Tagarchief: Stralingsbalans

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

De versnelling in de opwarming van de aarde

Er zijn de afgelopen tijd twee artikelen verschenen – beide open access – over de energiebalans van de aarde: “Earth’s Energy Imbalance” van Trenberth et al. in Journal of Climate en “Changes in global net radiative imbalance 1985–2012” van Allan et al. in Geophysical Research letters. Trenberth et al. kijkt vooral naar de veranderingen van de energie-inhoud van het klimaatsysteem en concentreert zich daarom grotendeels op het grootste energiereservoir: de oceaan (zie ter illustratie de afbeelding hieronder); Allen et al. richt zich meer op de inkomende en uitgaande stralingsstromen die uiteindelijk bepalen of de energie-inhoud van het klimaatsysteem toe- of afneemt.

ImbalanceClimateSystem

Toename van energie in verschillende componenten van het klimaatsysteem volgens een eerder onderzoek (Hansen et al, 2011, (pdf))

Ik wilde al een hele tijd over die artikelen schrijven, maar dat lukte niet zo goed. De reden daarvoor: de onderzoeken zijn in wezen behoorlijk gecompliceerde puzzels; de enige manier om een beeld van de energiebalans te krijgen is het combineren van allerlei gegevens die op één of andere manier informatie geven. Dat is nodig omdat er maar heel weinig directe metingen van inkomende en uitgaande straling zijn. De ingewikkelde puzzels zijn niet goed samen te vatten: ofwel beschrijf je alle stukjes en schrijf je zo’n beetje het hele artikel over, ofwel beperk je je tot conclusies en wordt de blogpost niet veel langer dan een tweet. Of zelfs dat niet, want de conclusie van Trenberth bestaat uit een uitgebreid overzicht van wat er bekend is met welke onzekerheidsmarges en waar er nog gaten in de energieboekhouding zitten. Die gaten – door Trenberth ooit “missing energy” genoemd; een citaat dat in de blogosfeer sindsdien te onpas (en heel af en toe te pas) wordt aangehaald – worden geleidelijk aan kleiner, maar zijn nog niet helemaal gevuld. Vooral op een korte tijdschaal, ordegrootte een jaar, kunnen de verschillen tussen diverse typen metingen en berekeningen behoorlijk oplopen. Het voortschrijdend inzicht in de toenemende warmteinhoud van de oceanen, door het soort onderzoeken waar Bob en Jos onlangs over schreven, levert een belangrijke bijdrage aan het sluitend krijgen van een kant van de boekhouding: de kwantificering van de hoeveelheid warmte die accumuleert in het klimaatsysteem. De andere kant: het meten van in- en uitgaande straling is zo mogelijk nog lastiger. Lees verder