Waterdamp en wat deskundige wetenschappers beschouwen als de vier andere ‘belangrijkste’ broeikasgassen vormen de ware ‘hitparade’ van broeikasgassen die warmte vasthouden in de atmosfeer van de aarde en bijdragen aan de algehele opwarming van de aarde.
Er is een hele familie broeikasgassen (GHGs). Maar het is belangrijk om te onthouden dat ze niet allemaal “gelijk” zijn.
Een bijzonder belangrijk onderscheid tussen deze gassen is hun uiteenlopende aardopwarmingsvermogen (GWP). Sommige zijn veel “efficiënter” – en dat is beslist geen compliment in deze context – in het vasthouden van warmte-energie in de atmosfeer, in plaats van deze te laten ontsnappen. Sommige zijn van korte duur, terwijl andere gemakkelijk tientallen jaren of langer in de atmosfeer kunnen blijven. Sommige broeikasgassen worden in enorme hoeveelheden uitgestoten, maar zijn gelukkig niet zo vraatzuchtig of “efficiënt” als die welke in veel kleinere hoeveelheden worden uitgestoten; andere hebben juist de tegenovergestelde eigenschappen – slechts in sporen uitgestoten, maar uiterst efficiënt in het afdekken van de atmosfeer van de planeet en het tegenhouden van warmte om daarbuiten te ontsnappen.
Om de familie van broeikasgassen enigszins begrijpelijk te maken, spreken wetenschappers in termen van kooldioxide-equivalent – CO2e. Deze benadering maakt kooldioxide, CO2, tot de gangbare “valuta” voor broeikasgassen en de opwarming van de aarde.
Laten we de belangrijkste broeikasgassen een voor een bekijken, te beginnen met waterdamp, het meest voorkomende broeikasgas in de atmosfeer volgens het National Climatic Data Center (NCDC) van de NOAA.
- Waterdamp
- Koolstofdioxide (CO2)
- Methaan (CH4)
- Stikstofoxide (N2O)
- Fluorhoudende gassen (HFC’s, PFC’s, SF6)
- Referenties en bronnen
Waterdamp
NCDC legt uit dat veranderingen in de concentratie van waterdamp het gevolg zijn van klimaatterugkoppelingen die verband houden met de opwarming van de atmosfeer en niet van activiteiten die verband houden met industrialisatie. De terugkoppelingslus waarbij water betrokken is, is van cruciaal belang voor het voorspellen van toekomstige klimaatveranderingen, vervolgt het NCDC, “maar wordt tot nu toe nog vrij slecht gemeten en begrepen.” Het agentschap vervolgt:
Als de temperatuur van de atmosfeer stijgt, wordt er meer water verdampt uit de grondopslag (rivieren, oceanen, reservoirs, bodem). Omdat de lucht warmer is, kan de absolute vochtigheid hoger zijn (in wezen kan de lucht meer water “vasthouden” als hij warmer is), wat leidt tot meer waterdamp in de atmosfeer. Als broeikasgas kan de hogere concentratie waterdamp dan meer infrarode energie absorberen die door de aarde wordt uitgestraald, waardoor de atmosfeer verder opwarmt. De warmere atmosfeer kan dan meer waterdamp bevatten, enzovoort, enzovoort. Dit wordt een “positieve terugkoppelingslus” genoemd. Er bestaat echter grote wetenschappelijke onzekerheid over de omvang en het belang van deze terugkoppelingskringloop. Naarmate de waterdamp in de atmosfeer toeneemt, zal uiteindelijk ook meer waterdamp condenseren in wolken, die beter in staat zijn om de inkomende zonnestraling te weerkaatsen (waardoor minder energie het aardoppervlak kan bereiken en opwarmen). De toekomstige monitoring van atmosferische processen waarbij waterdamp betrokken is, zal van cruciaal belang zijn om de terugkoppelingen in het klimaatsysteem die tot wereldwijde klimaatverandering leiden, volledig te begrijpen. Hoewel de grondbeginselen van de hydrologische cyclus redelijk goed worden begrepen, hebben we nog maar weinig inzicht in de complexiteit van de terugkoppelingsmechanismen. Terwijl we goede atmosferische metingen hebben van andere belangrijke broeikasgassen zoals kooldioxide en methaan, hebben we slechte metingen van de mondiale waterdamp, zodat het niet zeker is met hoeveel de atmosferische concentraties de afgelopen decennia of eeuwen zijn gestegen, hoewel satellietmetingen, gecombineerd met ballongegevens en enkele in-situ metingen op de grond, wijzen op een over het algemeen positieve trend in de mondiale waterdamp.
Koolstofdioxide (CO2)
Laten we nu eens kijken naar wat federale en academische onderzoekers beschouwen als de “belangrijkste broeikasgassen.”
Koolstofdioxide (niet te verwarren met koolmonoxide, CO, dat in verband wordt gebracht met uitlaatgassen van auto’s of met CO-alarmen in woningen) komt zowel natuurlijk als door menselijke activiteiten voor. Het is een onvermijdelijk bijproduct van de verbranding van fossiele brandstoffen, zoals steenkool, benzine en aardgas. In 2013 was CO2 verantwoordelijk voor ongeveer 82 procent van alle broeikasgasemissies van menselijke activiteiten in de VS. Onder verwijzing naar gegevens van de National Research Council’s 2011 Advancing the Science of Climate Change, meldt de website van het U.S. Environmental Protection Agency (EPA) dat “menselijke activiteiten de koolstofcyclus veranderen – zowel door meer CO2 aan de atmosfeer toe te voegen als door het vermogen van natuurlijke putten, zoals bossen, om CO2 uit de atmosfeer te verwijderen, te beïnvloeden. Hoewel CO2-emissies afkomstig zijn van een verscheidenheid aan natuurlijke bronnen, zijn menselijke emissies verantwoordelijk voor de toename die sinds de industriële revolutie in de atmosfeer heeft plaatsgevonden. De concentraties van CO2 in de atmosfeer zijn sinds het begin van het industriële tijdperk met meer dan een derde toegenomen. Prognoses voor de komende jaren laten zien dat die trend zich voortzet.
De uitstoot van kooldioxide in de VS per bron.
Lang stabiel in het bereik van ongeveer 280 delen per miljoen (PPM) in de atmosfeer, ligt de CO2-concentratie momenteel meer in het bereik van 400 PPM. De voortdurende opwaartse trend van de CO2-concentraties in wat een “business as usual”-scenario wordt genoemd, is een van de zaken die klimaatwetenschappers in het bijzonder zorgen baren.
Het is niet zozeer het GWP van kooldioxide dat zorgen baart, maar veeleer de huidige en verwachte voortdurende groei van emissies en atmosferische concentraties, en het feit dat CO2 zeer lang – meer dan een eeuw – in de atmosfeer aanwezig is. Wat wij vandaag uitstoten, zal zeer, zeer lang in de atmosfeer blijven.
Koolstofdioxide is natuurlijk essentieel voor de groei van planten en voor de voedselproductie, en het wordt uitgestoten telkens wanneer wij mensen uitademen. In de atmosfeer is het echter een geval van teveel van het goede: de wetenschap weet al sinds de onderzoeksresultaten van de Zweedse wetenschapper en Nobelprijswinnaar Svante Arrhenius meer dan een eeuw geleden dat de verbranding van fossiele brandstoffen door de mens leidt tot een broeikaseffect dat wordt veroorzaakt door het vrijkomen van CO2. Voor de wetenschappelijke gemeenschap is dat “oude koek” en algemeen aanvaard.
Voor meer informatie zie Understanding the Emphasis on CO2 as a Greenhouse Gas.
Methaan (CH4)
Methaan, een koolwaterstofgas dat zowel het gevolg is van natuurlijke oorzaken als van menselijke activiteiten zoals landbouw en veeteelt, is een bijzonder krachtig (lees “efficiënt,” maar niet als compliment) broeikasgas en absorber van straling. Methaan is veel minder overvloedig aanwezig in de atmosfeer dan CO2 en het heeft een aanzienlijk kortere levensduur van 12 jaar. Volgens de National Research Council is de concentratie van methaan in de atmosfeer in de jaren tachtig weliswaar sterk toegenomen, maar sindsdien enigszins afgevlakt en bedraagt deze nu ongeveer tweeënhalf keer het niveau van vóór de industrialisering.
Methaan, dat wordt gebruikt voor de productie van energie, is net als CO2 reukloos en kleurloos – en het heeft zowel gunstige als schadelijke eigenschappen.
Cijfers van de EPA geven aan dat menselijke activiteiten verantwoordelijk zijn voor meer dan 60% van de totale methaanuitstoot, voornamelijk afkomstig van de industrie, de landbouw en afvalbeheeractiviteiten. Deze grafiek toont de bijdragen van methaan uit verschillende bronnen:
Methaanemissies in de VS per bron
U.S. Methaanemissies per bron
Volgens de EPA-website vormen wetlands de grootste natuurlijke bron van methaan, dat wordt uitgestoten door bacteriën die organisch materiaal afbreken in afwezigheid van zuurstof. Kleinere bronnen zijn termieten, oceanen, sedimenten, vulkanen en bosbranden.
EPA meldt dat methaanemissies in de Verenigde Staten tussen 1990 en 2012 met bijna 11 procent zijn gedaald, gedurende welke tijd emissies “toenamen uit bronnen geassocieerd met landbouwactiviteiten, terwijl emissies afnamen uit bronnen geassocieerd met de exploratie en productie van aardgas en aardolieproducten.”
In de afgelopen jaren is in sommige mediaberichten meer aandacht besteed aan de mogelijkheid van plotseling en massaal vrijkomen van lang opgebotteld methaan en methaanhydraten die momenteel zijn vastgelegd door bevroren toendra’s. Men is bezorgd dat het smelten van de Arctische toendra kan leiden tot het plotseling vrijkomen van methaan, dat rampzalig zou kunnen zijn. Een uitstekende bron voor een beter begrip van deze zeer zichtbare kwestie is een stuk van Carolyn Ruppel, wetenschapper bij het U.S. Geological Survey in Woods Hole, in het alom gerespecteerde vaktijdschrift Nature. Ik citeer haar uit dat rapport:
…sommige wetenschappers hebben alarm geslagen dat grote hoeveelheden methaan (CH4) zouden kunnen vrijkomen door wijdverspreide destabilisatie van klimaatgevoelige gashydraatafzettingen die in mariene en permafrost-gerelateerde sedimenten zitten opgesloten (Bohannon 2008, Krey et al. 2009, Mascarelli 2009). Zelfs als slechts een fractie van het vrijgekomen CH4 de atmosfeer zou bereiken, dan nog hebben de potentie van CH4 als broeikasgas en de persistentie van zijn oxidatieve product (CO2) de zorg doen toenemen dat het uiteenvallen van gashydraten een langzaam kantelpunt zou kunnen zijn (Archer et al. 2009) voor de huidige periode van klimaatverandering op aarde.
Notend dat methaan ongeveer 20 procent krachtiger is als broeikasgas dan CO2, maar na ongeveer tien jaar in de atmosfeer oxideert tot CO2, schrijft Ruppel: “De gevoeligheid van gashydraten voor opwarming van het klimaat hangt af van de duur van de opwarming, hun diepte onder de zeebodem of toendra, en de hoeveelheid opwarming die nodig is om de sedimenten zodanig te verwarmen dat gashydraten dissociëren.”
Voor degenen die de betekenis van methaan in de hele discussie over opwarming van de aarde en klimaatverandering beter willen begrijpen, biedt het Nature-stuk van Ruppel, hoofd van het Gas Hydrates Project van het USGS, nuttige en praktische informatie.
Stikstofoxide (N2O)
Stikstofoxide komt van nature voor in de atmosfeer van de aarde als onderdeel van de stikstofcyclus. Hoewel het het product is van een grote verscheidenheid aan natuurlijke bronnen, verhogen menselijke activiteiten – landbouw, verbranding van fossiele brandstoffen, afvalwaterbeheer en industriële processen – de concentraties in de atmosfeer, aldus de EPA. Bovendien hebben stikstofoxidemoleculen in de atmosfeer een lange levensduur – ongeveer 120 jaar voordat ze worden verwijderd in een “put” of vernietigd als gevolg van chemische reacties. Een pond N2O-gas heeft een opwarmend effect dat 300 keer zo groot is als dat van een pond kooldioxide.
Gebaseerd op gegevens van 2012, omvat distikstofdioxide ongeveer 6 procent van alle emissies in de VS die het gevolg zijn van menselijke activiteiten. Wereldwijd is ongeveer twee vijfde, 40 procent, van de lachgasemissies toe te schrijven aan menselijke activiteiten.
Landbouw, vervoer en industrie zijn de belangrijkste bronnen van lachgasemissies, zoals aangegeven in deze grafiek:
In de EU Uitstoot van distikstofoxide per bron
Fluorhoudende gassen (HFK’s, PFK’s, SF6)
Fluorhoudende gassen worden in kleinere hoeveelheden uitgestoten dan de andere broeikasgassen, maar wat zij aan volume missen, maken zij goed in kracht en lange levensduur in de atmosfeer, variërend van 1-270 jaar voor HFK’s tot 800-50.000 jaar voor PFK’s en ongeveer 3.200 jaar voor SF6. Zodra zij in de atmosfeer terechtkomen, verspreiden zij zich over de gehele wereld; alleen in de hoogste lagen van de atmosfeer worden zij door zonlicht uit de atmosfeer verwijderd. Omdat deze gassen de krachtigste broeikasgassen zijn en de langste levensduur hebben, worden ze vaak omschreven als de “gassen met een hoog aardopwarmingsvermogen (GWP).”
Aluminium- en halfgeleiderproductieprocessen behoren tot de belangrijkste uitstoters van gefluoreerde gassen, zoals blijkt uit deze grafiek:
U.S. Fluorinated Gases by Source
References and Resources
- The Discovery of Global Warming, Spencer R. Weart, 2008, Harvard University Press.
- The Rough Guide to Climate Change: The Symptoms, The Science, The Solutions, 2011, Robert Henson, Roughguides.com.
- The Thinking Person’s Guide to Climate Change, 2014, Robert Henson, AMS Books.
- Klimaatverandering 2007: De fysisch-wetenschappelijke basis: Summary for Policymakers, Working Group I Contribution to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, 2007, Wereld Meteorologische Organisatie en Milieuprogramma van de Verenigde Naties.
- Climate Change 2013: The Physical Science Basis: Summary for Policymakers, Working Group I Contribution to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, 2013, Wereld Meteorologische Organisatie en het Milieuprogramma van de Verenigde Naties.
- De aarde: The Operators’ Manual, Richard B. Alley, 2011, W.W. Norton and Company.
- Understanding and Responding to Climate Change: Highlights of National Academies Reports, 2008, The National Academies.
- Climate Change 101: Understanding and Responding to Global Climate Change, Pew Center on Global Climate Change, ongedateerd, Pew Center on Global Climate Change.
- Doelstellingen voor klimaatstabilisatie: Emissions, Concentrations, and Impacts over Decades to Millennia: Report in Brief, 2010, National Academy of Sciences.
- Skeptical Science.com
Over de auteur
Morris A. (Bud) Ward, redacteur van Yale Climate Connections, is een beproefd en zeer ervaren communicator en voorlichter over milieu-, energie- en klimaatveranderingsvraagstukken. Hij heeft een uitgebreide publicatiegeschiedenis, waaronder honderden nieuws- en analyse-artikelen en het auteurschap of co-auteurschap van vijf professionele boeken. Hij heeft talrijke workshops uit de eerste hand geleid voor verslaggevers, redacteurs en beleidsmakers over onderwerpen met betrekking tot journalistiek/communicatie, klimaatverandering en milieurisico’s. Hij schrijft, spreekt en doceert regelmatig over onderwerpen die verband houden met klimaatverandering en over de veranderende aard van journalistiek en massacommunicatie in de moderne samenleving.