In het artikel ‘Ecologie en klimaat in het licht van de vierde wet van de thermodynamica’ in de rubriek Ecologie helpt de auteur Alpha Lo ons te begrijpen hoe het zit met deze vierde wet. Hij begint zo: Het verhaal van de aarde als een levend en zelforganiserend systeem, waarbinnen ecologie en klimaat als een organisme synergetisch samenwerken, is er een van circulatie van chemische energie door het voedselweb en van water door de atmosfeer (zie daarover ook het artikel ‘Planten en boeren’) én een van entropie, van orde en wanorde, wat leidt tot temperatuur- en chemische gradiënten, die de drijvende krachten vormen achter de zelforganisatie, én tot slot een van de aarde als een cel, waarbij de atmosfeer van de aarde als het membraan van de cel fungeert.

De ideeën over circulatie, orde, wanorde, entropie, energie en gradiënten maken deel uit van het vakgebied van de niet-evenwicht-thermodynamica (non-equilibrium thermodynamics). De eerste drie wetten van de thermodynamica gaan over systemen in evenwicht. Daarnaast is er een vierde wet van de thermodynamica voorgesteld, die gaat over het aansturen van systemen die zich niet in evenwicht bevinden. In dit soort systemen kunnen nieuwe vormen van orde emergeren. Dergelijke vormen worden dissipatieve structuren genoemd. De vierde wet stelt dat deze niet-evenwicht-systemen bij een maximaal vermogen bewegen.

Pas je deze vierde wet van de thermodynamica toe op het vakgebied van de ecologie, dan kan ze verduidelijken hoe het leven op aarde zichzelf is gaan organiseren om biodiverse ecologieën tot stand te brengen. Ook kan die wet verhelderen hoe het leven de temperatuurgradiënten en regenpatronen in de atmosfeer ontwikkelt om het leven in stand te houden. Zie ook aarde en vierde wet.

Pas je deze vierde wet van de thermodynamica op het klimaat toe, dan blijkt dat je voor sommige klimaatscenario’s nauwkeurige resultaten kunt bereiken zonder de computersimulatietijd van de mondiale klimaatmodellen te hoeven gebruiken. Deze benadering dat ook de atmosfeer naar toestanden van maximale intensiteit neigt is door een hele reeks onderzoekers verder uitgewerkt en blijkt even goede resultaten op te leveren als die mondiale klimaatmodellen. Zo is deze benadering toegepast op de manier waarop warmte zich door de atmosfeer van de evenaar naar de polen verplaatst; hoe de waterkringloop op de opwarming van de aarde reageert; voor het berekenen van het verschil in klimaatgevoeligheid tussen het land en de oceanen; en voor het berekenen van het temperatuur- en neerslagverlies dat optreedt wanneer bossen in het Amazonegebied gekapt worden. In potentie kan deze toepassing een revolutie ontketenen in de klimaatwetenschap. Meer daarover in aflevering 10.

De Hadley-cel en de straalstroom kunnen worden beschreven in termen van de toestand van maximaal vermogen die ze bereiken. Veranderen we de hydratatieniveaus van het landschap op een continent, dan zal dat een uitwerking hebben op de toestand van maximaal vermogen van de straalstroom, wat weer doorwerkt in het aantal extreme weersverschijnselen. Doordat de niet-evenwicht-thermodynamica ons de middelen verschaft om de invloed van water, landgebruik en biodiversiteit op het klimaat te kwantificeren, zal ze zich in de toekomst allicht tot een nuttig instrument voor de klimaatbeweging ontpoppen.

De niet-evenwicht-thermodynamica zou ons ook de weg kunnen wijzen naar hoe we onze economie met de ecologie in overeenstemming kunnen brengen, aangezien de vierde wet ook op de economie van toepassing is. Meer daarover in aflevering 11.

Over al deze aspecten gaat het betreffende artikel. Zie nu vierde wet van de thermodynamica.