ze een methode te bedenken die veranderingen in koolstofemissies op stadsniveau kan opvangen en zelfs kunnen vaststellen of die koolstof afkomstig is van een natuurlijke bron of van de verbranding van fossiele brandstoffen .
Voor een project dat meer dan de helft van de vorige eeuw heeft besteed aan het in kaart brengen van de gevaarlijke invloed van de mens op het klimaat, is het een hoopvol vooruitzicht. "Als het akkoord van Parijs zijn vruchten afwerpt en tot vermindering van de uitstoot leidt, zullen we dat in het record van Mauna Loa zien verschijnen, en dat zal een nieuwe ontdekking zijn - we zullen zien dat mensen de bocht buigen, " Ralph Keeling zegt. "Ik wil het graag laten zien dat er een bedieningsknop is die we kunnen gebruiken."
