Page content

article content

Klimaatverandering 1: Oorzaken klimaatverandering

Dit is het eerste artikel in een serie over klimaatverandering, een long read met veel achtergrond informatie, maar eindelijk eens het hele plaatje. Klimaatverandering is een van de belangrijkste uitdagingen van deze tijd, toch lezen we er in de pers alleen kleine stukjes er over, zelden of nooit het hele verhaal. In deze serie wil ik proberen het hele verhaal over klimaatverandering te vertellen. Dat is ambitieus, maar noodzakelijk voor wie het allemaal wil begrijpen. Michiel Haas.

Aarde heeft wisselend klimaat

Onze Aarde heeft altijd een wisselend klimaat gehad. Opwarming en afkoeling hebben plaatsgevonden in wisselende golfbewegingen en worden onder andere gestuurd door de hoek van de aardas ten opzichte van de zon en de afstand tot de zon. Deze periodieke klimaatveranderingen op lange termijn zijn beschreven door de Servische wiskundige Milutin Milankovitch (1879-1958). De laatste ijstijd, ook wel het Weichselien genoemd,  eindigde zo’n 11.700 jaar geleden. Daaraan vooraf ging een lange periode waarin het aanzienlijk kouder was dan nu. Er groeide geen bomen in Nederland, er woei een koude poolwind en de oceanen waren ca. 6 graden kouder dan tegenwoordig. Volgens Milutin Milankovitch zal de volgende ijstijd over ca. 55.000 jaar plaatsvinden. Andere wetenschappers zijn daar minder stellig over. Maar na opwarming komt onherroepelijk afkoeling.

Aarde atmosfeer of dampkring

De Aarde heeft rondom een atmosfeer of dampkring, die door de zwaartekracht aan de Aarde gebonden is. Deze atmosfeer is van groot belang voor het leven op Aarde. De atmosfeer tempert het zonlicht, houdt de energiebalans van de Aarde in stand en beschermt tegen schadelijke straling, zoals ultraviolette straling. Deze atmosfeer ligt als een deken rondom de Aarde en we spreken daarom ook van een soort broeikas. Daardoor is de temperatuur op Aarde aangenaam. Zonder de dampkring zou de temperatuur -18 graden Celsius zijn, met deze atmosfeer is de gemiddelde temperatuur +15 graden Celsius.

De dampkring bestaat uit een mengsel van verschillende gassen. De volumeverhoudingen van die gassen in de onderste lagen van de atmosfeer, tot op ongeveer 90 km hoogte, zijn op het aandeel van waterdamp na, vrijwel constant. Een aantal van deze gassen spelen een rol bij het vasthouden van warmte en noemen we broeikasgassen.

Broeikasgassen

De belangrijkste broeikasgassen zijn:

  • Kooldioxide CO2 – kleurloos en reukloos gas, niet-giftig, wordt door planten opgenomen; komt vrij bij verbranding van fossiele brandstoffen, bij compostering en rotting en bij smeltende permafrost;
  • Methaan CH4 – kleurloos en reukloos gas, brandbaar, komt van nature voor in moerassen en venen en komt vrij bij smeltende permafrost, bij bosbranden en rottend materiaal; menselijke invloed sterk via veeteelt, landbouw, vuilstortplaatsen en verbranding fossiele brandstoffen;
  • Distikstofoxide N2O – lachgas, kleurloos en lichtzoet-ruikend gas, wordt gebruikt bij verdovingen, om motoren meer vermogen te geven, uitstoot via landbouw, mest en kunstmest, chemische industrie, afvalverbranding, verbranding fossiele brandstoffen;
  • Waterdamp H2O – sterkste broeikaseffect vanwege de grote hoeveelheid in de atmosfeer; door toenemende waterdamp in de atmosfeer neemt het broeikaseffect toe, maar door wolkenvorming zal minder zonlicht opgenomen worden, waardoor er weer afkoeling ontstaat;
  • Chloorfluorkoolstofverbindingen CFK’s – in spuitbussen en in koelvloeistoffen van o.a. koelkasten en airco’s, is tegenwoordig verboden vanwege aantasting ozonlaag;
  • Zwavelhexafluoride SF6 – is een kleurloos en geurloos gas, het gas is vijf maal dichter dan lucht, het wordt toegepast in de elektrotechniek en medische techniek;
  • Ozon O3 – een kleurloos tot lichtblauw gas met een onaangename prikkelende geur, ozon ontstaat van nature in de atmosfeer onder invloed van elektrische ontladingen (zoals tijdens onweer) en door ultraviolette straling; het opwarmend effect is nog onbekend.

Niet alle broeikasgassen hebben eenzelfde effect. Daarom wordt de invloed van de verschillende broeikasgassen in CO2-equivalenten uitgedrukt. Uit de tabel blijkt dat methaan een veel groter effect op de opwarming heeft dan CO2, wel 28 keer sterker en lachgas nog veel sterker.

Verschillende broeikasgassen en hun invloed in CO2-equivalenten (auteur: mh)

Koolstofkringloop

We onderscheiden twee koolstofkringlopen, de korte cyclus en de lange cyclus. De korte cyclus is het natuurlijke proces van fotosynthese waarbij, onder invloed van zonlicht, kooldioxide door planten wordt omgezet in koolhydraten als voedsel voor de planten. Ook algen nemen CO2 op. Als planten hun bladeren laten vallen komt er door rotting weer kooldioxide en methaan vrij, beide broeikasgassen. Bij het oogsten worden de overblijvende restanten op het land achtergelaten ter compostering of worden ze verstookt als biobrandstof, dan komt er weer CO2 vrij. Dit is echter de kortlopende koolstofkringloop van hooguit een jaar tot enkele tientallen jaren. Deze kringloop draagt niet bij aan een verhoogde uitstoot van broeikasgassen. Daarom worden kolencentrales bijgestookt met hout om ze minder milieubelastend te maken.

De omloopsnelheid van CO2 in de atmosfeer is hoog. In circa zes jaar wordt alle kooldioxide in de atmosfeer opgenomen en opgeslagen door aardse planten en oceanen, om later door rotting weer vrij te komen.

De langlopende kringloop draagt wel bij aan een verhoogde uitstoot van broeikasgassen. Want hierbij komen de miljoenen jaren geleden opgeslagen koolstoffen uit fossiele brandstoffen (kolen, olie, aardgas) weer vrij. De fossiele brandstoffen zijn oorspronkelijk allemaal organisch materiaal geweest, maar dat organische materiaal is langdurig ondergronds opgeslagen en daarmee onttrokken aan de korte koolstofkringloop. Nu komt dit weer vrij en wordt daarmee extra toegevoegd aan de atmosfeer, buiten de natuurlijke korte koolstofkringloop.

Koolstofkringloop. De zwarte getallen tonen hoeveel miljarden tonnen koolstof (GtC) in de verschillende opslagplaatsen aanwezig zijn. De paarse getallen tonen hoeveel koolstof tussen de verschillende opslagplaatsen per jaar uitgewisseld wordt. N.B.: Vegetatie omvat alle organismen. (bron: wikipedia; auteur Rasbak)

Broeikaseffect

De dampkring als broeikas om de Aarde is noodzakelijk om het leven op Aarde draaglijk te maken. Maar hoe werkt het? Zonne-energie bereikt de Aarde in de vorm van zichtbaar en onzichtbaar licht. Als dit licht de Aarde bereikt wordt het omgezet in warmte-energie. Deze warmtestraling noemt men ook wel infrarode straling. Gasmoleculen als water, ozon en kooldioxide nemen de warmtestraling tijdelijk op om dit later in alle richtingen uit te stralen. Een deel van de zonne-energie blijft gevangen in de onderste tien kilometer van de atmosfeer. Dat is het broeikaseffect.

Voor het broeikaseffect is de aanwezigheid van kooldioxide doorslaggevend. Kooldioxide komt in betrekkelijk hoge concentraties voor in de atmosfeer en het heeft een molecuulstructuur die warmte goed absorbeert en weer in alle richtingen uitstraalt. De andere broeikasgassen leveren ook een bijdrage, en dan met name methaan en sommige van deze gassen, die weliswaar in veel kleinere hoeveelheden voorkomen, hebben een duidelijk sterkere invloed op het broeikaseffect. Met name CO2 en CH4 leveren een belangrijke bijdrage aan het vasthouden van de ingestraalde zonnewarmte. Daarom spreken we veelal ook van CO2-equivalenten, we drukken de andere broeikasgassen uit in CO2eq.

Versterkt broeikaseffect

De atmosfeer rond de Aarde zorgt op deze manier voor een constant klimaat op Aarde. Maar de afgelopen decennia is de gemiddelde temperatuur op Aarde al met 1,0 graden Celsius toegenomen ten opzichte van pre-industriële temperaturen. Regionaal kan dit verschillen, in Nederland is de temperatuur zelfs al 1,7 graden Celsius toegenomen. De CO2 concentratie in de atmosfeer is de afgelopen 140 jaar sterk toegenomen, waardoor er sprake is van een versterkt broeikaseffect [1]. Dit versterkte broeikaseffect wordt nagenoeg geheel veroorzaakt door de extra kooldioxide uitstoot uit fossiele brandstoffen, cement en de methaan uit de veeteelt en door ontbossing, dus door de mens. Het IPCC (het klimaatpanel van de VN waar duizenden wetenschappers uit de hele wereld aan meewerken) is duidelijk: de mens is de belangrijkste oorzaak van de opwarming van de Aarde.

Deze afbeelding laat de CO2 concentratie zien in de atmosfeer van Mauna Loa, Hawaii sinds 1958. De fluctuatie is seizoen afhankelijk, in voorjaar en zomer wordt er meer CO2 opgenomen, in najaar en winter komt deze weer vrij in de kleine koolstofcirkel. De blauwe lijn is de trendlijn. (bron: Wikipedia; auteur: Delorme)

Onderzoekers Adrian E. Raftery et al. stellen in een artikel in Nature Climate Change [2] van juli 2017 dat de kans dat de opwarming tegen het einde van deze eeuw beperkt blijft tot 2 graden Celsius, minder dan 5% is. De kans dat we de gemiddelde opwarming tegen 2100 weten te beperken tot hooguit 1,5 graad is slechts 1 procent. En dat was de gedroomde doelstelling van de VN-klimaattop (COP21) in Parijs in 2015. Daarentegen is de kans dat de Aarde tegen 2100 tussen de 2 en 4,9 graden Celsius is opgewarmd, maar liefst 90 procent.

Op deze wereldkaart is aan de grootte van de stip te zien hoeveel er door de verschillende landen aan CO2 wordt uitgestoten. (bron: Global Carbon Atlas)

Menselijke bijdrage

Hoewel de menselijke bijdrage aan de totale jaarlijkse CO2 emissie beperkt is, slechts een kleine 4%, wordt deze 4% extra kooldioxide maar voor 40% opgenomen door land en oceanen, de rest blijft in de atmosfeer. Daardoor is het aandeel CO2 in de atmosfeer op een gevaarlijk hoog niveau gekomen van nu (augustus 2017) 404,47 ppm, dat is het hoogste niveau sinds 15-20 miljoen jaar [3]. Een normale wijziging van 100 ppm CO2 in de atmosfeer duurt ca. 5-20.000 jaar. De laatste toename van 100 ppm CO2 in de atmosfeer duurde 140 jaar.

De opwarming van de Aarde en daarmee de verandering van het klimaat is een feit. Een feit dat nog met heel veel onzekerheden gepaard gaat. Onduidelijk is hoeveel de opwarming zal gaan bedragen en wat de consequenties voor ons op Aarde zal zijn. Ook onduidelijk is wat de mens gaat ondernemen om dit doemscenario tegen te gaan. Eveneens onbekend is welke technologische ontwikkelingen hoopgevend zullen zijn om dit opwarmingsscenario te kunnen verminderen. Wel duidelijk is wat de mens zou moeten doen om de risico’s te minimaliseren. Al deze thema’s worden in volgende artikelen uitgewerkt.

Zelfversterkend effect – permafrost

Is de opwarming eenmaal aan de gang en dat is het geval, zijn er processen die steeds versterkt worden door verdere opwarming. Een duidelijk voorbeeld hiervan is de smeltende permafrost. Permafrost gebieden zijn gebieden die voortdurend bevroren zijn en eigenlijk nooit ontdooien, al eeuwen niet. Maar door het smelten van het poolijs wordt het zonlicht niet meer door het spiegelende witte ijs weerkaatst, maar door donker zeewater juist geabsorbeerd. Dat veroorzaakt een stijging van de temperatuur, waardoor permafrost in de omgeving ontdooit. Reden waarom de opwarming in de poolgebieden twee tot drie keer sneller gaat dan bij ons in Nederland. De wetenschappers die de permafrost in Siberië en Canada onderzoeken, schatten dat in het jaar 2100 een kwart van alle broeikasgassen die door menselijk toedoen in de atmosfeer zitten, afkomstig zijn uit de permafrost. Dit is ongeveer evenveel als de totale uitstoot van de Verenigde Staten nu. En hoe warmer het wordt, hoe meer permafrost zal er smelten. Uit een publicatie van afgelopen voorjaar in Nature Climate Change [4] blijkt dat permafrost gevoeliger is voor opwarming dan eerder werd gedacht, zo’n 20 procent gevoeliger. Per graad opwarming, zo bleek uit de studie, kan bijna 4 miljoen vierkante kilometer – een gebied groter dan India – worden aangetast.

[1] Klimaatkennis paraat in 10 vragen – KNMI – https://www.knmi.nl/kennis-en-datacentrum/achtergrond/klimaatkennis-paraat-in-10-vragen

[2] Less than 2 °C warming by 2100 unlikely – Adrian E. Raftery et al. http://www.nature.com/nclimate/journal/vaop/ncurrent/full/nclimate3352.html?foxtrotcallback=true 

[3] Coupling of CO2 and Ice Sheet Stability Over Major Climate Transitions of the Last 20 Million Years; Aradhna K. Tripati et al. – http://science.sciencemag.org/content/326/5958/1394

[4] Increased climate change risk to permafrost – Sarah Chadburn et al. april 2017 – http://www.metoffice.gov.uk/news/releases/2017/climate-targets-to-constrain-permafrost-loss

 

Comment Section

0 reacties op “Klimaatverandering 1: Oorzaken klimaatverandering

Plaats een reactie


*