Hoofdstuk 2: Klimaat

Aardrijkskunde – HF 2: Klimaat

§2: De energiebalans van de aarde

De energiebalans               

De zon is de belangrijkste energiebron van de aarde. De straling die de aarde ontvangt wordt door de atmosfeer en het aardoppervlak verwerkt en uiteindelijk weer terug in het heelal gestraald.

De inkomende straling (vanaf de zon) stellen we 100 eenheden – we gaan nu bekijken hoe dit wordt “gebruikt”:

• 31 eenheden worden weer teruggekaatst naar het heelal: stofdeeltjes (3), wolken (19) aardoppervlak (9).
• 20 eenheden worden door de atmosfeer geabsorbeerd.
• 49 eenheden raken het aardoppervlak.

De inkomende straling bestaat uit kortgolvige straling, dit is straling die snel gaat. Het aardoppervlak straalt langgolvige straling uit.

De aarde straalt meer straling uit, dan dat hij ontvangt. Hij straalt meer langgolvige uit dan dat hij kortgolvige ontvangt. Hij ontvangt namelijk 49 kortgolvige straling en 95 eenheden door het broeikaseffect. Het zenden van de 114 eenheden:

• 12 eenheden verlaten de aarde direct.
• 95 eenheden worden geabsorbeerd door de atmosfeer en direct terug gestuurd.
• 23 eenheden zijn latente energie. (het verdampen van water)
• 7 eenheden worden voelbare warmte.

In de atmosfeer 102 plus 30 (latente energie) plus 20 (kortgolvige straling) – dat is 152, en niet 95. De 57 extra gaan het heelal in als langgolvige straling.

Wat we bovenstaand hebben besproken noemen we de energiebalans

De uitgaande straling: de 31 kortgolvige eenheden en de 69 langgolvige eenheden die weer worden uitgestraald.

Het broeikaseffect

Het broeikaseffect is het absorberen van de langgolvige straling door de atmosfeer en dat is cruciaal voor de aarde. Het versterkte broeikaseffect is dat d.m.v. verbranding van gassen het broeikaseffect wordt versterkt. Dat is negatief, want hierdoor wordt het warmer op de aarde.

Ruimtelijke verschillen in instraling

Het is niet overal op aarde even warm, dat komt doordat de zon boven de evenaar loodrecht staat. Hierdoor hoeft er maar een klein deel te worden opgewarmd. Doordat de zon hier in Nederland schuin staat, is het kouder. Hoe hoger je in de bergen komt hoe ijler het wordt. Er is dan minder zuurstof.

§3: Wereldwijde luchtstromen

De mondiale luchtcirculatie

Voorbeeld: wanneer het koud is in je kamer zet je de verwarming hoger. Warme lucht is heel licht, en stijgt daarom naar het plafond. Wanneer deze lucht aan de andere kant van de kamer is gekomen is hij weer afgekoeld. De lucht daalt weer en stroomt over de vloer weer richting de verwarming, waar hij weer wordt opgewarmd.

Hetzelfde gebeurt op aarde. De zon staat in de tropen boven aan de hemel, daardoor is het er erg warm.  Lucht zet uit wanneer hij warm is, daardoor zijn er in de lucht minder lucht deeltjes. De lucht drukt dus minder op het aardoppervlak. Dit noem je een lagedrukgebied.

Doordat de luchtdruk af neemt hoe hoger je komt wordt het kouder. Omdat koudere lucht minder regen kan vasthouden, regent het vaker. Wanneer de lucht dusver in afgekoeld dat je hij weer gaat dalen zit je rond de 30° noorder- of zuiderbreedte. De lucht is zwaar en drukt op het aardoppervlak, dat is het hogedrukgebied.

Rond de 60° noorder- en zuiderbreedte zijn er veel lage drukgebieden, met veel regen en wind. Bijv. in Nederland. Dat komt doordat de lucht dan vanaf de polen (koud) terug gaat richting de evenaar.

Deze luchtstromen noemen we, mondiale luchtstromen of  atmosferische circulaties of grote windsystemen.

De wet van Buys Ballot

Op het zuidelijk halfrond komt de wind altijd van links, en op het noordelijk halfrond van rechts. Dat noem je de wet van Buys Ballot. In Nederland komt de meeste wind vanuit het (zuid)westen. De afwijking van de wind  wordt veroorzaakt doordat  de baansnelheid op de evenaar hoger is dan bij ons. Een luchtdeeltje op de evenaar draait in 24 uur, een groter rondje dan op onze breedte. Als de

wind dan van hoge naar lage banen waait, raakt de wind voor (heeft een voorsprong).

Passaten en moessons        

Op het noordelijk halfrond komt de wind dus meestal uit het noordoosten, en op het zuidelijk halfrond meestal uit het zuidoosten. Deze winden noemen we: passaten. De wind komt meestal uit die hoeken omdat de zon niet altijd even hoog staat. Hierdoor verschilt het hoge en lage drukgebied per seizoen. Het lage drukgebied rond de evenaar (intertropische convergentiezone), schuift naar het noorden in de zomer, en naar het zuiden in de winter.                

Op het noordelijk halfrond heeft de wind een afwijking naar rechts, en op het zuidelijk halfrond een afwijking naar links. Een passaat met een afwijking noemen we een moesson. Moessons zorgen voor veel regen. (bron 9)

Op het noordelijk halfrond waait de wind met een afwijking naar rechts – op het zuidelijkhalfrond een afwijking naar links. ZIE KAART 176 (???) over luchtdruk in Jan en Juni!!!!!

§4: Oceaan- en zeestromen

Zeestromen

Wind die over zee gaat neemt, als het ware, het zeewater mee, hierdoor ontstaan zeestromen. Deze zeestromen lijken qua richtingen op luchtstromen.

Een zeestroom noemen we warm als hij uit een relatief gebied afkomstig is.

Een zeestroom noemen we koud wanneer hij uit een relatief koud gebied afkomstig is.  De lucht boven het water is afgekoeld, en kan hierdoor weinig water vasthouden. Wanneer de lucht weer boven het land is wordt hij weer warmen en kan hij weer vocht vasthouden.

Thermohaliene circulatie

Zeewater stroomt ook op grote diepte, deze stroming noemen we thermohaliene circulatie. Die wordt veroorzaakt door dichtheidsverschillen in het zeewater, die veroorzaakt worden door themperauur verschillen en verschillen in zoutgehalte. In de Atlantische oceaan stroomt het water vanuuit de tropen naar het noordoosten. Onderweg verdampt heel veel water (minder zout) en koelt het water af (minder warmte). Bij de polen bevriest het water zelfs.

Zout en koud water is zwaar, warm en zoet water is licht. Hierdoor krijg je een diepwaterpomp.

 ( Proces waarbij koud en zout water zinkt, hetgeen de thermohaliene circulatie aandrijft.) Samen met  een kleinere diepwaterpomp in de zuidelijke Atlantische Oceaan (antartica), vormt hert de motor van het thermoliene circulatie.

Het zinkende water stroomt diep in de oceaan naar het zuiden en komt in de Indische en Grote Oceaan weer naar boven. Het duurt jaren voordat dit water weer bovenop komt, hierdoor wordt zeewater rondgepompt.

Eerlijk delen?

Alle oceaan en zeestromen samen noem je oceanische circulatie, dit is samen met de luchtstromen belangrijk voor de herverdeling van de warmte op aarde. Zonder deze circulaties zou het in de tropen nog warmer zijn, en hier nog kouder.

Een bijzondere situatie vind je bij Antartica, er stroomt namelijk een koude zeestroom rondom dit continet, waardoor hij niet bereikbaar is voor warme lucht- en zeestromen. Dit ijscontinent heeft zich zo kunnen vormen omdat wit zon afketst, en dus niet zal opwarmen.

§6: El Ninõ – zuidelijke oscillatie

De zuidelijke oscillatie

Naast zee- en luchtstromen kent de aarde nog meer, zeer complexe interacties tussen de atmosfeer en de oceaan. El Ninõ verwijst naar het oceanische deel van dit systeem in de Grote Oceaan en zuidelijke oscillatie verwijst naar het atmosferische deel.

De zuidelijke oscillatie is het, min of meer herhalende verandering in het luchtdrukverschil over de Grote Oceaan tussen Indonesië en Peru. Dit verschil in luchtdruk wordt als volgt weer gegeven:

      Als index – het verschil in luchtdruk tussen: Darwin (Noord-Australië) en Tahiti.

      Index positief: lagedrukgebied: Darwin – hogedrukgebied: Tahiti. De wind waait dan dus van Tahiti naar Darwin, dit is een Noordoostpassaat.

      Index negatief: zwaar lagedrukgebied: Darwin – Nog zwaarder lagedrukgebied: Tahiti. Dit komt niet vaak voor. De passaat verzwakt hier, of verdwijnt zelfs. In het ergste geval waait er een westenwind over de oceaan.

El Ninõ en La Ninã

Onder normale omstandigheden waait er dus rond de evenaar een oostelijke wind over de Grote Oceaan, het water gaat van Indonesië naar Peru. Hierdoor ontstaan er veel voedingsstoffen in het water voor de kust van Peru, wat weer goed is voor de visvangst. Omdat het water koud is koelt de lucht erboven ook af. Hierdoor krijg je aan de kust een woestijngebied.

Bij Indonesië en Australië gebeurt het tegenovergestelde, er wordt warm water aangevoerd daardoor wordt de warme lucht nog warmer. De lucht stijgt op, de vind hier dus veel lagedruk gebieden – en dus veel tropische regenwouden. De normale omstandigheden raken soms versterkt door een groot luchtdrukverschil, sterke passaten en zeestromen, zo’n toestand noem je La Niña.

Je spreek van El Niño wanneer de passaten verzwakken en de wind niet meer uit het oosten maar uit het westen waait. Hierdoor kan er bij Peru geen koud zeewater meer opwellen, wardoor het gaat regenen in de woestijn en de voedingsstoffen uit het water verdwijnen zodat er minder vissen zijn. 

Bij zwakke lagedrukgebieden is de kans op bosbranden erg groot.

De cyclus

Met een regelmaat van 2 tot 8 jaar wisselt het per gebied of er El Niño of La Niña is. Het is niet helemaal duidelijk hoe deze permanente instabiliteit wordt veroorzaakt.

De invloed van de ENSO elders op de aarde

De invloed van de ENSO blijft niet beperkt tot de Grote Oceaan, via de mondiale luchtcirculatie betrekt het de hele wereld. Zo kan El Niño leiden tot bijv. warme weer in Alaska. Maar de ENSo wordt zelf ook beïnvloed door de mondiale luchtcirculatie. Bijv. door de windstromen.

§7: Klimaatgebieden en landschapszones

Klimaatgebieden

Wanneer je klimaten wilt scheiden en beoordelen moet je ze classificeren – je maakt een klimaatclassificatie.

De bekendste klimaat classificatie is die van Köppen, gebaseerd op klimaat en natuurlijke plantengroei. Köppen onderscheid de 5 hoofdgroepen:

1. Tropische klimaten
2. Droge klimaten
3. Gematigde klimaten
4. Landklimaten
5. Polaire klimaten

Hij maakt een verdere onderverdeling op basis van de hoeveelheid neerslag. ( zie schema aan het einde van de samenvatting.

Landschapszones

Er zijn 5 á 6 landschapszones op aarde, de landschappen die je daar vindt kun je koppelen aan het klimaat.

      A-klimaten: tropisch – vochtig gedurende het hele jaar, er is een tropisch regenwoud.

      B-klimaten: aride zone – savanne klimaat, veel droogte.

      C-klimaat: de gematigde zone – duidelijk verschil in seizoenen, koude winters, warme(re) zomers. Gebieden waar wijn wonen. 

      D-klimaat: boreale zone – koude winters, alleen naaldbomen mogelijk

      E-klimaat: polaire zone – altijd koud, bijna altijd temperatuur onder nul. Vaak erg moerassing, omdat in de zomer het oppervlakte ontdooit, terwijl de bodem bevroren blijft. Alleen op de noord- en zuidpool is er altijd ijs.

Voorbij de hokjes?

De aarde houd zich niet altijd aan de door de mens bedachte hokjes. Zo kan het in Nederland zomers 15° maar ook 35° graden gemiddeld zijn, en de winter in scandinavië is niet altijd even besneeuwd.

§8: IJstijden

Klimaat

Het klimaat is een gemiddelde berekent over een periode van (meestal) 30 jaar. Een van de opmerkelijkste klimaatveranderingen zijn de ijstijden. In de afgelopen 2,6 miljoen jaar wisselen koude en warme perioden elkaar af, dit noem je interglacialen. Wij leven nu in een interglaciaal, een warme periode dus.

De ligging van de continenten

De continenten hebben niet altijd zo gelegen als nu. Op het noordelijkhalfrond  kwamen de continenten in een halve cirkel rondom de Noorpool te liggen – hierdoor konden hier ijsschotsen vormen.

De Milankovíc-variabelen

De Milankovíc-variabelen zijn gebaseerd op de banen waarin de aarde om de zon draait.

Variabele

Stand t.o.v. zon

1. De aarde is niet helemaal cirkel vormig, de mate waarin dit niet zo is noemen we excentriciteit. Deze varieert op een schaal van honderdduizenden jaren.

Hoge excentriciteit:

Zomer: aarde relatief ver van de zon (koel)

Lage excentriciteit:

Zomer: aarde relatief dichtbij de zon (warm)

2. Belangrijker is de scheefheid van de aardas, die varieert op een schaal van ong. 41 000 jaar.

Minder scheve as:

Zomer: minder warm

Winter: minder koud

Scheve as:

Zomer: warmer

Winter: kouder

3. De precessie is de tollende beweging die de aarde maakt, dit zorgt ervoor dat wij seizoenen hebben.

Nu: de zon staat in de winter dichter bij dan in de zomer.

Over 11,5 duizend jaar: de zon staat in de zomer dichter bij dan in de winter.

Terugkoppelingsmechanismen

Wanneer het proces voor het beginnen van een ijstijd eenmaal is ingezet kan dit proces worden versterkt door terugkoppelingsmechanismen. Dit zijn processen die invloed hebben op hetgeen waardoor ze in werking zijn gezet.

§10: Het klimaat door de tijd

Lang geleden

Wat gebeurde er vóór de recente geschiedenis van de aarde?

• Aardplaten zijn verschoven.
• Meteoriet inslag in Yucatán, waardoor alle dino’s uitstierven.

Onderzoek

Het klimaat is in het verleden veel verandert, maar deze veranderingen zijn wel moeilijk te onderzoeken. Een van de “makkelijkst” te onderzoeken veranderingen was de meteorietinslag in yucatán. Hiervan zijn stoffelijke resten in de aardlaag gevonden.

Het laatste millennium

Recentelijk wordt er veel onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van de aarde in de laatste duizend jaar. Hieruit kunnen conclusies worden getrokken die het hedendaagse klimaat kunnen verklaren.

Aan het begin van het millennium was het erg warm, dit noemen we het middeleeuws optimum. Daarna werd het een periode koud, dit noemen we de kleine ijstijd (rond 1650).

Er wordt veel gediscussieerd over bovenstaande periodes, omdat het niet overal in die tijd zo was. Op sommige plekken was een totaal andere temperatuur – terwijl de aarde nu gelijkmatig opwarmt. Ook is onduidelijk waarom deze veranderingen in het klimaat veranderingen.

Als antwoord op de vraag of het tijdens hete middeleeuws optimum warmer was dan nu is het antwoord waarschijnlijk ja, want we zien een snel stijgende lijn in de grafiek die Micheal Mann had gemaakt.

§11: Het klimaat nu

Broeikasgassen

De meest bekende oorzaak voor het versterkte broeikaseffect is toename van Co2. Het komt vrij bij de verbranding van fossiele brandstoffen. Andere broeikasgassen zijn methaan en waterdamp. Methaan zit vooral in permafrost, de permanent bevroren toendra bodems, dit komtvrij wanneer deze bodems, door de klimaatopwarming, ontdooien. Door meer verdamping neemt aantal waterdamp op aarde ook toe. à 2 voorbeelden van terugkoppelingsmechanismen.

De toename van verdamping zorgt voor meer wolken à deze wolken stoten warmte aan de bovenkant af, en houden warmte aan de onderkant tegen à hierdoor krijg je regionaal verschil in warmte.

Landgebruik

Een groot maar minder bekend probleem is het vele kappen van de bomen in de regenwouden, hierdoor wordt er minder CO2 opgenomen. De akkers en weilanden die hiervoor in de plaats komen zorgen voor afkoeling en verdroging à kaatsen meer zonlicht terug, minder water in de grond (verdamping).

Aerosolen worden geproduceerd door het verkeer en de industrie, het neemt ook toe door de verdroging van de grond – hierbij komt deze stof vrij.  Deze stof zorgt ervoor dat zonlicht wordt opgnemon en teruggekaatst. Of de aarde afkoeld of opwarmt hang af van regionale omstandigheden, dus zijn er grote verschillen op bijv. mondiaal niveau. Deze aerosolen zorgen voor extra afkoeling en gaan dus het versterkte broeikaseffect tegen.

Kritiek en discussie

Er wordt veel vooruitgang geboekt op onderzoek over het klimaat – deze klimaatwetenschappers zijn het echter lang niet altijd met elkaar eens over de uitkomst. Dit zorgt voor heftige discussies.

§12:  Het klimaat in de toekomst

Meten en voorspellen

Men kan op het gebied van klimaatontwikkeling niets zeker weten, echter kun je wel voorspellingen doen. Zo kun je bijv. door projecties van nu doorrekenen op basis van een reeks aannames.

Klimaatmodellen

Het IPCC (Interngovernemental Panel on Climate Change) is een organisatie van de VN die advies geeft over de klimaat verandering. Een van de dingen die zij doen is het klimaat voorspellen in de vorm van klimaatmodellen. Dit zijn modellen die d.m.v. formules kunnen berekenen hoe het weer zal worden – hiermee kunnen ‘wat als’ modellen worden gemaakt. Bijv. wat gaat er gebeuren als het gebruik van auto’s omhoog gaat? Dan kun je als het model klopt daar een conclusie uit trekken.

Verwachte gevolgen

Verwachte gevolgen zijn:

      De zeespiegelstijging: door het warmer worden smelt er veel ijs.

      Wanneer de ijskap op Groenland smelt wordt ook de thermohaliene circulatie voltooid. Er komt namelijk veel zoetwater bij, en dit verstoord de diepzeepomp.

      Bovenstaand punt zorgt voor afkoeling in Nederland – hierdoor hebben we hier dan stormachtig weer, meer orkanen en wind – en op andere plekken juist meer droogte.

      Meer hongersnoden door de droogte

En toen..?

Een hoop ellende kan er gebeuren als we niks doen – maar dit wil niet zeggen dat het zal gebeuren. Je hoeft dus niet drastisch je leven om te gooien!

§13: Klimaatbeleid

Internationale politiek

Klimaat verandering is een belangrijk politiek thema zo zijn er vaak internationale vergaderingen:

      1992: Rio de Janeiro – Legt de basis voor het eerste internationale akkoord dat in 1997 wordt gesloten in Kyoto. Dit Kyoto protocol werd door bijna alle landen ondertekent – alleen niet door Australië, Rusland en Amerika. Het grootste probleem was dat Amerika niet mee deed – die was namelijk de grootste producent van koolstofdioxide. De toenmalige president George W. Bush vreesde dat het akkoord schadelijk zou zijn voor de Amerikaanse economie.

      2009: Kopenhagen – op deze klimaattop kwamen ze niet verder dan een niet-bindend akkoord verdrag.

Het Kyoto akkoord was eigenlijk een zwak akkoord – er werd namelijk alleen maar gekeken naar het effect van de broeikasgassen en niet naar het landgebruik.

Maatregelen

De uitstoot van broeikassen kan worden verminderd door:

      Vermindering van het gebruik van fossiele brandstoffen, bijv. door het gebruik van wind- of zonne-energie.

      Een minder ethische oplossing is het gebruik van bijv. koolzaad voor benzine. Wij stoken het op, terwijl anderen niet eens te eten hebben.

      Men kan meer bomen planten die het overtollige CO2 kunnen opnemen. Het nadeel is dat men dan misschien bomen gaat planten op plekken waar eigenlijk mensen wonen.

      De opslag van CO2 onder de grond – dit is echter een oplossing voor korte termijn.

Olie en gas worden schaarser – we moeten dus een alternatief vinden!

Het Köppen-systeem

Onderverdeling A, C en D-klimaat: Hoeveelheid neerslag
Bij het A-, C- en D-klimaat wordt er nog een kleine letter aan de hoofdletter toegevoegd. Deze zegt iets over het jaargetijde waarin de neerslag valt.
f = neerslag valt regelmatig verdeeld over het hele jaar (fehlt = droge periode ontbreekt)

s = droge zomer, natte winter (sommertrocken)

w = natte zomer, droge winter (wintertrocken)

Onderverdeling B-klimaat (Droogteklimaat)
BS = Steppeklimaat
Enige plantengroei met een korte vochtige periode (= semi-aride)

BW = Woestijnklimaat
Vrijwel geen plantengroei met heel weinig neerslag (= aride)

Onderverdeling E-klimaat (Poolklimaat)
ET = Toendraklimaat
In de zomer komt de temperatuur tussen de 0°C en 10°C

EH = Hooggebergteklimaat
Hele jaar kouder dan 0°C
Op de toppen van gebergten

EF = Poolklimaat
Hele jaar kouder dan 0°C
Ver van de evenaar gelegen
Kenmerken per klimaat

A: Tropische regenklimaten
Altijd warm (Boven 18°)

Veel neerslag

Drie soorten:
Af = Tropisch regenwoudklimaat : de droge tijd ontbreekt
Aw = Savanneklimaat: droge periode in de winter, ook wel een Moessonklimaat genoemd
As-klimaat komt weinig voor

B: Droge klimaten
Droogte is het gevolg van de combinatie geringe neerslag en hoge temperatuur

Woestijngrenzen verschuiven

Groot verschil tussen dag- en nachttemperatuur

Twee soorten:
BS = Steppeklimaat: door korte regentijd nog enige plantengroei (semi-aride)
BW = Woestijnklimaat: vrijwel zonder regen (aride)

C: Maritieme klimaten van de gematigde zone
Zachte winters (wintertemperatuur tussen 18° en -3°)

Drie soorten:
Cf = Met neerslag in alle jaargetijden (Dit hebben wij in Nederland): overwegend westenwinden; wisselvallig weer, koele zomers.

Cs = Mediterraan klimaat: met droge, hete zomers door aflandige wind

Cw = Chinaklimaat: met droge winter (de koelere voortzetting van het Aw-klimaat)

D: Continentale klimaten
Strenge winters (onder -3°)

Warme zomers (boven 10°)

Twee soorten:
Df = Met neerslag in alle jaargetijden: lange koude winters met veel sneeuw en korte en warme zomers met nu en dan zware buien.

Dw: Met droge winters, deze komt voor in Noord-Oost Azië

Ds klimaat komt niet voor

E: Polaire klimaten

Drie soorten:
ET = Toendraklimaat, de zomertemperatuur ligt tussen 0° en 10°

EF = Sneeuwklimaat, zomertemperatuur van onder 0°

EH = Hooggebergteklimaat, zomertemperatuur van onder 0°

Hoe bereken je tot welk klimaat een gebied behoort?

Je kijkt als eerste naar de koudste maand (Dit kan zowel Januari als Juli zijn!). Dan kijk je bij welk klimaat de plaats hoort:

Klimaat

Koudste Maand:

A-klimaat

warmer dan18°

C-klimaat

tussen -3° en 18°

D- of E-klimaat

kouder dan -3°

Als het een D of E klimaat is, moet je ook nog naar de warmste maand kijken (dit kan wederom zowel Januari als Juli zijn):

Klimaat

Warmste Maand

D-Klimaat

warmer dan 10°

E-Klimaat

kouder dan 10°