Klimaat en broeikasgassen

Is het klimaat aan het veranderen? Hebben eventuele veranderingen te maken met het menselijke handelen? Over deze vragen hoeven we niet meer naar het antwoord te raden. Het antwoord op de beide vragen is: “Ja!”

Door Gerben de Jong

De zon zendt straling uit. De zon heeft een temperatuur waarbij vooral zichtbaar licht wordt uitgezonden. Maar er zit ook wat ultra violet bij en een groot deel infra rood. In de grafiek zie je de intensiteit van de straling uitgezet tegen de golflengte. Licht zit tussen 0,38 μm en 0,75 μm.

Een broeikas is een glazen omhulsel waar warmte binnen wordt gehouden. De aarde werkt ook als een broeikas. Een deel van de zonnewarmte wordt binnen gehouden.
Als er geen broeikas effect zou bestaan, zou de gemiddelde temperatuur op onze aarde uit komen op ongeveer -20 ºC in plaats van de +15 ºC van nu. Het is dus maar goed dat er een broeikas effect bestaat.

In het plaatje zie je hoe 40% van de zonnestraling op de dampkring  terug kaatst tegen de wolken en het wateroppervlak van de oceanen en terug de ruimte in gaat (1). De overige 60% bereikt de aarde. De aarde absorbeert de straling, warmt op en zendt het weer uit als warmtestraling. En daar begint het broeikaseffect. Als die uitgezonden straling allemaal de ruimte in zou verdwijnen, zou het hier veel kouder worden. Maar in de dampkring wordt die warmtestraling geabsorbeerd en weer alle kanten op uitgezonden. Dat komt er op neer dat 50% verder de ruimte in gaat en 50% krijgt de aarde weer terug (2).  Dit noemen we de stralingsbalans.

Die absorptie van de door de aarde teruggekaatste warmtestraling in de dampkring gebeurt door verschillende gassen in de dampkring.

In de grafieken betekent “0” dat de straling niet wordt geabsorbeerd maar doorgelaten. En “1” betekent dat alle straling bij die golflengte wordt geabsorbeerd. Je kunt goed zien in de onderste zwarte grafiek dat licht door de dampkring prima wordt doorgelaten. De ultra violette straling met een golflengte van 0,3 μm en kleiner wordt vooral door de ozon (O₃ ) geabsorbeerd.

Water(-damp) is één van de broeikasgassen. Vooral de absorptie van de door de aarde uitgestraalde warmtestraling (infra rood) gebeurt door water.

Elk gas heeft zijn eigen voorkeur en absorbeert zijn eigen gebiedje in het stralingsspectrum. Dit is heel belangrijk, want zo blijven er in de totale absorptie van de dampkring nog gaten over, waar de straling niet geabsorbeerd wordt (witte gebieden in de zwarte grafiek). Als je in de grafiek kijkt, zie je dat de absorptie in de dampkring heel aardig het patroon van water volgt. Maar van koolstofdioxide (CO₂) en methaan (CH₄) zie je niets terug in de atmosfeer grafiek. Dat komt omdat water die straling al absorbeert, maar vooral omdat er niet veel van die gassen in de atmosfeer zijn. Dan zie je een gat (of “venster”) in de zwarte grafiek van de atmosfeer. 

Als er van die zeldzame gassen meer in de atmosfeer komt, heeft dat veel meer effect dan een toename van bijvoorbeeld waterdamp, want daar is al veel van. Die absorptie is al bijna maximaal. In de grafiek zie je hoe dezelfde toename van waterdamp in de atmosfeer nauwelijks méér absorptie van de straling geeft, terwijl die toename van kooldioxide een veel groter effect heeft op de absorptie. Met meer kooldioxide maak je als het ware een venster in de zwarte atmosfeer grafiek dicht door nieuwe golflengten te absorberen. Hetzelfde geldt voor methaan (dat is ons aardgas). Op dit moment speelt dat bij de absorptie nauwelijks een rol, maar als er veel meer van in de atmosfeer komt, gaat ook methaan golflengten absorberen die nu nog gewoon door de dampkring heen komen.

We produceren sinds de industriële revolutie heel wat CO₂. Nu komt niet alle CO₂ in de atmosfeer door menselijke activiteit. Er was al veel CO₂ door vulkanische activiteit en natuurlijke bosbranden. Maar de menselijke activiteit heeft wel tot een toename van zo’n 30%, hier en daar zelfs 50% geleid. En daarbij komt dat er door het smelten van de permafrost in de Siberische toendra’s ook nog aardgas (methaan) uit de bodem vrij komt. Dat broeikasgas is ook een betrekkelijk nieuw gas in de atmosfeer. Dus het is wel degelijk zaak om dit proces af te remmen!

Het probleem is dat we, wanneer we wat opwarming betreft één keer over een kantelpunt heen zijn, we niet meer terug kunnen. Ook al zouden we alle CO₂ uit de lucht kunnen zuigen.  Door het vrijgekomen methaangas zal de aarde blijven opwarmen. En er zullen andere processen starten (door de opwarming kunnen spontane bosbranden ontstaan die enorme hoeveelheden kooldioxide produceren, bijvoorbeeld) waar niet meer tegen te vechten valt.  Om dit te voorkomen moeten we niet bij zo’n kantelpunt (of “tipping point”) in de buurt komen. Maar dan zullen we er nu wat aan moeten doen.

Meer lezen van Gerben de Jong.

• Hanny’s Voorwerp
• Het Hertzsprung-Russell diagram.
• De Dichtheid van Sterren.
• De Telescoop.
• De wet van Titius en Bode.
• Gelukkig nieuwjaar!

Gerben de jong is voorzitter van Sterrenvereniging Astra Alteria en heeft als docent natuurkunde op het Marnix College te Ede gewerkt. Op het Marnix College en ook op de school waar hij voor het Marnix werkte heeft hij jaarlijks een clubje brugklasleerlingen begeleid die geïnteresseerd waren in sterrenkunde: de Milky Way Club. Gerben wil ons graag laten zien hoe mooi en vooral wijds de sterrenhemel is.