Broeikaseffect

Inleiding

Ik heb gekozen voor het onderwerp het broeikaseffect, omdat ik het milieu belangrijk vind. Ik vind het niet acceptabel dat de mensen de hele aarde kapot aan het maken zijn en dat we door lozing van alle uitlaatgassen de aarde opwarmen en haar daardoor op een gegeven moment kapot maken. Daarom wilde ik hier meer informatie over zoeken, zodat ik hier meer over te weten kwam, en zo rekening kon houden met het broeikaseffect.

Wat is het broeikaseffect??

De aarde wordt van nature op temperatuur gehouden door het broeikaseffect. Dat hebben we vooral te danken aan de aanwezigheid van waterdamp en koolzuur in de atmosfeer. De warmte die de aarde van de zon ontvangt wordt vooral door deze gassen vastgehouden. Als dit natuurlijke broeikaseffect niet zou bestaan dan zou het gemiddeld over de wereld veel kouder zijn dan de huidige wereldgemiddelde temperatuur van ongeveer 15 graden.
De mens is echter op grote schaal bezig om de samenstelling van de atmosfeer te veranderen, onder andere door verbranding, ontbossing en verkeer. Daardoor komen er meer gassen, waaronder koolzuur in de atmosfeer. Dat versterkt het broeikaseffect en leidt op den duur tot een warmer klimaat. Ook de hoeveelheden neerslag, wind en bewolking kunnen dan veranderen.
De jaren 1988-2000 waren in ons land opvallend warm. In die jaren waren vooral de winters heel zacht; de winter van 1996 was de eerste die brak met die traditie. De warme jaren zijn vooral het gevolg van afwijkende patronen in de grootschalige luchtstromingen. De hogere temperaturen in Nederland zijn grotendeels gecompenseerd door lagere temperaturen elders.
Toch wordt het klimaat wereldwijd langzaam warmer. Aan het begin van deze eeuw steeg de wereldgemiddelde temperatuur met ongeveer een halve graad. Deze stijging wordt vooral toegeschreven aan natuurlijke oorzaken, zoals een toevallige afname van het aantal vulkaanuitbarstingen. De laatste twintig jaar is de temperatuur sterker gestegen.
Na de uitbarsting van de vulkaan Pinatubo op de Filippijnen is deze trend tijdelijk onderbroken. De stofwolk, die deze vulkaan uitstootte, leidde tot een wereldwijde temperatuurdaling van ongeveer een halve graad. Inmiddels is dit stof sinds een paar jaar verdwenen en de wereldgemiddelde temperatuur van 1994 behoort tot de hoogste sinds de metingen begonnen in 1861, terwijl 1995 mondiaal het warmste jaar in de hele reeks is geworden. De waargenomen wereldwijde opwarming is ruwweg even groot als de temperatuurverandering die klimaatmodellen berekenen op grond van het toegenomen broeikaseffect. Er zijn aanwijzingen dat de huidige opwarming minstens voor een deel is toe te schrijven aan door de mens veroorzaakte klimaatverandering. Het warmere klimaat van de laatste tientallen jaren is ook een aanwijzing dat klimaatmodellen best eens gelijk zouden kunnen hebben en dat we op weg zijn naar een klimaat, waarin koude perioden zeldzamer worden en warme perioden normaal.

Het broeikaseffect en Nederland.

Ons land heeft sinds 1988 te maken gehad met uitzonderlijk warm weer. De warmte is het gevolg van abnormale luchtstromingen die verband hielden met een opmerkelijke versterking van het lagedrukgebied bij IJsland in de winter. Dat leidde tot hogere temperaturen en in samenhang daarmee in de winter tot meer neerslag met relatief vaker onweer. Zowel \'s winters als \'s zomers kwam de wind vaker uit de warme hoek.
Er is geen verband bekend tussen de grotere activiteit van de IJsland-depressie en het broeikaseffect. Hierdoor ontbreekt de wetenschappelijke basis om het abnormale weer in ons land van het afgelopen decennium aan het toegenomen broeikaseffect toe te schrijven. Anders is dat met de wereldwijde temperatuurstijging, die volgens onderzoekers van de Verenigde Naties waarschijnlijk wel voor een deel door de mens is veroorzaakt. De temperatuurtoename in de wereld in deze eeuw, is veel kleiner dan de stijging van temperatuur die de afgelopen tien jaar in ons land is opgetreden. Sinds het begin van de eeuw is het wereldwijd gemiddeld een halve graad warmer geworden, terwijl het in ons land de laatste tien jaar ongeveer een graad warmer was. Toch verwacht het KNMI, dat de wereldwijde opwarming ten gevolge van het sterkere broeikaseffect, als die doorzet, over enkele decennia ook in het Nederlandse weer merkbaar wordt. Uitgaande van de voorspellingen over veranderingen in het wereldklimaat, en op grond van de aanname dat de frequentie- verdeling van de windrichting in onze omgeving niet verandert, zal het in het jaar 2050 in ons land 0,5 tot 2ºC warmer zijn. De warmte zal dan merkbaar aanwezig zijn in ons weer, dat echter gekenmerkt blijft door wisselvalligheid. Een hittegolf zal iets zeldzaams blijven. De strengste winters zullen iets minder extreem koud worden en komen in het vroege voorjaar eerder ten einde. Jaarlijks zal er 2 tot 5% meer neerslag vallen. De grootste toename wordt \'s winters verwacht. In de zomer zal die verandering vooral tot uiting komen in zwaardere buien met een meer tropisch karakter. De neerslagintensiteit van de zomerse buien neemt met zo\'n 5 tot 20% toe. Het KNMI wijst er met nadruk op dat het geschetste toekomstbeeld slechts één van de mogelijkheden is. Het kan ook heel anders uitpakken. Naarmate de computermodellen, die het klimaat voorspellen, beter worden zal het toekomstbeeld steeds duidelijker worden.

Broeikashistorie

De laatste decennia maakt de mensheid zich zorgen over het versterkte broeikaseffect, de opwarming door de mens. De broeikasgeschiedenis gaat echter verder terug. De atmosfeer, de luchtlaag rond de aarde, veroorzaakt ook een natuurlijk broeikaseffect. Dat zorgt ervoor dat de temperatuur hier gemiddeld ongeveer 15 graden bedraagt, in plaats van -18 graden. Leven, zoals we dat nu kennen, zou zonder het natuurlijk broeikaseffect onmogelijk zijn. Het broeikaseffect is in de 19e eeuw door drie wetenschappers ontdekt. In 1827 kwam de Fransman Jean Baptiste Joseph Fournier met het idee dat de temperatuur alleen verklaard worden door onzichtbare warmtestraling. De Engelsman John Tyndall maakte in 1861 resultaten bekend van laboratoriummetingen, waaruit bleek dat waterdamp en gassen als kooldioxide warmte opnamen. Hij dacht dat variaties in die gassen klimaatveranderingen konden verklaren.
In 1896 publiceerde de Zweed Svante Arrhenius berekeningen van temperatuurveranderingen op aarde door variaties in de hoeveelheid kooldioxide. Een verdubbeling leidde volgens hem tot een opwarming van 4 tot 6 graden. Dat komt overeen met de berekeningen van ingewikkelde klimaatmodellen die tegenwoordig worden gebruikt. Arrhenius is dan ook de ontdekker van het versterkte broeikaseffect. Tot in de jaren vijftig van de 20e eeuw maakte geen wetenschapper zich zorgen over het broeikaseffect. Experimenten van de Zweed Ångström toonden aan dat meer kooldioxide niet leidde tot een temperatuurtoename, maar wel de plantengroei stimuleerde. In de jaren 1910-1940 werd de aarde echter warmer. De Engelse onderzoeker Callender wees in 1938 op een verband met de toename aan kooldioxide. Eind jaren vijftig, toen men zich zorgen begon te maken over de gevolgen van de opwarming, kregen zijn ideeën aandacht. Begin jaren zestig werd de basis gelegd voor het huidige klimaatonderzoek gebaseerd op rekenmodellen. Vanaf de jaren zeventig speelt de computer daar een belangrijke rol bij.

Een nieuwe kijk op de menselijke beïnvloeding van het klimaat?

Op 29 augustus 2000 verscheen een artikel van James Hansen met vier andere auteurs in de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), waarin zij pleiten voor een alternatief scenario voor de aanpak van het versterkte broeikaseffect in de 21e eeuw. In het artikel worden de klimaateffecten door menselijke activiteiten onder de loep genomen. Ten aanzien van de bijdragen van de individuele broeikasgassen en aërosolen aan de klimaatforcering sinds het preïndustriële tijdperk is het beeld niet veranderd. Hansen hergroepeert alleen de diverse klimaatforceringen naar veroorzakende processen van menselijke activiteiten. Voor wat betreft de toekomst lijkt de door Hansen geschatte ontwikkeling van klimaatforcering tamelijk optimistisch. Bij de verbranding van fossiele brandstoffen wordt niet alleen CO2 geëmitteerd, maar ook sulfaathoudende gassen. Sinds 1850 heeft de met 30% gestegen concentratie CO2 een stralingsforcering (een gangbare maat om wereldgemiddelde klimaateffecten af te schatten) van circa 1,4 Watt per vierkante meter (W/m²) bewerkstelligd. De sulfaathoudende gassen worden deels omgezet in stofdeeltjes (aërosolen), die juist een koelende werking op het klimaat hebben. Hoewel de stralingsforcering door sulfaataërosolen erg onzeker is, ligt een eerste orde schatting rond de –1.4 W/m². Dit betekent dat het totale klimaateffect van de verbranding van fossiele brandstoffen tot nu toe klein moet zijn geweest. Hierbij is het effect van roetdeeltjes, die mogelijk leiden tot het deels oplossen van wolken en daarmee een verwarmend effect op het klimaat hebben, buiten beschouwing gelaten. Dit betekent volgens Hansen dat de forse wereldgemiddelde temperatuurstijging van 0,5ºC sinds 1975 waarschijnlijk deels toegeschreven kan worden aan de stijging van de niet-CO2broeikasgassen, die bij andere menselijke activiteiten, zoals landbouw en veeteelt, vrijkomen. Zo is het methaangehalte in de laatste 150 jaar verdubbeld en zijn de concentraties lachgas en CFKs (chloorhoudende stoffen) gestegen. De stralingsforcering sinds 1850 van bovengenoemde broeikasgassen en roetdeeltjes wordt geschat op 1,6 W/m². Hansen concludeert hieruit dat de aanpak van het versterkte broeikaseffect in eerste instantie het beste kan geschieden middels de reductie van de uitstoot van niet-CO2 broeikasgassen en roet, in ieder geval in de komende 25 jaar, omdat CO2 reducties waarschijnlijk niet haalbaar zijn. Voorts suggereert Hansen dat er aanwijzingen zijn dat het met de CO2 uitstoot de komende decennia wel eens mee kan vallen: in zijn alternatieve scenario komt de extra stralingsforcering (over de periode 2000-2050) door alle menselijke activiteiten op ongeveer 1 W/m² uit. Hierbij veronderstelt Hansen een afname van de stralingsforcering van methaan, waardoor ook het niveau van troposferisch ozon gestabiliseerd wordt. Voorts verwacht Hansen dat de aërosolforcering nagenoeg constant blijft mits de emissie van de klimaatverwarmende roetdeeltjes sterk wordt gereduceerd.

Aarde snel warmer

Sinds het einde van de negentiende eeuw is de temperatuur aan het aardoppervlak 0,7 graad gestegen. Het is onwaarschijnlijk dat die temperatuurstijging geheel toegeschreven kan worden aan natuurlijke variaties. Onderzoek levert aanwijzingen dat het wereldklimaat nu al wordt beïnvloed door de mens die broeikasgassen, zoals kooldioxide in de atmosfeer brengt. Onderzoekers uit de hele wereld, verenigd in een gezaghebbende organisatie van de Verenigde Naties, verwachten bovendien dat de opwarming van het klimaat in de komende eeuw versneld verder gaat. Tegen het einde van de volgende eeuw is het naar verwachting 1 tot 4ºC warmer en is de zeespiegel 15 tot 95 centimeter hoger ten opzichte van 1990. De opwarming is al eerder vastgesteld, maar eerder leek het niet meer dan een natuurlijke variatie van het klimaat. Recenter onderzoek toont aan dat de waargenomen opwarming zo groot is dat de natuur niet alleen de oorzaak kan zijn. Zo blijkt bijvoorbeeld uit klimaatonderzoek aan de hand van jaarringen van bomen dat de 20e eeuw de warmste is van zeker de afgelopen zeshonderd jaar. In de nieuwste berekeningen is ook rekening gehouden met kleine in de lucht zwevende stofdeeltjes en druppeltjes (aërosolen). Deze komen vooral voor in industriegebieden en zorgen voor een geringe afkoeling in de atmosfeer. Nu de invloed van deze deeltjes in de berekeningen is verwerkt, blijkt dat de voorspellingen van de opwarming, zoals jaren geleden al gedaan, vrijwel overeenkomen met de opwarming die we nu meemaken. Daarbij is gekeken naar de verdeling van de warmte over de aarde (sommige gebieden zijn veel warmer geworden, andere minder) en de temperatuur op verschillende hoogtes in de atmosfeer. Dat geeft meer vertrouwen aan de berekeningen van de toekomst van het klimaat, die unaniem een versnelde opwarming voorspellen. Toch is het nog niet helemaal zeker dat de opwarming in deze eeuw inderdaad een gevolg is van het versterkte broeikaseffect. Het kan nog altijd een natuurlijke schommeling zijn, al zijn er nu dus aanwijzingen in een andere richting. Door gebrek aan kennis zijn er nog grote onzekerheden. Zo is niet goed bekend wat wolken kunnen doen met het klimaat. Ook over extreem weer, zoals tropische cyclonen, zware stormen, hittegolven en uitzonderlijke wolkbreuken die aanleiding geven tot overstromingen, kunnen geen conclusies worden getrokken. De veranderingen die we daarin zien lijken niet anders dan de grilligheden van het klimaat die er altijd al zijn en zijn niet groot genoeg om daaruit conclusies over extreem weer in de toekomst te trekken.

Terugkoppelingen

Alle broeikasgassen, die een toename in de loop van de tijd laten zien, hebben op grond van hun stralingseffect een temperatuurstijging van het aardoppervlak en de onderste lagen van de atmosfeer tot gevolg. Dit wordt het versterkte broeikaseffect genoemd. Het bepalen van het uiteindelijke effect van de bovengenoemde stijging van atmosferische bestanddelen op de wereldgemiddelde temperatuur, vergt een zeer gedetailleerde kennis van temperatuurafhankelijke deelprocessen in ons klimaatsysteem. Met name eventuele veranderingen in de waterkringloop koppelen sterk terug. Zo verwacht men een toename van de hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer bij een temperatuurstijging. Dit is gebaseerd op de waarneming dat voor een groot bereik van temperaturen in ons huidige klimaat de relatieve vochtigheid boven zee nagenoeg constant is. Wanneer de waterdamp ook hogerop in de atmosfeer volgens dit principe toeneemt, versterkt deze zogeheten waterdampterugkoppeling de oorspronkelijke temperatuurstijging met een factor 1,8. Maar wanneer in een warmer klimaat de waterdamptoename voornamelijk binnen de wolk plaatsvindt, wordt deze meekoppeling veel zwakker. Een tweede terugkoppeling, die samenhangt met de waterkringloop is de zogeheten ijs-albedo feedback. Bij een temperatuurstijging neemt het totale oppervlak van land- en zeeijs af, waardoor er minder zonnestraling door onze planeet wordt gereflecteerd. Dit geeft ook een extra temperatuurstijging. In het verhaal uit 1974 wordt melding gemaakt van een factor drie tot vijf, hetgeen vele malen meer is dan modelberekeningen laten zien, namelijk hooguit 1,3. Op grond van deze meekoppeling werd in het Zenit artikel destijds een temperatuurtoename van enkele graden in 2000 t.o.v. 1970 verwacht! In de eerder genoemde stijging van 0,5ºC in dit tijdsbestek is alleen de waterdampterugkoppeling verdisconteerd. Een derde terugkoppeling wordt mogelijkerwijs veroorzaakt door veranderingen van wolkeneigenschappen, zoals veranderingen in de gemiddelde hoogte van de basis en/of top, de hoeveelheid wolkenwater en de gemiddelde druppel- en ijskristallengrootte. Er bestaat echter enorme onzekerheid over deze effecten. Sommige modellen geven een tegenkoppeling, andere een meekoppeling. Voorts zijn wisselwerkingen met de oceaanstromingen en de biosfeer, zoals migratie en significante veranderingen in hoeveelheid vegetatie, mogelijk. Het zal duidelijk zijn dat hier nog veel onderzoek naar gedaan moet worden.

Zorgen voor morgen

De hamvraag is natuurlijk of de mens in staat is het klimaat ingrijpend te veranderen en hoe zorgwekkend dit is. Regelmatig verschijnen in de media berichten over vermeende relaties tussen extreme weersverschijnselen en het versterkte broeikaseffect. Het gaat hierbij om de overvloedige regenval in China en zeer recentelijk in Nederland, alsook vernietigende tropische cyclonen, zoals orkaan Mitch in Midden-Amerika. En voorts de zeer sterke El Niño, die in 1997 in een aantal gebieden van de wereld oorzaak was van grote anomaliën in het weerbeeld.
Het breken van een groot aantal records geeft voeding aan de gedachte dat de mens zelf veroorzaker is. Wetenschappelijk gezien is dit verband helemaal niet aangetoond. De extreme verschijnselen en records bevinden zich statistisch gezien in de staart van de verdelingen van de betreffende meteorologische grootheden en de reeksen zijn in feite te kort om uitspraken te doen omtrent een eventuele verandering. Bovendien hebben deze extremen een regionaal karakter. Met de huidige generatie klimaatmodellen is het simpelweg onmogelijk om betrouwbare schattingen te maken voor regionale veranderingen t.g.v. het versterkte broeikaseffect. Voor wat betreft de wereldgemiddelde veranderingen lijken de verwachtingen robuuster. Dit komt doordat op deze schaal veranderingen in de stralingshuishouding doorslaggevend zijn. Hiermee is niet gezegd dat we precies weten wat er in de toekomst gaat gebeuren. Onzekerheden in de huidige stralingsforcering door menselijke activiteiten zijn groot, met name door de invloed van aërosolen. De schatting van de stralingsforcering in 1998 t.o.v. het pre-industriele tijdperk bedraagt 1,2 Wm-2 . Voorts kennen we de klimaatgevoeligheid, d.w.z. de vertaalfactor van stralingsforcering naar temperatuurstijging, niet goed door onzekerheden in de terugkoppelingen. Tenslotte is er nog enorme onzekerheid over de toekomstige emissies, omdat dit mede afhangt van het wereldwijde milieubeleid. De huidige schatting van de temperatuurtoename door de industriële activiteiten van de mens ligt tussen de 0,3 en 0,7°C [Van Dorland, 1998], waarvan ruim de helft in de laatste 30 jaar. Het gezaghebbende IPCC rapport [IPCC, 1995] geeft voor het jaar 2100 een schatting voor de totale antropogene stralingsforcering van 4 tot 8 Wm-2. Bij de huidige onzekerheden kan dit leiden tot een mondiaal gemiddelde temperatuurstijging in 2100 variërend van 0,7 tot 4°C. Zulke temperatuurveranderingen mogen met recht verontrustend genoemd worden, vooral ook omdat zeker is dat deze veranderingen niet homogeen over de aardbol verdeeld worden. Voorts is het niet waarschijnlijk dat natuurlijke processen op deze termijn zelfs maar een vergelijkbare stralingsforcering opleveren. Wie weet hoe de wereld eruit ziet als over honderd jaar nog eens wordt teruggeblikt op onze huidige inzichten!