Hoofdstuk 2, Aarde

Ak samenvatting

! check bijlage voor betere / nettere samenvattingen + alle andere samenvattingen die ik heb kunnen vinden over hoofdstuk 2

Paragraaf 1 stralingsbalans aarde

Inkomende kortgolvige straling (100 eenheden):

• 31 kaatsen terug op wolken, stof en aardoppervlak
• 20 worden geabsorbeerd door wolken en stof
• 49 worden geabsorbeerd door aardoppervlak

Uitgaande langgolvige straling:

Ondanks de absorptie van 49 eenheden, kaatst het aardoppervlak er 144 terug, door het broeikaseffect.

• Uitstraling → 114
• Verdamping van water → 23
• Voelbare warmte → 7

De atmosfeer wordt hierdoor opgewarmd en straalt langgolvige straling uit naar:

• De aarde → 95
• Het heelal → 69

Broeikaseffect: <1% gassen fungeren als ‘deken’ die de aarde warm houden (waterdamp, methaan en koolstofdioxide).

Versterkt broeikaseffect: uitstoot CO2, CH4 en andere gassen.

Langere uitleg --> Van de energie van de zon die de atmosfeer bereikt, wordt 20% door de wolken weerkaatst en 4% door het aardoppervlak. Ook wordt 6% verstrooid door de gasdeeltjes. In de troposfeer wordt nog eens 23% van de energie door de wolken en door waterdamp en andere gassen geabsorbeerd.

In totaal bereikt dus 100-20-4-6-23= 47% van de kortgolvige zonnestraling het aardoppervlak. Dit wordt omgezet in warmte en door de aarde als langgolvige straling teruggekaatst (uitgaande straling). Dankzij de broeikasgassen zoals waterdamp, co2 en de wolken, wordt het meeste van deze warmte weer geabsorbeerd en naar de aarde terug gestraald. Uiteindelijk verdwijnt alle langgolvige straling weer in de ruimte, maar het broeikaseffect vertraagt dit.

Dit evenwicht noemen we ook wel een dynamisch evenwicht. Als er geen evenwicht is zou de aarde opwarmen of afkoelen.

Het broeikaseffect is het absorberen van langgolvige straling door de atmosfeer. Zonder het broeikaseffect is het op aarde veel te koud om te leven. Cruciaal voor het broeikaseffect zijn de gassen: waterdamp, methaan en koolstofdioxide. De mens voegt, vooral koolstofdioxide, deze broeikasgassen toe aan de atmosfeer. Hierdoor versterkt het broeikaseffect. Dit noemen we versterkt broeikaseffect.

In de tropen staat de zon hoog aan de hemel waardoor de zonnestralen loodrecht invallen en hoeven maar een klein oppervlak te verwarmen. Hierdoor is het warmer. Op onze breedte staat de zon een stuk lager, waardoor de zonnestralen schuin invallen en een groter oppervlak moeten verwarmen. Hier is het dus kouder.

Hoe hoger je gaat, hoe dunner (ijler) de lucht. De zon beschermt minder tegen invallende zonnestralen. Ook heeft een ijlere lucht een minder sterk broeikaseffect. Daardoor is het in de bergen kouder.

Paragraaf 2 wereldwijde luchtstromen

Evenaar warm → opstijging lucht

↓

Lagedrukgebied dat lucht aanzuigt

↓

Wind waait naar evenaar toe

↓

Lucht daalt rond 30° ZB/NB

↓

Instabiele lagedrukgebieden rond 60° ZB/NB

↓

Hogedrukgebieden op polen

Corioliseffect of de wet van Buys Ballot:

• Passaten nabij de evenaar
• Westenwinden op gematigde breedte
• Oostenwinden rond de polen

Lucht zet bij opwarming uit, waardoor er per volume-eenheid minder luchtdeeltjes zijn. De lucht is dan dus minder zwaar en drukt minder hard op het aardoppervlak. We spreken van een lagedrukgebied of minimum. Door deze lage druk kan de lucht gemakkelijk opstijgen, de lucht is immers niet zo zwaar.

De luchtdruk neemt af met de hoogte. Daardoor zet opstijgende lucht op grotere hoogte nog verder uit. Omdat dit uitzetten gebeurt zonder opwarming, koelt de lucht af. Omdat koudere lucht minder vocht kan vasthouden gaat het elke middag regenen.

De lucht gaat op grotere hoogte zijdelings afstromen. Rond de 30° NB en ZB is de lucht zo ver afgekoeld dat die weer gaat dalen. Die lucht is zwaar en drukt hard op het aardoppervlak. We spreken nu van een hogedrukgebied of een maximum. Aan het aardoppervlak stroomt de lucht deels terug naar de evenaar, deels richting de polen. Rond de 60° NB en ZB stijgt deze relatief warme lucht weer op tegen koude lucht van de polen. Er ontstaan lagedrukgebieden met regen en wind. Deze lagedrukgebieden zijn niet zo stabiel als het lagedrukgebied in de tropen. Ze ontstaan boven de oceaan en waaien met de overheersende (zuid)westenwind richting Europa of de westkust van Noord-Amerika.

Rond de polen is het koud. Koude lucht is zwaar en daalt. Je vindt er dus een hogedrukgebied. Al deze luchtstromen bij elkaar noemen we de mondiale luchtcirculatie, de atmosferische circulatie of de grote windsystemen.

Lucht stroomt aan het aardoppervlak dus van hoge naar lage druk. Echter zit er een afwijking in doordat de aarde draait. Deze afwijking is op het zuidelijk halfrond naar links en op het noordelijk halfrond naar rechts. Dit is de wet van Buys Ballot of het corioliseffect. De afwijking in de wind wordt veroorzaakt doordat de baansnelheid op de evenaar hoger is dan bij ons. Als wind van hoge naar lage baansnelheid waait, raakt de wind voor. Van lage naar hoge raakt de wind achter.

In de tropen waait de wind op het noordelijk halfrond dus meestal uit het noordoorsten en op het zuidleijk halfrond uit het zuidoosten. Deze winden noemen we passaten.

De hoogte van de zon varieert met het jaargetijde. In onze zomer staat de zon verder naar het noorden het hoogst, in onze winter juist verder naar het zuiden. Het lagedrukgebied rond de evenaar (intertropische convergentiezone (ITCZ) of zone van equatoriale lage luchtdruk)  schuift dan ook naar het noorden in onze zomer en naar het zuiden in onze winter. Dit gebeurt het sterkst boven landmassa’s.

In onze zomer kruist de zuidoostelijke passaat dus de evenaar. Op het noordelijk halfrond gekomen krijgt de wind een afwijking naar rechts en waait dan als zuidwestelijke wind op de kust van India naar het ITCZ dat dan in Noord-India ligt. Deze omgebogen passaten noemen we moessons.

Op het zuidelijk halfrond buigt de noordoostelijke passaat in onze winter af tot een noordwestelijke moesson. Moessons zorgen vaak voor veel regen.

Paragraaf 3 oceaan- en zeestromen

Wind die over zee waait sleurt als het ware ook het zeewater mee. Daardoor ontstaan zeestormen die voor een belangrijk deel hetzelfde patroon hebben als de luchtstromen. Een warme zeestroom is afkomstig vanuit een relatief warm gebied. Een koude zeestroom is afkomstig vanuit een relatief koud gebied.

In de subtropen zij aan kusten met een koude zeestroom veel woestijnen. Het koude zeewater koelt de lucht erboven af, waardoor deze weinig vocht kan vasthouden. Als deze koude lucht naar het land stroomt, vindt daar opwarming plaats, de lucht kan nu meer vocht vasthouden, maar er is geen vocht meer om op te nemen vanwege het land. De wind voelt daarom droog aan en er valt geen neerslag.

Zeewater stroomt ook op grote diepte. Deze stroming noemen we de thermohaliene circulatie. Die wordt veroorzaakt door dichtheidsverschillen in het zeewater, die op hun beurt worden veroorzaakt door temperatuurverschillen (thermo) en verschillen in zoutgehalte (halien). Hoe meer water er verdampt, hoe zouter het water is en zout bevriest niet. Koud en zout zeewater is zwaar en begint daardoor te zinken. Dit proces wordt diepwaterpomp genoemd.

De oceaan- en zeestromen die we hierboven hebben beschreven worden samengevat in de term oceanische circulatie.

Een bijzondere situatie doet zich voor bij Antartica. Er stroomt namelijk een koude zeestroom, de westenwinddrift, rondom dit continent, waardoor het niet bereikbaar is voor warme lucht- en zeestromen. Omdat de ijskap wit is, kaatst die veel zonlicht weg waardoor de aarde afkoelde. Daardoor is het nu kouder op aarde en onstaan van tijd tot tijd ijstijden.

Paragraaf 4 El nino – zuidelijke oscillatie

ENSO is de Engelse afkorting voor El Nino – Southern Oscillation. El Nino verwijst naar het oceanische deel van dit systeem in de Grote Oceaan, terwijl Southern Oscillation oftewel zuidelijke oscillatie verwijst naar het atmosferische deel. De zuidelijke oscillatie is de voortdurende, min of meer cyclische verandering in het luchtdrukverschil over de Grote Oceaan tussen Indonesië en Peru.

Dit luchtdrukverschil wordt meestal weergegeven als een index. Als deze positief is, ligt er een lagedrukgebied boven Darwin en ene hogedrukgebied boven Tahiti. Dit is de bekende noordoostpassaat. Op het zuidelijk halfrond waait er dan ook de zuidoostpassaat. Dit zijn de normale omstandigheden (La Nina).

Als het index negatief is, ligt er een relatief zwak lagedrukgebied boven Darwin en een sterker lagedrukgebied boven Tahiti. Deze omstandigheden komen minder vaak voor (El Nino)

Onder normale omstandigheden waait er dus ronde de evenaar een oostelijke wind over de Grote Oceaan. Hierdoor ontstaat voor de kust van Peru ruimte voor het opwellen van koud diepzeewater. Dit water bevat veel voedingsstoffen voor zeeleven en is daarom goed voor de visvangst. Omdat het water koud is, koelt de lucht erboven af. De lucht gaat dalen en er ontstaat een hogedrukgebied boven Peru. Het is er droog. Je vindt aan de kust van Peru dan ook een woestijn. Bij Indonesië en Noord-Australië gebeurt het omgekeerde. Er wordt warm water aangevoerd  vanuit het oosten. Daardoor wordt de warme lucht verder opgewarmd. De lucht stijgt op, het lagedrukgebied wordt versterkt en er valt veel regen. Je vindt hier dan ook tropisch regenwoud. (La Nina)

Bij El Nino draait dit systeem als het ware om. Het luchtdrukverschil vermindert en keert zelfs om, de passaten verzwakken en de wind gaat zelfs vanuit het westen waaien en dus keert ook de zeestroom om. Hierdoor kan er bij Peru geen koud diepzeewater opwellen.

Met een regelmaat van 2 tot 8 jaar wisselt dit systeem tussen La Nina en El Nino.

Via de mondiale luchtcirculatie wordt het weer op de hele aarde beïnvloed. ENSO wordt ook beïnvloed door de mondiale luchtcirculatie en de invloed veelal afneemt met de afstand tot de equatoriale Grote Oceaan.

Index positief

• Lagedrukgebied boven Darwin. Hogedrukgebied boven Tahiti.
• De wind waait dus van Tahiti naar Darwin
• Dit is de noordoostpassaat (oost naar west) (normale omstandigheden)

Index negatief

• Zwak lagedrukgebied boven Darwin. Sterker lagedrukgebied boven Tahiti.
• Passaten verdwijnen of verzwakken, in ergste geval waait er een westenwind

Paragraaf 5 klimaatgebieden

De klimaatclassificaties van Köppen is gebaseerd op de samenhang tussen klimaat en natuurlijke plantengroei.

Grote gebieden met ongeveer het zelfde klimaat noemen we klimaatgebieden, omdat die vaak samengaan met vegetatie en landschap komen die vaak overheen met landschap zones.

Paragraaf 6 landschapszones

Klimaatclassificatie:

1. Tropische zone met regenwouden (veel regen) en savannes (grasvlakte met wild)
2. Aride zone met woestijn (zandvlakte, erg droog) en steppe (alleen gras)
3. Gematigde zone met loofwoud, relatief warme gebieden op de grens van aride en gematigde
4. Subtropischezone: overgang gematigde en aride zonde, vb. Middellands Zeegebied
5. Boreale zone continentaleklimaten/landklimaten met koude winters en naaldbomen.
6. Polaire zone polaireklimaten, bodem ’s winters bevroren, ’s zomers ontdooit bovenste laag en vaak moerassig. Noord en Zuidpool zijn ijskappen.

Paragraaf 7 natuurlijke klimaatverandering: onderzoek

In de afgelopen 2,6 miljoen jaar, het Kwartair, wisselde koude periode, ijstijden, en warme periode, interglacialen, elkaar af. 
Oorzaak koude periode: de geïsoleerde ligging van Antarctica, op het noordelijkhalfrond; continenten kwamen in een krans rond de Noordpool te liggen; ijskappen konden worden gevormd. Tussen Noorwegen en Groenland kon warmwater binnendringen, de damp zorgde voor sneeuw op de ijskappen. 
Ondanks de gunstige ligging ontstonden de ijstijden niet zomaar. Dit kan alleen gebeuren als de hoeveelheid zonnestraling op hoge breedte van het noordelijkhalfrond ’s zomers relatief laag is. Deze hoeveelheid veranderd als gevolg van variaties in de baan van de aarde: Milankovic-variabelen:

• Excentriciteit: mate waarin de baan van de aarde niet helemaal cirkelvormig is, varieert op een tijdschaal van +/- honderdduizend jaar. Als de excentriciteit hoog is en de aarde in de zomer ver van de zon staat; onze zomers koel.
• Scheefheid van de aardas, varieert op een tijdschaal van +/- 41 duizend jaar. Als de aardas minder scheef staat zijn de winters minder koud en de zomers minder warm.
• Precessie: tollende beweging van de aarde die voor de jaargetijden zorgt. Nu staat de aarde verder van de zon in de zomer dan in de winter; over 11,5 duizend jaar is dit omgekeerd. Varieert op een tijdschaal van +/- 23 duizend jaar.

Als de afkoeling van de aarde, richting een ijstijd, is ingezet kan dit versterkt worden door terugkoppelingsmechanismen: processen die invloed hebben op hetgeen waardoor ze in werking worden gezet. (positief en negatief)

Thermohaliene circulatie verstoord tijdens ijstijden, hierdoor; toevoer warmwater naar het noordelijk deel van de Atlantische oceaan verminderd. Dit had te maken met verandering in mondiale luchtcirculatie in relatie in relatie met de ijskappen

• Ondiepe zeeën vielen droog; veel water werd opgeslagen in de ijskappen.
• Eind laatste ijstijd: de diepzeepomp in de noordelijke Atlantische Oceaan verstoord door plotselinge toevoer van zoet smeltwater, dit zorgde voor een nieuwe ijstijd.
• Verhoogde activiteit van plankton zorgt voor daling CO2.
• Een doorgroeiende ijskap kan door groeien doordat deze bovenop koud is.

Paragraaf 8 natuurlijke klimaatverandering: oorzaken

Negatief terugkoppelingssysteem = een oorspronkelijk verandering wordt door de aarde zelf tegengewerkt. Bijvoorbeeld:

• Kalksteen bevat CO2
• Bij hogere temperaturen wordt er meer kalksteen gevormd
• Daardoor is er minder CO2 in de lucht
• Hierdoor neemt het broeikaseffect af
• Dat leidt tot lagere temperaturen

Conditionele factoren (ligging van de continenten):

• Antarctica op de zuidpool
• Continenten in een krans rond de zuidpool
• Sluiting landlengte bij continenten

(Redenen van ijstijden de afgelopen 2.6 miljoen jaar)

Naast de conditionele factoren zijn er ook sturende mechanismen die een ijstijd kunnen vormen, de Milanković-variabelen:

• Excentriciteit van de aardbaan (gaat in een ovaal)
• Scheefheid van de aardas
• Precessie van de aardas

Afkoeling van de aarde kan worden versterkt door positieve terugkoppelingsmechanismen (verandering werkt versterkt). Bijvoorbeeld: een grote ijskap leidt tot een hoger albedo (wegkaatsen van zonlicht) want:

• De ijskap kaatst meer zonlicht terug
• Het wordt kouder op aarde
• De ijskap wordt groter

Paragraaf 9 hedendaagse klimaatverandering: oorzaken

De meest bekende, veronderstelde oorzaak van mondiale opwarming is het broeikasgas koolstofdioxide. Het komt vrij bij verbranding van fossiele brandstoffen als aardolie, aardgas en steenkool. Andere broeikasgassen zijn methaan en waterdamp. Deze gassen absorberen veel meer warmte dan koolstofdioxide. Methaan komt vrij bij de ontlasting en wordt tegenwoordig in grote hoeveelheden geproduceerd door de toenemende wereldbevolking en veestapels. Daarnaast zit er veel methaan opgeslagen in de permafrost dat vrijkomt als die door opwarming gaat ontdooien. Door meer verdamping neemt de hoeveelheid waterdamp bij opwarming van de aarde ook toe. Deze twee processen zijn voorbeelden van terugkoppelingsmechanismen die kunnen leiden tot verdere opwarming.

Een toename van de verdamping op een warmere aarde zorgt ook voor meer en andere wolken. Wat er precies gebeurt is afhankelijk van veel factoren, onder andere de vorm van de wolken, en dus vind je grote regionale verschillen.

Een tweede, minder bekende oorzaak van klimaatverandering is de verandering van landgebruik in grote delen van de wereld. Het verbranden van regenwoud is een belangrijke bron van koolstofdioxide. De akkers en weilanden die de bossen vervangen kaatsen meer zonlicht terug en kunnen zorgen voor afkoeling.

Daarnaast houden ze vaak minder vocht vast dan de bossen en kunnen zodoende zorgen voor verdroging. Doordat de bodem minder goed wordt vastgehouden, waait er minder stof op en deze stofdeeltjes hebben grote invloed op het mondiale klimaat. Deze zogenaamde aerosolen worden ook geproduceerd door het (lucht)verkeer en de industrie. Ze kaatsen zonlicht terug, maar absorberen het ook. Ze vormen kernen waarop water kan condenseren.

Aerosolen kunnen dus zorgen voor opwarming of afkoeling en voor verdroging of vernatting. Mondiaal gezien lijkt het erop dat aerosolen zorgen voor een netto-afkoeling en daarmee het versterkte broeikaseffect tegengaan.

Paragraaf 10 complexiteit van hedendaagse klimaatverandering + 11 gevolgen van hedendaagse klimaatverandering

Door verstedelijking is de temperatuur moeilijk te meten. Steden hebben een grote invloed op het lokale klimaat, doordat gebouwen en het asfalt veel warmte vasthouden. Er wordt daarom ook wel gesproken van warmte-eilanden.

Als meten al lastig is, wat moeten we dan van voorspellen denken?

Het enige wat mogelijk is, zijn projecties: doorrekenen op basis van een reeks aannames.

Het Internationaal Panel on Climate Change (IPCC) is een instelling van de VN die advies geeft over klimaatverandering. Een van hun doelstellingen is het beschrijven van het klimaatsysteem in de vorm van klimaatmodellen, want daarmee kunnen ‘wat als’-scenario’s worden doorgerekend.

Een kleine verandering kan via allerlei terugkoppelingsmechanismen onvoorspelbare consequenties hebben.

Een warmere aarde betekent dat zeewater uitzet en gletsjers afsmelten, met zeespiegelstijging tot gevolg.

Als de ijskap van Groenland afsmelt wordt ook de thermohaliene circulatie ernstig verstoord. Er komt een heleboel zoet water in de noordelijke Atlantische Oceaan waardoor de diepwaterpomp kan vertragen. Dit zou de toevoer van warmte naar Noordwest-Europa verminderen en leiden tot afkoeling.

Op een warmere aarde stijgt lucht makkelijker op, wat leidt tot meer extreme weersomstandigheden. Dit kan op zijn beurt weer zorgen voor veel vluchtelingen.

Het afsmelten van ijs en sneeuw heeft nog een nadelig effect. Ze kaatsen immers zonlicht weg van de aarde. Het verdwijnen ervan zorgt voor meer absorptie van warmte, waardoor het nog warmer wordt.

Ten slotte heb je ook nog al die planten en dieren die zich niet op tijd kunnen aanpassen aan de snelle klimaatverandering en het loodje leggen

Paragraaf 12 beleid en the big picture

Het internationale klimaatbeleid dat in 1997 tot stand kwam in de Japanse stad Kyoto noemen we het Kyotoprotocol. Dit bevat een drietal slimme mechanismen om ervoor te zorgen dat het verlagen van de broeikasgasuitstoot flexibel kan plaatsvinden.

1. Joint implementation (JI) – gezamenlijk ondernemen
2. Clean development mechanism(CDM), hetzelfde als JI, maar met ontwikkelingslanden
3. Emission trade (ET) – internationale emissiehandel

In 2009 was er de klimaatconferentie van Kopenhagen wat niet verder kwam dan een vaag akkoord.

De uitstoot kan worden verminderd door de toepassing van hernieuwbare energiebronnen: windenergie, verbranding van biomassa, zonne-energie, biobrandstoffen, aangeplante bossen, opslag van CO₂, de bouw van kerncentrales en het verhogen van dijken.