Tagarchief: CO2

Wat is eigenlijk een broeikasgas?

Eerder en in iets andere vorm verschenen op NU.nl in de serie “Klimaatvragen”

Als de hoeveelheid broeikasgassen in de atmosfeer stijgt, gaat de temperatuur omhoog. Maar hoe komt dat eigenlijk? En waarom hebben sommige gassen wel deze werking, en andere niet?

Broeikasgassen zijn gassen die warmtestraling opnemen. Die warmte wordt vervolgens weer teruggestraald naar de omgeving. Oók terug naar de aarde, die daardoor een hogere temperatuur krijgt. Dit noemen we het broeikaseffect. Als de hoeveelheid broeikasgassen in de atmosfeer toeneemt, dan stijgt de temperatuur.

Maar wat maakt een gas dan een broeikasgas?

Verreweg het grootste deel van de lucht, stikstof en zuurstof, is niet alleen doorzichtig voor zichtbaar licht (blauw, geel en rood), maar ook voor warmtestraling (infrarood). Die straling gaat er dus net als zichtbaar licht dwars doorheen. Een aantal andere gassen laat warmtestraling niet zomaar door. Dat zijn broeikasgassen: gassen die een deel van de warmtestraling absorberen. Hoewel hun concentratie in de lucht relatief laag is, is hun effect op de temperatuur groot.

Maar waarom dan? Dat heeft te maken met de vorm van de moleculen waar het gas uit bestaat. En dat is nog best complex: een molecuul kan warmtestraling absorberen als het kan meetrillen met dezelfde golflengte als de warmtestraling. Dat kun je vergelijken met een stemvork die meetrilt met een bepaalde toonhoogte. Het trillende molecuul neemt de warmtestraling in zich op, waardoor de lucht er omheen ook opwarmt. De extra warmte wordt vervolgens in alle richtingen uitgestraald, dus ook terug naar de aarde.

Om warmtestraling te kunnen opnemen, moeten gasmoleculen een beetje kunnen trillen, waarbij de verdeling van elektrische lading binnen het molecuul een beetje verandert. Dat kan alleen als een gasmolecuul uit drie of meer atomen bestaat. Bron: DynamicScience.com.

Een voorwaarde om warmtestraling te kunnen absorberen is dat een molecuul asymmetrisch kan trillen. Simpele, rechte moleculen die uit slechts twee atomen bestaan, zoals zuurstof (O2) en stikstof (N2) kunnen dat niet, en zijn dus geen broeikasgassen. Broeikasgassen bestaan uit drie of meer atomen: bijvoorbeeld CO2 of methaan (CH4). Ook waterdamp (H2O) is een belangrijk broeikasgas.

Lees verder

Advertenties

De relatie tussen CO2 en temperatuur

Je komt ze zelfs in 2018 nog tegen, mensen die menen dat een verandering in de concentratie van het broeikasgas CO2 in de atmosfeer geen enkele invloed op de temperatuur heeft. Ze bestoken je met onduidelijke handgetekende grafiekjes of andere plaatjes van een dubieuze herkomst en verwijzen een paar eeuwen wetenschappelijk onderzoek en kennisopbouw simpelweg naar de prullenmand. Vanwege deze twitterervaringen en vragen die we via ons contactformulier krijgen, geven we hieronder een klein overzicht over de relatie tussen de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer en de temperatuur op onze aardbol.

Er is wel degelijk een verband tussen deze twee zaken en dat is al héél lang bekend. In de jaren twintig van de 19e eeuw realiseerde Fourier zich al dat de atmosfeer een invloed uit moest oefenen op de temperatuur van de aarde. In 1859 startte Tyndall met metingen aan het absorptievermogen van gassen, hij toonde aan dat CO2, waterdamp en ozon infraroodlicht (warmtestraling) absorberen. Bijna 40 jaar later berekende Arrhenius met de hand hoeveel opwarming een verdubbeling van de CO2-concentratie zou geven. De klimaatwetenschap is geen “jonge wetenschap” zoals sommigen beweren, maar een al oude en volwassen wetenschap.

De aarde ontvangt energie van de zon en – om qua temperatuur in evenwicht te blijven – moet de aarde net zoveel energie als ze ontvangen heeft weer uitstralen naar de ruimte. Dat doet de aarde in de vorm van infraroodlicht. Uit de natuurkunde is bekend dat broeikasgassen zoals CO2 de warmtestraling afkomstig van de aarde gedeeltelijk absorberen en dat zorgt ervoor dat de aarde moeilijker energie kan uitstralen naar het heelal, met als gevolg een hogere temperatuur dan zonder broeikasgassen. Meer CO2 in de atmosfeer zorgt voor meer absorptie van die uitgaande warmtestraling en dat zorgt op zijn beurt dus voor een toename van de temperatuur zoals we vanaf circa 1850-1900 ook zien in de metingen. Wetenschappers zoals Arrhenius voorspelden al eind 19e eeuw dat een toename van de CO2-concentratie tot opwarming moet leiden. Het was een wetenschappelijke voorspelling die vervolgens is uitgekomen, in plaats van een verklaring achteraf.
Lees verder

Ja, de mens is verantwoordelijk voor de opwarming van de aarde

Eerder verschenen op RTLZ, in antwoord Roderick Veelo en Marijn Poels:

We horen het vaak: de meeste klimaatwetenschappers zijn het erover eens dat de aarde opwarmt door toedoen van de mens. Dit is keer op keer aangetoond op basis van literatuuranalyses en enquêtes, en de mate van consensus ligt steevast tussen de 90% en de 100%. Maar hoe weten we nu of die wetenschappers het wel bij het juiste eind hebben?

Een aantal conclusies van de klimaatwetenschap is zo goed als zeker. Zo is al in de 19de eeuw aangetoond dat gassen zoals CO2 infraroodstraling absorberen, en daardoor het warmteverlies van de aarde temperen. Dit is inmiddels middelbare school natuurkunde. Ook weten we dat de toename van de CO2-concentratie in de atmosfeer komt door het verbranden van fossiele brandstoffen. De koolstof in de CO2 heeft namelijk een fossiele vingerafdruk, die ondubbelzinnig de afkomst verraadt. Meer CO2 betekent dus een dikkere deken van CO2 om de aarde heen, die daardoor wel moet opwarmen.

Maar het klimaat is toch altijd al veranderd, lang voordat de mens op het toneel verscheen? Jazeker. En de studie daarvan, paleoklimatologie, laat zien dat CO2 vaak een sleutelrol vervulde bij die klimaatveranderingen in het verre verleden. Modellen, gebaseerd op natuurkundige kennis van het klimaatsysteem, kunnen de recente opwarming goed verklaren, maar alleen als daarbij ook de menselijke invloeden zoals emissies van broeikasgassen en aerosolen (fijn stof) worden meegenomen.

Oftewel, meerdere bewijslijnen bevestigen de conclusie dat menselijk handelen de belangrijkste oorzaak is van de huidige opwarming. Zou het kunnen dat al die wetenschappers het faliekant mis hebben? Dat kun je natuurlijk nooit uitsluiten, maar voor een dergelijke boude stelling heb je dan wel heel sterke bewijzen nodig (‘extraordinary claims require extraordinary evidence’). En dat ontbreekt steevast aan dit soort claims.

Zo heeft Roderick Veelo het in zijn opiniestuk van 19 oktober over een “opgelegde eensgezindheid zonder tegenspraak”. Ik denk dat de heer Veelo nooit een wetenschappelijke conferentie heeft bijgewoond, want ik kan hem vertellen dat wetenschappers niets liever doen dan elkaar tegenspreken en corrigeren. Eensgezindheid  is vaak ver te zoeken. Geen wonder, want wetenschappelijke roem krijg je niet door je collega’s braaf na te praten; je moet met nieuwe inzichten komen! Over de grote lijn echter, zoals hierboven kort beschreven, zijn vrijwel alle klimaatwetenschappers het wel eens. Net zoals de meeste theoretisch fysici het eens zijn over Einstein’s theorieën. Dat ze om de haverklap een e-mail krijgen van iemand die meent het ultieme bewijs te hebben dat Einstein er helemaal naast zat zal hooguit tot een lach of wat irritatie leiden, maar zal hun inzichten meestal niet beïnvloeden. Lees verder

Red de Cabauw curve

Door Bart Verheggen en Hans Custers

Bijna een jaar geleden verscheen er op dit blog een stuk over het dreigende einde van de Keeling curve: de metingen van CO2 in de atmosfeer op Mauna Loa, Hawaii. De Keeling curve werd uiteindelijk (voor de komende vijf jaar) gered door een donatie van een half miljoen dollar van Wendy en (ex-Google-baas) Eric Schmidt.

In het NRC van vandaag bericht Paul Luttikhuis dat de Nederlandse versie van de Keeling curve nu tot een einde dreigt te komen (zie ook zijn NRC blog). De regering wil de financiering van CO2-metingen door ECN, bij het meetpunt van het KNMI in Cabauw, stoppen. Omdat ze niet strikt noodzakelijk zouden zijn.

Daar valt wel wat op af te dingen. Het is belangrijk voor het energie- en klimaatbeleid om goed de vinger aan de pols te houden wat de emissies precies zijn en hoe die zich ontwikkelen. Daarvoor zijn metingen onontbeerlijk. Met name metingen op hoge masten zijn heel nuttig, omdat die representatief zijn voor een groter oppervlak dan grondmetingen (die bijvoorbeeld verstoord kunnen worden door een voorbijrijdende auto).

Deze metingen kunnen bijvoorbeeld als input dienen voor atmosferische simulatiemodellen, en door die in “inverse modus” te draaien kun je dan de emissies uitrekenen. Dit heet inverse modelering, omdat normaalgesproken diezelfde modellen worden gebruikt om vanuit de aangenomen emissies en de meteorologische windvelden de concentratie als functie van tijd en plaats te berekenen. Door input en output om te draaien kun je de aangenomen emissies verifiëren op basis van de observaties. Emissieverificatie dus. Daar heb je natuurlijk wel goede, representatieve metingen voor nodig over langere tijd.

Op basis van deze methode, namelijk het koppelen van toren-metingen aan inverse modelering, is bijvoorbeeld gebleken dat de emissies van methaan en lachgas in een aantal landen toch wel wat hoger waren dan de officiële “emission inventories”. De toren metingen worden ook veelvuldig gebruikt voor “ground truthing” van satelliet gegevens. Een meetmast zoals Cabauw is onderdeel van onze kennis-infrastructuur. Het is niet voor niets gekenmerkt als een zogenaamde “super-site” voor meteorologische observaties.

Cabauw 2
Lees verder

Jazeker hebben wij mensen voor opwarming gezorgd!

“It is extremely likely that human influence has been the dominant cause of the observed warming since the mid-20th century.”

Meestal gaan we op dit blog in veel stukken diep op de wetenschap in, wat voor nieuwkomers in het klimaatonderzoek lastig te volgen kan zijn. Dit keer probeer ik de basis te bespreken van de achtergrond van de bovenstaande zin. Het is een stuk tekst uit de samenvatting voor beleidsmakers van het IPCC AR5-rapport van 2013: de mens is de belangrijkste veroorzaker van de opwarming van de aarde sinds 1950. Niet iedereen gelooft deze uitspraak, maar de klimaatwetenschap is er toch erg zeker van.

De temperatuurverandering

Nadat Galileo, Fahrenheit en Celsius zich in het verre verleden met het meten van de temperatuur en de thermometer hadden bemoeid, hebben mensen ook de temperatuur van hun omgeving gemeten en vastgelegd. In Nederland startte dat bijvoorbeeld al aan het einde van de 17e eeuw. Naarmate de tijd vorderde, werden deze meetmethoden uiteraard steeds beter en werd er op steeds meer plaatsen in de wereld gemeten. Deze temperatuurmetingen vormen de basis van de bepaling van de mondiale temperatuurverandering van de afgelopen paar honderd jaar door een aantal onderzoeksgroepen. De bekendste groepen die zich daar mee bezighouden zijn NASA GISS en NOAA-NCDC uit de VS, het Engelse Met Office Hadley Centre/CRU of het Japan Meteorological Agency, je komt hun gegevens vaak tegen onder de namen GISTEMP, NCDC, HadCRUT en JMA. De Amerikaanse groepen rapporteren mondiale temperatuurdata die starten in 1880, de Japanse data starten in 1891 en de data van de Engelse groep starten zelfs in 1850.

De grafiek in onderstaande figuur komt uit het IPCC AR5-rapport en geeft de temperatuurontwikkeling op aarde weer vanaf 1850, gebruik makend van de resultaten van de drie hierboven genoemde onderzoeksgroepen. In de grafiek is de gemiddelde temperatuur op aarde over de periode 1961 – 1990 op 0 gesteld en dus geven alle lijnen in de grafiek de afwijking van de temperatuur weer t.o.v. die referentie periode (de temperatuur anomalie). Eén ding valt direct op als je naar de grafiek kijkt: het is warmer geworden op aarde sinds het einde van de 19e eeuw en dan vooral na 1970. Na 1970 is ook elk decennium warmer geweest dan het voorgaande. Volgens het IPCC is het op aarde sinds 1880 circa 0,85 °C warmer geworden en na 1950 circa 0,65 °C.

Figuur 1: De temperatuurverandering op aarde sinds 1850 waarbij drie temperatuurdatasets zijn gebruikt (HadCRUT – zwart, GISTEMP – blauw, NCDC – oranje). Gebaseerd op figuur SPM.1a uit het IPCC AR5 rapport 2013.

Lees verder

Voortzetting van The Keeling Curve

Al in 1958 startte Charles David Keeling met zijn Mauna Loa CO2 metingen bij het Scripps Institution of Oceanography. Deze metingen staan inmiddels bekend onder de naam The Keeling Curve. Het Scripps CO2 en O2 meetprogramma, nu onder de supervisie van Ralph Keeling, wordt geconfronteerd met financiële problemen en het voortzetten van deze metingen loopt gevaar, zie deze brief:
http://keelingcurve.ucsd.edu/a-letter-of-appeal-from-ralph-keeling/
In de Engelstalige blogosfeer is inmiddels een campagne voor het behoud van de Keeling Curve op gang gekomen, nadat Eli Rabett van Rabett Run een bescheiden oproep tot steun oppikte en een donatiebutton maakte.

Charles Keeling in zijn lab 1988 (Bron: UC San Diego)

Lees verder