ANW 2e Schoolexamen Week 7
Broeikaseffect
De aarde wordt verwarmd door de zon. De zichtbare stralen bereiken de aardoppervlak en verwarmen die. Als dit echter alles zou zijn, zou de gemiddelde temperatuur op aarde niet boven de -15°C komen. Onder deze omstandigheden is geen leven op aarde mogelijk. Dat het gemiddeld 15°C boven nul is komt door onze atmosfeer, die als een broeikas werkt. Het principe van de broeikas is dat de warmte er wel inkomt, maar vervolgens er niet meer zo makkelijk uitkomt.
Als de zichtbare zonnestralen terugkaatsen op het aardoppervlak, worden ze infrarode stralen. Die infraroodstraling wordt in de atmosfeer door enkele stoffen tegengehouden, waardoor ze in de atmosfeer blijft hangen. Zo kan de straling dus niet uit de atmosfeer en blijven ze hun warmte afgeven aan de aarde. De warmte kan er wel in maar niet uit.
Natuurlijk zit het iets ingewikkelder in elkaar. Niet alle zonnestraling komt door de atmosfeer; zo'n 30% wordt tegengehouden. Daarnaast blijft niet alle infrarode straling onder de atmosfeer hangen. Op de aarde zijn veel relaties tussen de atmosfeer en de oceaan en de atmosfeer en het landoppervlak, waardoor er grote verschillen zijn in lokale klimaten. Dit alles heeft invloed op de temperatuurverdeling.
Zonder het broeikaseffect zou dus geen leven mogelijk zijn. Het probleem, waar nu vaak over gepraat wordt, is dat de mens het broeikaseffect versterkt. Door de uitstoot van verschillende stoffen blijft er meer straling op de aarde hangen waardoor het warmer wordt.
Het versterkte broeikaseffect
Het versterkte broeikaseffect wordt in tegenstelling tot het broeikaseffect door de mens veroorzaakt. Dit doet de mens door verschillende gassen uit te stoten, die meer warmte op de aarde vasthouden, maar ook door het ontnemen van de natuurlijke mogelijkheden om kooldioxide op te nemen. Het is begonnen met de industriële revolutie. Door verbranding van fossiele resten (vooral voor energieopwekking) zijn we meer kooldioxide en methaan uit gaan stoten dan gebeurde door de natuur. In de 20e eeuw hebben we de uitstoot versterkt. De bevolking groeide en raakte gewend aan een hogere welvaart. We hadden meer energie nodig en gingen in auto's rijden. Daardoor stoten we steeds meer broeikasgassen uit, waardoor de aarde meer warmte vasthoudt.
Aan de andere kant ontnemen we door ontbossing een voor de natuur gebruikelijke weg om kooldioxide op te nemen. Door ontbossing komt niet alleen meer kooldioxide vrij die in de bomen opgeslagen was, maar zijn er ook minder bomen die kooldioxide kunnen opnemen. Dus aan de ene kant zorgen we voor meer uitstoot van broeikasgassen, aan de andere kant geven we de natuur minder kans om het belangrijkste broeikasgas kooldioxide op te nemen. Hierbij moet wel worden aangetekend dat het grootste opnamegebied van kooldioxide de oceanen zijn. Dit neemt niet weg dat de ontbossing een rol speelt in de kringloop van kooldioxide.
Oorzaken
Het broeikaseffect wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van bepaalde stoffen in de dampkring.
- Kooldioxide dit ontstaat bij het verbranden van stoffen als steenkool, aardolie en aardgas. CO2 ontstaat ook bij het kappen van bomen.
- Methaan dit ontstaat vooral in de landbouw en veeteelt.
- Fluorverbindingen: dit zijn stoffen als HKF's, PFK's en SF6 (deze worden gebruikt als vervangers van cfk's).
- Distikstofoxide (N2O, lachgas): komt vrij bij verbranding van fossiele brandstof en gebruik van mest.
Verder hebben bepaalde stoffen een indirecte invloed op het versterkte broeikaseffect. Te denken is hierbij aan stoffen als stikstofoxiden, koolmonoxide en vluchtige organische stoffen.
De meeste bovengenoemde stoffen zijn een natuurlijk onderdeel van onze atmosfeer. Maar door menselijke factoren is gedurende de afgelopen twee eeuwen de concentratie van kooldioxide in de atmosfeer met ongeveer 30 procent toegenomen. De verbranding van fossiele brandstoffen, als steenkool, aardolie en aardgas, heeft veel CO2 op niet-natuurlijke wijze vrijgemaakt.
De mens heeft ook gezorgd voor een grote uitstoot van andere broeikasgassen. Sinds 1750 is de hoeveelheid methaan meer dan verdubbeld, de uitstoot van lachgas nam toe met 15 procent, terwijl de aanwezigheid van CFK's in de atmosfeer slechts door menselijk handelen is te verklaren. Er zijn meer vluchtige organische stoffen de lucht ingekomen, en de hoeveelheid ozon in de onderste tien kilometer van de atmosfeer (de troposfeer) is verdubbeld.
- Waterdamp is zichtbaar als wolken. Hoe meer wolken ontstaan des te meer warmte vastgehouden wordt, maar ook des te minder warmte er binnenkomt.
Gevolgen
Gemeten gevolgen
Bij deze gevolgen moet aangemerkt worden, dat het nog niet helemaal zeker is in hoeverre deze door de mens veroorzaakt worden, omdat het klimaat ook door natuurlijke weg kan veranderen. De veranderingen zijn in de laatste jaren echter zo groot gebleken, dat het niet uitsluitend aan natuurlijke verandering te wijten kan zijn. In andere woorden, de mens draagt bij aan klimaatveranderingen:
- De temperatuur is vanaf 1860 met 0,6°C toegenomen. Dit is waarschijnlijk de snelste opwarming in zo'n korte tijd in de laatste 1000 jaar.
- De zeespiegel is gestegen met 0,1-0,2 meter, vooral door opwarming (het zeewater zet uit doordat het warmer is) en het smelten van de poolkappen.
-De neerslag op het bovenste gedeelte van het noordelijk halfrond is met 0,5% tot 1% per tien jaar toegenomen gedurende de 20e eeuw, terwijl het in de subtropen juist afneemt met 0,3% per tien jaar.
Verwachte gevolgen
De verwachtingen zijn gebaseerd op wat klimaatmodellen voorspellen. Op de betrouwbaarheid en de moeilijkheden hiervan kom ik later terug.
- De gemiddelde temperatuur zal in de 21e eeuw stijgen met 1,4 tot 5,8°C, een toename die in zo'n kort tijdbestek de afgelopen 10000 jaar niet is voorgekomen. Deze grote marge komt voort uit dat de klimaatmodellen verre van perfect zijn en omdat er gerekend is met verschillende emissiescenario's (afhankelijk van of we meer of minder broeikasgassen gaan uitstoten, kunnen de gevolgen nog erg verschillen, voorspellen de klimaatmodellen).
- Hoewel we geen lokale klimaatverwachtingen kunnen geven, zal het land sneller opwarmen dan het wereldgemiddelde (en de oceanen dus langzamer) en zal de stijging het grootst zijn op hogere breedtegraden in de winter.
- De neerslag neemt toe. Er is hier teveel verschil tussen de modellen om exacte cijfers te kunnen geven.
- Verschil tussen de temperatuur overdag en 's nachts wordt kleiner.
- De zeespiegelstijging zal 0,09 tot 0,88 meter bedragen.
- De gevolgen zijn tot zo'n 1000 jaar later nog merkbaar, omdat de diepe oceaan langzaam reageert op de temperatuurstijging en daardoor het broeikaseffect eerst vertraagt en vervolgens veel langer door laat gaan.
Maatregelen
Kernenergie
Veel mensen vinden kernenergie niet duurzaam en geen milieuvriendelijke energiebron, omdat de energie opwekking in een kerncentrale veel radioactieve bijproducten heeft. Die radioactieve bijproducten zijn giftig voor alle organismen. Aan de ander kant komt bij deze vorm van energie productie de meeste energie vrij met een lage milieu belasting. Nu heeft men nog niet de techniek ontwikkeld om de radioactieve bijproducten af te breken.
Windenergie
Wind energie is tot nu toe de meest rendabele en schone manier van energie productie. Een moderne windmolen produceert rond de 600 kW. Deze windmolens produceren per jaar 1 tot 1,5 miljoen kWh. Dat is genoeg om 300 tot 500 huishoudens een jaar lang van duurzame energie te voorzien. Het enig nadeel van een windmolen is: als er geen wind is wordt er geen energie geproduceerd. Veel windmolens worden aan de kant van het water neergezet en daar is altijd wel genoeg wind.
Zonne-energie
Zonne-energie word ook steeds meer toegepast. Een zonnepaneel levert natuurlijk op zonnige dagen meer energie dan op bewolkte dagen. Het zonneaanbod in Nederland komt overeen met bijna duizend uur volle zon. Op jaarbasis kan een zonnepaneel van 1 m² circa duizend kilowattuur energie produceren. De meest normale type zonnepanelen wekken bij volle zon ongeveer 1 kilowatt op.
Waterkracht
Energie geproduceerd door middel van waterkracht wordt al op grote schaal toegepast; bijna 20% van de elektriciteit wordt met waterkracht geproduceerd. Maar waterkracht energie kan alleen opgewekt worden in een landschap met veel verschillen in de hoogte van het waterniveau. Het nadeel van deze manier is dat er grote gebieden onder water komen te staan. Daardoor moeten soms hele dorpen verplaatst worden en kan er schade aan het ecosysteem ontstaan of kan het landschap worden aangetast.
Verbranding van biomassa
Verbranding van biomassa is het verbranden van biologische producten. Dit lijkt grote gevolgen te hebben voor het milieu, immers als je hout of ander biomassa verbrandt komt er CO2 vrij. In een energie centrale waar ze biomassa verbranden, zetten ze evenveel bomen weer neer en die halen evenveel CO2 uit de lucht als er bij de verbranding vrijkomt. Die bomen die opnieuw gepland zijn worden weer als biomassa gebruikt. Daarom word biomassa een hernieuwbare energiebron genoemd. De biomassa wordt omgezet in warmte en elektriciteit. Er zijn vier bronnen voor biomassa brandstoffen:
houtafval uit de bosbouw
plantaardig afval uit de landbouw
plantaardig afval uit de landbouwverwerkende industrie
speciaal geteelde energie gewassen
Energie kan ook opgewekt worden door afval verbranding. Bij afval verbranding wordt huishoudelijk afval, afval uit de industrie en andere sectoren gebruikt op energie op te wekken. Er wordt al veel huisafval verbrand, maar er wordt nog geen energie bij opgewekt.
Auto’s
De Auto’s moeten dus milieu vriendelijker worden. Dat kan op verschillende manieren:
Auto’s zuiniger maken
Auto’s met een brandstofcel
Auto’s met een motor en een elektromotor
Volledig elektrische auto’s
Als de auto’s zuiniger worden gemaakt dan neemt de verbranding van fossiele brandstoffen af. Maar er komen dan nog steeds broeikasgassen vrij. Veel nieuwe auto’s hebben al een zuinige motor. Maar veel auto’s die een aantal jaren geleden gemaakt zijn hebben nog een motor die minder zuinig is.
Auto’s met een brandstof cel zijn veel schoner, want met een brandstof cel komt alleen maar energie vrij en een minimum aan schadelijke stoffen. In een converter die voor een brandstofcel geplaatst wordt, kun je verschillende brandstoffen gebruiken. Je kunt hiervoor ook de gewone fossiele brandstoffen gebruiken. Je kunt waterstof ook als brandstof gebruiken; bij die energie omzetting komt alleen maar water en lucht vrij. Van dat water kan je weer waterstof maken. Dan heb je dus een energie bron die nooit op raakt, want je hergebruikt alle stoffen opnieuw.
Auto met een brandstofcel
Meerdere oorzaken van klimaatverandering:
• Het produceren van producten waar een broeikasgas in zit zoals:
-koelkasten met CFK’s
-spuitbussen met drijfgassen
• Het vervoer van goederen en mensen door middel van gebruik van verbrandingsmotoren.
• De productie van energie, waarbij fossiele brandstoffen gebruikt worden om energie op te wekken.
• De natuurlijke industrie, het verbouwen van gewassen waarbij broeikasgassen vrij komen.
Bij de natuurlijke industrie gaat het vooral om bodemerosie en uitputting van de bodem. Veel bomen worden gekapt voor landbouw en daardoor ontstaan er grotere windsnelheden op lagere hoogtes en die nemen de vruchtbare grond mee en leggen het weer ergens anders neer. Zo is de grond snel uitgeput en kunnen er ook geen bomen meer op groeien die de grond weer voedselrijk maken.
Global dimming
Global Dimming is de vermindering van de hoeveelheid zonlicht aan het aardoppervlak. Metingen van zonnestraling aan het aardoppervlak wijzen uit dat deze met gemiddeld 1 tot 2 procent per decennium sinds 1950 boven de continentale gebieden van het noordelijk halfrond is gedaald. Regionaal zijn sterkere dalende trends gevonden. Tevens is in enkele gebieden een afname van de verdamping gemeten. Waarschijnlijk is er een samenhang tussen de verminderde instraling aan de grond en de afname in verdamping.
Hoe wordt zonne-energie in het klimaatsysteem opgenomen? De hoeveelheid zonne-energie, die vanuit de ruimte de atmosfeer binnendringt wordt gedeeltelijk gereflecteerd door met name wolken en rondzwevende kleine deeltjes (aërosolen). Verder reflecteert het aardoppervlak zonnestraling in meer of mindere mate, afhankelijk van het soort oppervlak. Gemiddeld wordt ongeveer 30% van de inkomende zonne-energie weer terug de ruimte in gekaatst. Iets minder dan de helft van de inkomende zonne-energie bereikt het aardoppervlak. De zonnestraling, die het systeem van aarde en atmosfeer binnendringt, is afhankelijk van de zonkracht en de afstand tussen de aarde en de zon. Zowel de zonkracht als de afstand tot de zon vertonen kleine variaties: de zonkracht fluctueert met circa 0,1% gedurende de 11-jarige zonnevlekkencyclus. Zonkrachtvariaties op een termijn van eeuwen worden geschat op hooguit 1%. De afstand aarde-zon varieert gedurende het jaar met ongeveer 3% - dit scheelt 6% in zonkracht - omdat de aardbaan ellipsvormig is. Op 3 januari staat de aarde het dichtst bij de zon.
Wat zijn mogelijke oorzaken van Global Dimming?
Mogelijke oorzaken van de afname in zonlicht aan de grond zijn toenemende bewolking en aërosolconcentratie van de atmosfeer. Deze bepalen immers in grote mate de reflectie en absorptie van zonlicht in de atmosfeer en zijn daarmee doorslaggevend voor de hoeveelheid zonne-energie die het aardoppervlak bereikt. Reflecterende aërosolen, zoals sulfaathoudende deeltjes, koelen het klimaat. Bovendien kunnen aërosolen de wolkeneigenschappen beïnvloeden, het zogeheten indirecte aërosoleffect: zo worden de wolken witter - reflecteren dus meer zonlicht - bij een grotere aërosolinhoud, omdat de wolkendruppeltjes kleiner worden. Ook kan dit vooral bij lage bewolking leiden tot een langere levensduur en dus tot een grotere bedekkingsgraad, omdat het neerslagproces door de kleinere druppeltjes later op gang komt. Beide indirecte effecten verminderen de hoeveelheid zonlicht en werken een afkoeling in de hand. Over de grootte van het effect bestaat nog grote onzekerheid. Verder bestaan er ook aërosolen, zoals roetdeeltjes en woestijnzand, die zonnestraling absorberen en daarmee het zonlicht aan het aardoppervlak verminderen en de reflectie naar de ruimte toe verlagen. Roetdeeltjes zorgen evenals broeikasgassen voor een opwarming van de aarde. Roetdeeltjes in de atmosfeer temperen in sommige gebieden het ontstaan van wolken en kunnen bovendien het gedeeltelijk oplossen van bewolking door lokale verwarming bewerkstelligen. Deze indirecte effecten versterken juist de opwarming, maar werken Global Dimming tegen.
Wat is het effect van Global Dimming op de wereldgemiddelde temperatuur?
Het gezamenlijke effect van de gemeten trends in bewolking en aërosolen op de temperatuur nabij het aardoppervlak is lastig te bepalen: sommige componenten werken temperatuurverhogend, andere juist temperatuurverlagend. Bovendien is de huidige trend in Global Dimming alleen vastgesteld boven land. Ongeveer 70% van de aarde bestaat uit oceanen, waardoor het wereldgemiddelde temperatuureffect niet te bepalen is. Voor wat betreft de menselijke invloed op het stofgehalte van de atmosfeer inclusief de geschatte indirecte invloeden, voornamelijk via sulfaataërosolen en roet, is er sprake van een netto afkoelend effect.
Zal de trend in global dimming zich voortzetten?
Deze vraag is niet eenvoudig te beantwoorden. Ten eerste is het moeilijk te voorspellen wat de toekomstige aërosolinhoud van de atmosfeer zal worden. Volgens het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC, 2001) zullen de concentraties van sulfaataërosolen niet veel verder stijgen en in enkele scenario's zelfs dalen. De concentraties van roetdeeltjes zullen waarschijnlijk de komende eeuw toenemen. Ten tweede zal het op aarde steeds warmer worden ten gevolge van het versterkte broeikaseffect, waardoor de bedekkingsgraad en wolkeneigenschappen kunnen veranderen. In hoeverre dit Global Dimming versterkt of juist tegenwerkt is vooralsnog niet goed te bepalen. Dat we in de verre toekomst door Global Dimming in het duister komen te zitten is evenwel erg onwaarschijnlijk.
Ozonproblematiek
Ozonlaag
De aarde wordt bedekt door een laag gassen, dampkring of atmosfeer genaamd. De ozonlaag, die het gas ozon (O3) bevat, bevindt zich in de stratosfeer. Dit is het deel van de dampkring dat zich op een afstand van 15 tot 45 kilometer van de aarde bevindt. De ozonlaag weert de ultraviolette (uv) straling van de zon. Dit is belangrijk, omdat uv-straling schadelijk is voor mens, plant en dier.
De mens heeft grote hoeveelheden stoffen als cfk's geproduceerd die het ozon in de ozonlaag aantasten. Deze chloorhoudende stoffen breken ozon hoog in de dampkring af. Boven de zuidpool ontstaat sinds 1980 jaarlijks vanaf september een groot ozongat dat enkele maanden aanwezig blijft. Maar ook boven Europa hebben wetenschappers de afgelopen twintig jaar een kleine maar voortdurende verdunning van de ozonlaag geregistreerd.
Oorzaken
Ozonvreters
De belangrijkste ozonafbrekende stoffen zijn chloor-houdende gasverbindingen. Deze gassen zijn door industriële processen gemaakt, ze komen vanuit zichzelf niet voor in de natuur. De belangrijkste ozonvreters zijn cfk's en stoffen als halonen, methylbromide, trichloorethaan en tetrachloorkoolstof.
Ozonvreters verdwijnen pas na 50 tot 100 jaar uit de atmosfeer en breken gedurende al die tijd ozon af. Deze stoffen werken bovendien 'vertraagd': na verdamping stijgen deze stoffen op naar het deel van de atmosfeer waar de ozonlaag zich in bevindt (15 à 45 kilometer hoogte), maar om deze afstand te overbruggen hebben ze ongeveer tien jaar nodig. De afbraak van de ozonlaag zal zich dus nog lang voortzetten, zelfs als men volledig met de uitstoot gestopt is.
Zonlicht, extreme kou en wervelwinden
Het gat in de ozonlaag ontstaat door een complexe combinatie van factoren. De belangrijkste oorzaak is de aanwezigheid in de stratosfeer van ozonvreters. Een tweede voorwaarde is de aanwezigheid van zeer lage temperaturen. Pas als het in de stratosfeer 80 graden vriest, kan een ozongat ontstaan. Ten slotte moet er voldoende zonlicht aanwezig zijn. De combinatie van zonlicht en een koude atmosfeer zorgt voor sterke winden rond het zuidpoolgebied. Hierdoor wordt koude lucht gescheiden van warme lucht, zodat er geen aanvoer is van ozon buiten het zuidpoolgebied: het ozongat is afgesnoerd. Pas wanneer de zon hoger aan de hemel staat en de temperaturen stijgen gaan de wervelwinden liggen (meestal rond december), zodat ozon-moleculen van buiten het zuidpoolgebied de voorraad weer op peil kunnen brengen.
Gevolg
Afbraak ozonlaag
De ozonvreters zorgen ervoor dat ozon (O3) wordt omgezet in zuurstof (O2). De afbraak van ozon betekent dat de ozonlaag dunner wordt, waardoor meer ultraviolette (uv) straling van de zon de aarde bereikt. Door een toename van uv-straling stijgen voor mens en dier de kansen op huidkanker. Ook kan een te hoge blootstelling aan uv-straling leiden tot oogaandoeningen en zelfs blindheid. Verder neemt de afweer tegen infectieziekten af.
Planten en dieren
Uv-straling heeft een schadelijke invloed op planten en landbouwgewassen. Experimenten op rijst en bonen hebben aangetoond dat een verhoogde blootstelling aan uv-straling leidt tot kleinere planten en lagere oogsten. Ook zou de vorm en chemische samenstelling van planten gewijzigd worden, waarmee de voedingswaarde afneemt, terwijl het aantal giftige stoffen in planten toeneemt.
Ook plankton ondervindt de gevolgen van het gat in de ozonlaag. Plankton is een verzamelnaam voor kleine (vaak eencellige) plantjes of diertjes die leven in zee. Zij dienen als voedsel voor vrijwel al het andere zeeleven. Bovendien neemt plankton zonlicht op waarna zij via fotosynthese zuurstof aanmaken, wat ook belangrijk is voor al het zeeleven. Plankton is echter niet goed bestand tegen een verhoogde uv-straling. Aantasting van de plankton-populatie is schadelijk voor de hele voedselketen, en uiteindelijk ook voor de mens. Een vermindering van de planktonpopulatie draagt bovendien bij aan verergering van het broeikaseffect, omdat plankton veel CO2 absorbeert, een belangrijk broeikasgas. Door al deze effecten draagt het gat in de ozonlaag tevens bij aan een grootschalige verandering van ecosystemen.
De ozonlaag en het broeikaseffect.
Het broeikaseffect en de afbraak van de ozonlaag zijn lang als compleet onafhankelijke problemen beschouwd. Het is echter niet verbazingwekkend dat deze twee kwesties, die allebei worden veroorzaakt door stoffen die mensen in de lucht brengen, een zekere invloed op elkaar uitoefenen. Hierboven is al genoemd dat de verdunning van de ozonlaag nadelige effecten heeft op de planktonpopulatie. Plankton neemt veel broeikasgassen op. Het gat in de ozonlaag draagt dus indirect bij aan verergering van het broeikaseffect, omdat het zorgt voor vermindering van plankton.
Broeikasgassen vertragen op hun beurt het herstel van de ozonlaag, volgens sommige schattingen wel met vijftien jaar. Broeikasgassen als CO2 zorgen er voor dat in de onderste lagen van de atmosfeer de temperatuur stijgt. Maar tegelijk zorgt het broeikaseffect dat de bovenste lagen van de atmosfeer (waar de ozonlaag zich bevindt) flink afkoelen.
Ozon breekt echter snel af bij koude temperaturen. Daarnaast ontstaan er bij lage temperaturen ook ijswolken, die een grote rol spelen bij de afbraak van ozon. Ironisch genoeg dient de kouder wordende stratosfeer als buffer voor het broeikaseffect: de aarde warmt minder snel op omdat de bovenste lagen van de atmosfeer kouder zijn geworden.
Verder is de uitstoot van stikstofoxiden een groot probleem. Stikstofoxiden worden massaal uitgestoten door benzineverbranding van auto's en ander wegverkeer. Deze stoffen veroorzaken de vorming van ozon in de onderste lagen van de atmosfeer en dragen zodoende bij aan verzuring van lucht (smog) en het broeikaseffect. Maar als stikstofoxiden opstijgen naar de stratosfeer tasten zij, na het doorlopen van een aantal chemische reacties, ook de ozonlaag zelf aan. Daarnaast zijn de vervangers van ozonvreters soms broeikasgassen. Zo zien we dat tussen deze twee kwesties dus verschillende ingewikkelde relaties bestaan.
Broeikaseffect
De aarde wordt verwarmd door de zon. De zichtbare stralen bereiken de aardoppervlak en verwarmen die. Als dit echter alles zou zijn, zou de gemiddelde temperatuur op aarde niet boven de -15°C komen. Onder deze omstandigheden is geen leven op aarde mogelijk. Dat het gemiddeld 15°C boven nul is komt door onze atmosfeer, die als een broeikas werkt. Het principe van de broeikas is dat de warmte er wel inkomt, maar vervolgens er niet meer zo makkelijk uitkomt.
Als de zichtbare zonnestralen terugkaatsen op het aardoppervlak, worden ze infrarode stralen. Die infraroodstraling wordt in de atmosfeer door enkele stoffen tegengehouden, waardoor ze in de atmosfeer blijft hangen. Zo kan de straling dus niet uit de atmosfeer en blijven ze hun warmte afgeven aan de aarde. De warmte kan er wel in maar niet uit.
Zonder het broeikaseffect zou dus geen leven mogelijk zijn. Het probleem, waar nu vaak over gepraat wordt, is dat de mens het broeikaseffect versterkt. Door de uitstoot van verschillende stoffen blijft er meer straling op de aarde hangen waardoor het warmer wordt.
Het versterkte broeikaseffect
Het versterkte broeikaseffect wordt in tegenstelling tot het broeikaseffect door de mens veroorzaakt. Dit doet de mens door verschillende gassen uit te stoten, die meer warmte op de aarde vasthouden, maar ook door het ontnemen van de natuurlijke mogelijkheden om kooldioxide op te nemen. Het is begonnen met de industriële revolutie. Door verbranding van fossiele resten (vooral voor energieopwekking) zijn we meer kooldioxide en methaan uit gaan stoten dan gebeurde door de natuur. In de 20e eeuw hebben we de uitstoot versterkt. De bevolking groeide en raakte gewend aan een hogere welvaart. We hadden meer energie nodig en gingen in auto's rijden. Daardoor stoten we steeds meer broeikasgassen uit, waardoor de aarde meer warmte vasthoudt.
Aan de andere kant ontnemen we door ontbossing een voor de natuur gebruikelijke weg om kooldioxide op te nemen. Door ontbossing komt niet alleen meer kooldioxide vrij die in de bomen opgeslagen was, maar zijn er ook minder bomen die kooldioxide kunnen opnemen. Dus aan de ene kant zorgen we voor meer uitstoot van broeikasgassen, aan de andere kant geven we de natuur minder kans om het belangrijkste broeikasgas kooldioxide op te nemen. Hierbij moet wel worden aangetekend dat het grootste opnamegebied van kooldioxide de oceanen zijn. Dit neemt niet weg dat de ontbossing een rol speelt in de kringloop van kooldioxide.
Oorzaken
Het broeikaseffect wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van bepaalde stoffen in de dampkring.
- Kooldioxide dit ontstaat bij het verbranden van stoffen als steenkool, aardolie en aardgas. CO2 ontstaat ook bij het kappen van bomen.
- Methaan dit ontstaat vooral in de landbouw en veeteelt.
- Fluorverbindingen: dit zijn stoffen als HKF's, PFK's en SF6 (deze worden gebruikt als vervangers van cfk's).
- Distikstofoxide (N2O, lachgas): komt vrij bij verbranding van fossiele brandstof en gebruik van mest.
Verder hebben bepaalde stoffen een indirecte invloed op het versterkte broeikaseffect. Te denken is hierbij aan stoffen als stikstofoxiden, koolmonoxide en vluchtige organische stoffen.
De mens heeft ook gezorgd voor een grote uitstoot van andere broeikasgassen. Sinds 1750 is de hoeveelheid methaan meer dan verdubbeld, de uitstoot van lachgas nam toe met 15 procent, terwijl de aanwezigheid van CFK's in de atmosfeer slechts door menselijk handelen is te verklaren. Er zijn meer vluchtige organische stoffen de lucht ingekomen, en de hoeveelheid ozon in de onderste tien kilometer van de atmosfeer (de troposfeer) is verdubbeld.
- Waterdamp is zichtbaar als wolken. Hoe meer wolken ontstaan des te meer warmte vastgehouden wordt, maar ook des te minder warmte er binnenkomt.
Gevolgen
Gemeten gevolgen
Bij deze gevolgen moet aangemerkt worden, dat het nog niet helemaal zeker is in hoeverre deze door de mens veroorzaakt worden, omdat het klimaat ook door natuurlijke weg kan veranderen. De veranderingen zijn in de laatste jaren echter zo groot gebleken, dat het niet uitsluitend aan natuurlijke verandering te wijten kan zijn. In andere woorden, de mens draagt bij aan klimaatveranderingen:
- De temperatuur is vanaf 1860 met 0,6°C toegenomen. Dit is waarschijnlijk de snelste opwarming in zo'n korte tijd in de laatste 1000 jaar.
- De zeespiegel is gestegen met 0,1-0,2 meter, vooral door opwarming (het zeewater zet uit doordat het warmer is) en het smelten van de poolkappen.
-De neerslag op het bovenste gedeelte van het noordelijk halfrond is met 0,5% tot 1% per tien jaar toegenomen gedurende de 20e eeuw, terwijl het in de subtropen juist afneemt met 0,3% per tien jaar.
Verwachte gevolgen
De verwachtingen zijn gebaseerd op wat klimaatmodellen voorspellen. Op de betrouwbaarheid en de moeilijkheden hiervan kom ik later terug.
- De gemiddelde temperatuur zal in de 21e eeuw stijgen met 1,4 tot 5,8°C, een toename die in zo'n kort tijdbestek de afgelopen 10000 jaar niet is voorgekomen. Deze grote marge komt voort uit dat de klimaatmodellen verre van perfect zijn en omdat er gerekend is met verschillende emissiescenario's (afhankelijk van of we meer of minder broeikasgassen gaan uitstoten, kunnen de gevolgen nog erg verschillen, voorspellen de klimaatmodellen).
- De neerslag neemt toe. Er is hier teveel verschil tussen de modellen om exacte cijfers te kunnen geven.
- Verschil tussen de temperatuur overdag en 's nachts wordt kleiner.
- De zeespiegelstijging zal 0,09 tot 0,88 meter bedragen.
- De gevolgen zijn tot zo'n 1000 jaar later nog merkbaar, omdat de diepe oceaan langzaam reageert op de temperatuurstijging en daardoor het broeikaseffect eerst vertraagt en vervolgens veel langer door laat gaan.
Maatregelen
Kernenergie
Veel mensen vinden kernenergie niet duurzaam en geen milieuvriendelijke energiebron, omdat de energie opwekking in een kerncentrale veel radioactieve bijproducten heeft. Die radioactieve bijproducten zijn giftig voor alle organismen. Aan de ander kant komt bij deze vorm van energie productie de meeste energie vrij met een lage milieu belasting. Nu heeft men nog niet de techniek ontwikkeld om de radioactieve bijproducten af te breken.
Windenergie
Zonne-energie
Zonne-energie word ook steeds meer toegepast. Een zonnepaneel levert natuurlijk op zonnige dagen meer energie dan op bewolkte dagen. Het zonneaanbod in Nederland komt overeen met bijna duizend uur volle zon. Op jaarbasis kan een zonnepaneel van 1 m² circa duizend kilowattuur energie produceren. De meest normale type zonnepanelen wekken bij volle zon ongeveer 1 kilowatt op.
Waterkracht
Energie geproduceerd door middel van waterkracht wordt al op grote schaal toegepast; bijna 20% van de elektriciteit wordt met waterkracht geproduceerd. Maar waterkracht energie kan alleen opgewekt worden in een landschap met veel verschillen in de hoogte van het waterniveau. Het nadeel van deze manier is dat er grote gebieden onder water komen te staan. Daardoor moeten soms hele dorpen verplaatst worden en kan er schade aan het ecosysteem ontstaan of kan het landschap worden aangetast.
Verbranding van biomassa
Verbranding van biomassa is het verbranden van biologische producten. Dit lijkt grote gevolgen te hebben voor het milieu, immers als je hout of ander biomassa verbrandt komt er CO2 vrij. In een energie centrale waar ze biomassa verbranden, zetten ze evenveel bomen weer neer en die halen evenveel CO2 uit de lucht als er bij de verbranding vrijkomt. Die bomen die opnieuw gepland zijn worden weer als biomassa gebruikt. Daarom word biomassa een hernieuwbare energiebron genoemd. De biomassa wordt omgezet in warmte en elektriciteit. Er zijn vier bronnen voor biomassa brandstoffen:
houtafval uit de bosbouw
plantaardig afval uit de landbouw
plantaardig afval uit de landbouwverwerkende industrie
speciaal geteelde energie gewassen
Energie kan ook opgewekt worden door afval verbranding. Bij afval verbranding wordt huishoudelijk afval, afval uit de industrie en andere sectoren gebruikt op energie op te wekken. Er wordt al veel huisafval verbrand, maar er wordt nog geen energie bij opgewekt.
Auto’s
Auto’s zuiniger maken
Auto’s met een brandstofcel
Auto’s met een motor en een elektromotor
Volledig elektrische auto’s
Als de auto’s zuiniger worden gemaakt dan neemt de verbranding van fossiele brandstoffen af. Maar er komen dan nog steeds broeikasgassen vrij. Veel nieuwe auto’s hebben al een zuinige motor. Maar veel auto’s die een aantal jaren geleden gemaakt zijn hebben nog een motor die minder zuinig is.
Auto’s met een brandstof cel zijn veel schoner, want met een brandstof cel komt alleen maar energie vrij en een minimum aan schadelijke stoffen. In een converter die voor een brandstofcel geplaatst wordt, kun je verschillende brandstoffen gebruiken. Je kunt hiervoor ook de gewone fossiele brandstoffen gebruiken. Je kunt waterstof ook als brandstof gebruiken; bij die energie omzetting komt alleen maar water en lucht vrij. Van dat water kan je weer waterstof maken. Dan heb je dus een energie bron die nooit op raakt, want je hergebruikt alle stoffen opnieuw.
Auto met een brandstofcel
Meerdere oorzaken van klimaatverandering:
• Het produceren van producten waar een broeikasgas in zit zoals:
-koelkasten met CFK’s
-spuitbussen met drijfgassen
• Het vervoer van goederen en mensen door middel van gebruik van verbrandingsmotoren.
• De productie van energie, waarbij fossiele brandstoffen gebruikt worden om energie op te wekken.
• De natuurlijke industrie, het verbouwen van gewassen waarbij broeikasgassen vrij komen.
Bij de natuurlijke industrie gaat het vooral om bodemerosie en uitputting van de bodem. Veel bomen worden gekapt voor landbouw en daardoor ontstaan er grotere windsnelheden op lagere hoogtes en die nemen de vruchtbare grond mee en leggen het weer ergens anders neer. Zo is de grond snel uitgeput en kunnen er ook geen bomen meer op groeien die de grond weer voedselrijk maken.
Global Dimming is de vermindering van de hoeveelheid zonlicht aan het aardoppervlak. Metingen van zonnestraling aan het aardoppervlak wijzen uit dat deze met gemiddeld 1 tot 2 procent per decennium sinds 1950 boven de continentale gebieden van het noordelijk halfrond is gedaald. Regionaal zijn sterkere dalende trends gevonden. Tevens is in enkele gebieden een afname van de verdamping gemeten. Waarschijnlijk is er een samenhang tussen de verminderde instraling aan de grond en de afname in verdamping.
Hoe wordt zonne-energie in het klimaatsysteem opgenomen? De hoeveelheid zonne-energie, die vanuit de ruimte de atmosfeer binnendringt wordt gedeeltelijk gereflecteerd door met name wolken en rondzwevende kleine deeltjes (aërosolen). Verder reflecteert het aardoppervlak zonnestraling in meer of mindere mate, afhankelijk van het soort oppervlak. Gemiddeld wordt ongeveer 30% van de inkomende zonne-energie weer terug de ruimte in gekaatst. Iets minder dan de helft van de inkomende zonne-energie bereikt het aardoppervlak. De zonnestraling, die het systeem van aarde en atmosfeer binnendringt, is afhankelijk van de zonkracht en de afstand tussen de aarde en de zon. Zowel de zonkracht als de afstand tot de zon vertonen kleine variaties: de zonkracht fluctueert met circa 0,1% gedurende de 11-jarige zonnevlekkencyclus. Zonkrachtvariaties op een termijn van eeuwen worden geschat op hooguit 1%. De afstand aarde-zon varieert gedurende het jaar met ongeveer 3% - dit scheelt 6% in zonkracht - omdat de aardbaan ellipsvormig is. Op 3 januari staat de aarde het dichtst bij de zon.
Wat zijn mogelijke oorzaken van Global Dimming?
Mogelijke oorzaken van de afname in zonlicht aan de grond zijn toenemende bewolking en aërosolconcentratie van de atmosfeer. Deze bepalen immers in grote mate de reflectie en absorptie van zonlicht in de atmosfeer en zijn daarmee doorslaggevend voor de hoeveelheid zonne-energie die het aardoppervlak bereikt. Reflecterende aërosolen, zoals sulfaathoudende deeltjes, koelen het klimaat. Bovendien kunnen aërosolen de wolkeneigenschappen beïnvloeden, het zogeheten indirecte aërosoleffect: zo worden de wolken witter - reflecteren dus meer zonlicht - bij een grotere aërosolinhoud, omdat de wolkendruppeltjes kleiner worden. Ook kan dit vooral bij lage bewolking leiden tot een langere levensduur en dus tot een grotere bedekkingsgraad, omdat het neerslagproces door de kleinere druppeltjes later op gang komt. Beide indirecte effecten verminderen de hoeveelheid zonlicht en werken een afkoeling in de hand. Over de grootte van het effect bestaat nog grote onzekerheid. Verder bestaan er ook aërosolen, zoals roetdeeltjes en woestijnzand, die zonnestraling absorberen en daarmee het zonlicht aan het aardoppervlak verminderen en de reflectie naar de ruimte toe verlagen. Roetdeeltjes zorgen evenals broeikasgassen voor een opwarming van de aarde. Roetdeeltjes in de atmosfeer temperen in sommige gebieden het ontstaan van wolken en kunnen bovendien het gedeeltelijk oplossen van bewolking door lokale verwarming bewerkstelligen. Deze indirecte effecten versterken juist de opwarming, maar werken Global Dimming tegen.
Wat is het effect van Global Dimming op de wereldgemiddelde temperatuur?
Het gezamenlijke effect van de gemeten trends in bewolking en aërosolen op de temperatuur nabij het aardoppervlak is lastig te bepalen: sommige componenten werken temperatuurverhogend, andere juist temperatuurverlagend. Bovendien is de huidige trend in Global Dimming alleen vastgesteld boven land. Ongeveer 70% van de aarde bestaat uit oceanen, waardoor het wereldgemiddelde temperatuureffect niet te bepalen is. Voor wat betreft de menselijke invloed op het stofgehalte van de atmosfeer inclusief de geschatte indirecte invloeden, voornamelijk via sulfaataërosolen en roet, is er sprake van een netto afkoelend effect.
Zal de trend in global dimming zich voortzetten?
Deze vraag is niet eenvoudig te beantwoorden. Ten eerste is het moeilijk te voorspellen wat de toekomstige aërosolinhoud van de atmosfeer zal worden. Volgens het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC, 2001) zullen de concentraties van sulfaataërosolen niet veel verder stijgen en in enkele scenario's zelfs dalen. De concentraties van roetdeeltjes zullen waarschijnlijk de komende eeuw toenemen. Ten tweede zal het op aarde steeds warmer worden ten gevolge van het versterkte broeikaseffect, waardoor de bedekkingsgraad en wolkeneigenschappen kunnen veranderen. In hoeverre dit Global Dimming versterkt of juist tegenwerkt is vooralsnog niet goed te bepalen. Dat we in de verre toekomst door Global Dimming in het duister komen te zitten is evenwel erg onwaarschijnlijk.
Ozonproblematiek
Ozonlaag
De aarde wordt bedekt door een laag gassen, dampkring of atmosfeer genaamd. De ozonlaag, die het gas ozon (O3) bevat, bevindt zich in de stratosfeer. Dit is het deel van de dampkring dat zich op een afstand van 15 tot 45 kilometer van de aarde bevindt. De ozonlaag weert de ultraviolette (uv) straling van de zon. Dit is belangrijk, omdat uv-straling schadelijk is voor mens, plant en dier.
Oorzaken
Ozonvreters
De belangrijkste ozonafbrekende stoffen zijn chloor-houdende gasverbindingen. Deze gassen zijn door industriële processen gemaakt, ze komen vanuit zichzelf niet voor in de natuur. De belangrijkste ozonvreters zijn cfk's en stoffen als halonen, methylbromide, trichloorethaan en tetrachloorkoolstof.
Ozonvreters verdwijnen pas na 50 tot 100 jaar uit de atmosfeer en breken gedurende al die tijd ozon af. Deze stoffen werken bovendien 'vertraagd': na verdamping stijgen deze stoffen op naar het deel van de atmosfeer waar de ozonlaag zich in bevindt (15 à 45 kilometer hoogte), maar om deze afstand te overbruggen hebben ze ongeveer tien jaar nodig. De afbraak van de ozonlaag zal zich dus nog lang voortzetten, zelfs als men volledig met de uitstoot gestopt is.
Zonlicht, extreme kou en wervelwinden
Het gat in de ozonlaag ontstaat door een complexe combinatie van factoren. De belangrijkste oorzaak is de aanwezigheid in de stratosfeer van ozonvreters. Een tweede voorwaarde is de aanwezigheid van zeer lage temperaturen. Pas als het in de stratosfeer 80 graden vriest, kan een ozongat ontstaan. Ten slotte moet er voldoende zonlicht aanwezig zijn. De combinatie van zonlicht en een koude atmosfeer zorgt voor sterke winden rond het zuidpoolgebied. Hierdoor wordt koude lucht gescheiden van warme lucht, zodat er geen aanvoer is van ozon buiten het zuidpoolgebied: het ozongat is afgesnoerd. Pas wanneer de zon hoger aan de hemel staat en de temperaturen stijgen gaan de wervelwinden liggen (meestal rond december), zodat ozon-moleculen van buiten het zuidpoolgebied de voorraad weer op peil kunnen brengen.
Gevolg
Afbraak ozonlaag
De ozonvreters zorgen ervoor dat ozon (O3) wordt omgezet in zuurstof (O2). De afbraak van ozon betekent dat de ozonlaag dunner wordt, waardoor meer ultraviolette (uv) straling van de zon de aarde bereikt. Door een toename van uv-straling stijgen voor mens en dier de kansen op huidkanker. Ook kan een te hoge blootstelling aan uv-straling leiden tot oogaandoeningen en zelfs blindheid. Verder neemt de afweer tegen infectieziekten af.
Planten en dieren
Uv-straling heeft een schadelijke invloed op planten en landbouwgewassen. Experimenten op rijst en bonen hebben aangetoond dat een verhoogde blootstelling aan uv-straling leidt tot kleinere planten en lagere oogsten. Ook zou de vorm en chemische samenstelling van planten gewijzigd worden, waarmee de voedingswaarde afneemt, terwijl het aantal giftige stoffen in planten toeneemt.
De ozonlaag en het broeikaseffect.
Het broeikaseffect en de afbraak van de ozonlaag zijn lang als compleet onafhankelijke problemen beschouwd. Het is echter niet verbazingwekkend dat deze twee kwesties, die allebei worden veroorzaakt door stoffen die mensen in de lucht brengen, een zekere invloed op elkaar uitoefenen. Hierboven is al genoemd dat de verdunning van de ozonlaag nadelige effecten heeft op de planktonpopulatie. Plankton neemt veel broeikasgassen op. Het gat in de ozonlaag draagt dus indirect bij aan verergering van het broeikaseffect, omdat het zorgt voor vermindering van plankton.
Broeikasgassen vertragen op hun beurt het herstel van de ozonlaag, volgens sommige schattingen wel met vijftien jaar. Broeikasgassen als CO2 zorgen er voor dat in de onderste lagen van de atmosfeer de temperatuur stijgt. Maar tegelijk zorgt het broeikaseffect dat de bovenste lagen van de atmosfeer (waar de ozonlaag zich bevindt) flink afkoelen.
Ozon breekt echter snel af bij koude temperaturen. Daarnaast ontstaan er bij lage temperaturen ook ijswolken, die een grote rol spelen bij de afbraak van ozon. Ironisch genoeg dient de kouder wordende stratosfeer als buffer voor het broeikaseffect: de aarde warmt minder snel op omdat de bovenste lagen van de atmosfeer kouder zijn geworden.
Verder is de uitstoot van stikstofoxiden een groot probleem. Stikstofoxiden worden massaal uitgestoten door benzineverbranding van auto's en ander wegverkeer. Deze stoffen veroorzaken de vorming van ozon in de onderste lagen van de atmosfeer en dragen zodoende bij aan verzuring van lucht (smog) en het broeikaseffect. Maar als stikstofoxiden opstijgen naar de stratosfeer tasten zij, na het doorlopen van een aantal chemische reacties, ook de ozonlaag zelf aan. Daarnaast zijn de vervangers van ozonvreters soms broeikasgassen. Zo zien we dat tussen deze twee kwesties dus verschillende ingewikkelde relaties bestaan.
REACTIES
:name
:name
:comment
1 seconde geleden