De beïnvloeding van het klimaat door de interactie tussen aerosolen en wolken lijkt eenvoudiger dan gedacht

Eruptie van de Holuhraun in IJsland in het najaar van 2014 (Bron: Flickr/Sparkle Motion)

De invloed van aerosolen (microscopisch kleine deeltjes of druppeltjes in de atmosfeer) op het klimaat is complex. Aerosolen kunnen een afkoelend effect hebben op het oppervlak, omdat ze zonlicht reflecteren, maar ook een opwarmend effect op de atmosfeer als de deeltjes zonlicht absorberen. Het netto-effect hangt af van tijd, plaats, hoogte en de precieze eigenschappen van de aerosol-deeltjes. En alsof dat al niet genoeg is, spelen aerosolen ook nog eens een belangrijke rol bij het ontstaan van bewolking. Met alle mogelijke klimaateffecten van dien. De invloed van aerosolen op bewolking wordt wel het indirect aerosol-effect genoemd.

Het zit zo. Als lucht afkoelt en daardoor oververzadigd raakt met waterdamp, condenseert die waterdamp op de aanwezige aerosoldeeltjes. Zonder de “hulp” van die zogenaamde condensatiekernen zou de luchtvochtigheid op kunnen lopen tot wel vier maal het verzadigingspunt, voordat de condensatie van waterdamp op gang komt. Met als gevolg, zo stel ik me in elk geval voor, dat er ineens een enorme plens water uit een totaal onbewolkte lucht zou vallen als die condensatie eenmaal op gang zou komen.

Dat zal in werkelijkheid nooit gebeuren, omdat de aardse atmosfeer nooit helemaal stofvrij is. Er zit vulkanische as in de lucht, woestijnstof, zeezout en roet dat ontstaat bij natuurbranden. En wij mensen voegen daar nog van alles aan toe. Misschien nog belangrijker is dat er door chemische processen in de atmosfeer ook aerosolen ontstaan. Daarbij spelen diverse organische stoffen en zwaveldioxide een grote rol. Die stoffen belanden door zowel natuurlijke processen als menselijke activiteiten in de atmosfeer. Vulkanen zijn een belangrijke natuurlijke bron van zwaveldioxide. Menselijke emissies zijn vooral het gevolg van het gebruik van fossiele brandstoffen. De concentratie zwaveldioxide is van grote invloed op de vorming van aerosolen.

Omdat er vrijwel altijd al voldoende aerosolen aanwezig zijn, zorgen extra deeltjes er niet of nauwelijks voor dat bewolking eerder of gemakkelijker ontstaat. De hoeveelheid water die condenseert neemt meestal ook niet toe als er meer deeltjes zijn; als de waterdampconcentratie beneden het verzadigingspunt komt condenseert er niets meer. Maar als er meer deeltjes zijn die als condensatiekern kunnen fungeren ontstaan er wel meer druppeltjes (of ijskristalletjes), die dan ook kleiner zijn. En dat heeft invloed op de eigenschappen van een wolk, op twee verschillende manieren:

1. Het eerste indirecte aerosol-effect, of cloud-albedo-effect .Wolken met meer en kleinere druppeltjes reflecteren meer zonlicht dan wolken met minder en grotere druppels: ze worden witter.
2. Het tweede indirecte aerosol-effect, of cloud lifetime effect. Naarmate ze kleiner zijn vloeien druppeltjes ook minder gemakkelijk samen tot druppels die groot genoeg zijn om naar beneden te vallen, waardoor het langer kan duren totdat een wolk uitregent. Natuurlijke en menselijk aerosol-emissies zouden dus de levensduur van wolken kunnen verlengen, waarbij de wolken aan het eind van hun leven ook nog eens meer water bevatten.

Het gevolg van dit alles is dat het effect van aerosolen op wolken een afkoelende invloed op het klimaat heeft. De vraag is hoe groot die invloed is. In het overzicht uit het laatste IPCC-rapport van factoren die de temperatuur van de aarde hebben beïnvloed (ofwel: klimaatforceringen) sinds 1750 is dit de meest onzekere. Het effect van menselijke aerosol-emissies op wolken zou zo goed als verwaarloosbaar kunnen zijn, maar het zou ook een aanzienlijk deel van de opwarming door broeikasgasemissies kunnen maskeren.

Stralingsforceringen sinds 1750 volgens IPCC AR5

De oorzaak van die grote onzekerheid zal liggen in het feit dat er niet zo veel gelegenheden zijn om de theorie te toetsen aan waarnemingen. Het komt niet zo vaak voor dat er ergens op aarde een grote verandering optreedt in de hoeveelheid aerosolen, terwijl alle andere omstandigheden gelijk blijven. Het wekt dan ook geen verbazing dat een kleine buslading wetenschappers zich op de gegevens stort wanneer dat een keer wel gebeurt. Dat blijkt dan een artikel in Nature op te leveren met 34 auteurs, als ik tenminste goed heb geteld: Strong constraints on aerosol–cloud interactions from volcanic eruptions van Malavelle et al.. Op het blog van Ed Hawkins is een toelichting op het onderzoek te vinden van een van die 34: Richard Allan.

Het buitenkansje waar al die wetenschappers zich over bogen was een zogenaamde effusieve (niet-explosieve) eruptie van de IJslandse vulkaan Holuhraun in het najaar van 2014. Bij die eruptie kwam een grote hoeveelheid zwaveldioxide vrij. Analyse van gegevens over de bewolking boven een groot gebied rond IJsland in september en oktober 2014 liet zien dat de druppeltjes in wolken toen inderdaad kleiner waren dan in dezelfde maanden in andere jaren en dat ze daardoor meer zonlicht weerkaatsten. Maar “nattere” wolken, die het gevolg zouden zijn van een langere levensduur, werden niet gevonden.

Waargenomen afwijking van de grootte van wolkendruppels (boven) en “natheid” van wolken (onder) in oktober 2014 t.o.v. het gemiddelde in oktober (2002 – 2013)

Meteorologische omstandigheden of andere factoren die de resultaten zouden kunnen beïnvloeden werden niet gevonden. En dus lijkt het er op dat er van de twee mogelijke indirecte aerosol-effecten er in de praktijk maar eentje een rol van betekenis speelt en dat daardoor de hoogste schattingen van het totaaleffect van tafel kunnen. In elk geval in het najaar en op deze plek op aarde. De onderzoekers spreken – heel voorzichtig – het vermoeden uit dat dit ook wel eens op andere plaatsen en tijdstippen het geval zou kunnen zijn. Een aanvullende analyse die van een periode in 2008 toen de vulkaan Mount Kilauea op Hawaii veel zwaveldioxide uitstootte bevestigt dit vermoeden. Bovendien blijken klimaatmodellen die de situatie rond IJsland in 2014 het meest accuraat simuleerden ook in algemene zin een relatief klein indirect aerosol-effect te vinden.

Het lijkt er dus op dat de waargenomen verschijnselen niet alleen van toepassing zijn onder de specifieke omstandigheden in het najaar van 2014 in de buurt van IJsland. Dat zou betekenen dat de bovengrens van het waarschijnlijkheidsinterval voor schattingen van het indirect aerosol-effect naar beneden bijgesteld kan worden. En daarmee wordt een mogelijke zware tegenvaller in de toekomst minder waarschijnlijk: een flinke dot extra opwarming die nu nog gemaskeerd wordt door het effect op bewolking van menselijke aerosol-emissies. Goed nieuws dus. Een beetje. Met wat slagen om de arm.