Warmt de aarde op door menselijk toedoen en zo ja hoeveel dan? Is klimaatverandering te stoppen? Er is zo veel ruis als het op klimaat aankomt. Hier gaan we terug naar de basis. Wat moet je écht weten over het klimaat en de wetenschap erachter? We beginnen bij het begin: waardoor wordt de temperatuur op aarde bepaald?
Door Marcel aan de Brugh, Midas van Son, Emmelien Stavast en Tim Hoogendijk
scroll
Of de aarde opwarmt of afkoelt, hangt af van de energiebalans. Alle warmte op aarde is afkomstig van de zon, via zonnestralen. Een deel daarvan wordt door de aarde opgenomen en omgezet in warmtestraling en deze wordt vervolgens ook weer uitgestraald. Als op de aarde evenveel zonne-energie binnenkomt als er weer aan energie uitgaat, is er een balans.
Wanneer de inkomende energie toeneemt, warmt de aarde op, en gaat ze meer warmtestraling (infrarood) uitzenden, waardoor ze sneller energie verliest en op termijn weer in balans komt.
Als de inkomende energie afneemt, gebeurt het omgekeerde: de aarde koelt af, en straalt minder warmte uit.
Begin 19e eeuw ontdekte een Franse wetenschapper iets vreemds. Hij schatte de afstand tot de zon, berekende de inkomende hoeveelheid zonnestraling, en kwam er op uit dat de gemiddelde temperatuur van de aarde rond de -18 graden Celsius zou moeten liggen.
Hij bedacht al snel dat er om de aarde misschien een soort isolerende deken lag. De inkomende zonnestraling kon die ‘deken’ gewoon passeren, maar de uitgezonden warmtestraling kon dat niet zomaar. En voila, het broeikaseffect was bedacht.
35 jaar later kwamen een Britse en Amerikaanse wetenschapper, onafhankelijk van elkaar, met een mogelijke verklaring: ze ontdekten dat zowel zuurstof en stikstof als waterdamp en CO2 ‘niks’ doen met de inkomende zonnestraling.
Maar de door de aarde uitgezonden warmtestraling wordt door waterdamp en CO2 geabsorbeerd, en in álle richtingen weer uitgezonden, dus óók terug naar de aarde!
Toen in 1960 een meetstation op Mauna Loa op Hawai werd opgezet, om concentraties CO2 in de atmosfeer te meten, werd al snel onomstotelijk vastgesteld dat die concentratie langzaam aan het toenemen is.
Al vele tienduizenden jaren raakt de energiebalans verstoord. Een vulkaanuitbarsting kan de lucht verduisteren waardoor er minder zonlicht op aarde valt. De baan van de aarde om de zon varieert, zodat ook de invallende zonne-energie verandert.
Maar nooit is de balans zo snel verstoord geraakt als in de afgelopen 150 jaar. Niet door de zon, maar doordat de mens steeds meer broeikasgassen uitstoot.
Weet je nog? De temperatuur op aarde is constant als de inkomende energie gelijk is aan de uitgaande energie.
Om te weten hoeveel energie er binnenkomt, kijken wetenschappers naar de bovenkant van de atmosfeer. Hoeveel zonnestraling komt daar binnen? En wat gaat er daar vervolgens uit?
Eerst, de situatie in evenwicht. Het invallende zonlicht, uitgedrukt in energie die de aarde bereikt: die levert 340 Watt per vierkante meter aardoppervlak.
30 procent daarvan wordt direct weerkaatst door wolken en door bijvoorbeeld ijs op aarde, en schiet terug de ruimte in.
De aarde absorbeert de overige 70 procent zonnestraling en zendt het als warmtestraling weer uit. Een klein deel straalt direct de ruimte in.
Maar het overgrote deel wordt door broeikasgassen tijdelijk vastgehouden. Een broeikasgasmolecuul houdt energie vast en straalt het alle kanten weer uit. Een deel verder richting de ruimte, maar een deel ook weer richting de aarde.
Die straling ketst op die manier even heen en weer tussen de aarde en atmosfeer. Na verloop van tijd bereikt die straling toch de top van de atmosfeer. Als dit de overige 70 procent blijkt te zijn, opgeteld bij die direct teruggekaatste 30 procent, weet je dat de energiebalans in evenwicht is.
Er zijn verschillende situaties waardoor de energiebalans uit evenwicht kan raken, doordat er bijvoorbeeld meer of minder zonnestraling op aarde vallen. Of doordat, over periodes van tienduizenden jaren, de afstand van de aarde tot de zon varieert.
De afgelopen 150 jaar is de energiebalans uit evenwicht geraakt doordat de concentratie broeikasgassen in de atmosfeer is toegenomen, onder andere door de verbranding van fossiele brandstoffen, door kappen van bos, door toename van de veestapel.
De deken om de aarde wordt dikker. Er zijn meer moleculen waar de warmtestraling tegen op kan botsen en daardoor weer alle kanten op schiet.
De aarde raakt nu minder energie kwijt dan er binnenkomt. De energie in het aardse systeem stapelt zich op en de temperatuur stijgt. De energiebalans is uit evenwicht.
De aarde zal blijven opwarmen zolang de mens extra broeikasgassen in de lucht blijft uitstoten. Gevolgen: Hittegolven en bosbranden nemen toe. Regen- en hagelbuien worden heftiger. De ijskappen op Groenland en Antarctica zijn versneld aan het smelten. In een volgend deel in deze serie duiken we dieper in de gevolgen.