CO₂ en klimaatverandering.

Het broeikaseffect

De aarde ontvangt zonlicht, en geeft warmte af als infraroodstraling. Bepaalde gassen in de atmosfeer — vooral waterdamp en CO₂, naast methaan, lachgas en enkele andere — laten zonlicht door, maar absorberen een deel van de uitgaande infraroodstraling. Daardoor blijft warmte vastzitten in de onderste atmosfeer. Zonder dat effect zou het aardse oppervlak gemiddeld ruim onder nul liggen; met dat effect is het bewoonbaar.

Het broeikaseffect is dus geen storing — het is normaal. Wat verandert is de samenstelling van het mengsel. Meer CO₂ versterkt het effect: meer infraroodstraling wordt opgevangen, voordat ze de ruimte bereikt.

Waar de extra CO₂ vandaan komt

Fossiele brandstoffen — kolen, olie, aardgas — zijn opgeslagen organisch materiaal van miljoenen jaren geleden. Bij verbranding komt die koolstof als CO₂ in de atmosfeer terecht. Daarbij komen ontbossing (vegetatie als CO₂-bron), oxidatie van veen (drooglegging en bodemafbraak) en cementproductie (CaCO₃ → CaO + CO₂).

De atmosferische CO₂-concentratie is sinds de industriële revolutie aanzienlijk gestegen. Exacte waarden en trends worden door onder andere KNMI en NOAA gemeten en gepubliceerd. Het aandeel van menselijk geproduceerde CO₂ is op basis van de chemische signatuur (verhoudingen van koolstofisotopen) goed te onderscheiden van natuurlijke bronnen.

Waar het heen gaat

Niet alle uitgestoten CO₂ blijft in de atmosfeer. Een aanzienlijk deel wordt opgenomen door oceanen — zie oceaankringlopen — en door vegetatie en bodem. De verhouding ligt grofweg op een derde elk: atmosfeer, oceaan, land. Maar elke opname heeft een prijs. Oceanen verzuren door extra CO₂; landopname is gevoelig voor temperatuur, droogte en bosbranden.

Een deel van de extra CO₂ blijft eeuwen tot millennia in het systeem. Dat onderscheidt CO₂ van methaan, dat per molecuul sterker werkt maar veel korter blijft.

Terugkoppelingen

Het systeem reageert op zichzelf. Hogere temperatuur leidt tot meer waterdamp in de lucht — een sterk broeikasgas op zich. Smelten van ijs vermindert het reflecterende oppervlak. Ontdooien van permafrost geeft opgeslagen koolstof vrij. Drogere zomers veroorzaken meer bosbranden. Sommige terugkoppelingen versterken het effect, andere dempen.

Modellen die deze terugkoppelingen meenemen, geven projecties voor toekomstige opwarming. De onzekerheidsmarges zijn reëel, en serieuze rapporten — IPCC voorop — communiceren ze expliciet. Wat redelijk vaststaat: de richting (opwarming) en het hoofdmechanisme (broeikaseffect versterkt door antropogeen CO₂ en andere broeikasgassen). Wat onzekerder is: hoe snel, en welk effect precies waar.

Effect op kringlopen

Klimaatverandering grijpt in op andere kringlopen. De waterkringloop versnelt: meer verdamping, meer extreme neerslag, drogere zomers in sommige regio's. De stikstofcyclus verschuift door temperatuur- en vochtveranderingen die nitrificatie en denitrificatie beïnvloeden. De fosforkringloop verschuift via veranderende afspoeling. Vrijwel niets blijft op zichzelf staan.

Wat de wetenschap zegt

De grote lijnen zijn breed gedeeld in de internationale wetenschappelijke literatuur en samengevat in IPCC-rapporten: de aarde warmt op, de mens is daarvan de hoofdoorzaak, en de gevolgen reiken verder dan temperatuur alleen. Wat per gebied of decennium gebeurt, is per geval onzekerder. Beleid maken op die kennis is een politieke afweging — en valt buiten het bestek van deze pagina. De chemie en fysica blijven hetzelfde, ongeacht wat een land kiest te doen.

Methaan, lachgas en andere

CO₂ is de bekendste, maar niet de enige. Methaan is per molecuul sterker, met andere bronnen en veel kortere verblijftijd. Lachgas (N₂O) komt vooral uit landbouwbodems en is ook een sterk broeikasgas. CFK's zijn nu sterk gereguleerd. Ozon, waterdamp, sulfaat en andere stoffen spelen een rol; sommige verwarmen, andere koelen. De netto effecten worden in modellen meegenomen.